貝加萊工業(yè)自動(dòng)化（中國(guó)）有限公司技術(shù)傳播經(jīng)理宋華振

    印刷工業(yè)之?dāng)?shù)字化挑戰(zhàn)與需求

    通常印刷并非獨(dú)立的存在，也包括了后道如軟包、書刊、彩盒等的整線生產(chǎn)需求。這牽扯到數(shù)字化的設(shè)計(jì)（圖文圖像處理）、印刷包裝設(shè)備、信息化集成。整個(gè)產(chǎn)業(yè)包括了多個(gè)維度的數(shù)字化以及合作需求。印刷工業(yè)全景如圖1所示。

    圖1印刷工業(yè)全景

    1.數(shù)字化轉(zhuǎn)型的認(rèn)知問(wèn)題

    對(duì)于印刷企業(yè)必須不為環(huán)境所動(dòng)。數(shù)字化轉(zhuǎn)型是一個(gè)很熱門的話題，但是，作為行業(yè)的企業(yè)，必須避免陷入“為了數(shù)字化而數(shù)字化”，也不要盲目地去考慮構(gòu)建系統(tǒng)，而是應(yīng)該對(duì)自身的業(yè)務(wù)戰(zhàn)略有清晰的認(rèn)識(shí)。數(shù)字化轉(zhuǎn)型，首先是企業(yè)的經(jīng)營(yíng)模式的變化，而印刷工業(yè)作為用戶產(chǎn)品的一個(gè)環(huán)節(jié)，數(shù)字化的轉(zhuǎn)型必須讓自身具有對(duì)這種客戶需求的應(yīng)變能力，并且在這種變化中，還需要保持高的盈利能力，以及品質(zhì)的提升、交付周期的縮短、響應(yīng)用戶新訂單的能力。

    2.缺乏有效的連接性

    數(shù)字化在落地中遇到了較為普遍的問(wèn)題在于真正的連接性問(wèn)題。我們可以看到，包括印刷包裝設(shè)備通常也能夠達(dá)到非常先進(jìn)的水平，采用了國(guó)際領(lǐng)先的機(jī)器設(shè)備，ERP/MES通常也是來(lái)自于全球最為知名的廠商，但是，作業(yè)水平的連接性卻仍然處于孤島狀態(tài)。例如，作業(yè)單通常會(huì)采用打印方式下發(fā)，或者通過(guò)計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)下發(fā)到機(jī)臺(tái)，由人工對(duì)其參數(shù)進(jìn)行設(shè)置，并未實(shí)現(xiàn)真正的全連接貫通。這種情形較為普遍，在于數(shù)字化并未真正有效地打通ERP/MES和機(jī)器之間的這種互操作性連接，因此，雖然有數(shù)字化設(shè)計(jì)、運(yùn)營(yíng)管理、先進(jìn)機(jī)器控制與產(chǎn)線運(yùn)行系統(tǒng)，但是，之間仍然是信息孤島。這個(gè)現(xiàn)象至今并未真正得到有效解決。

    3.缺乏垂直行業(yè)特性的數(shù)字化集成

    印刷行業(yè)屬于較為垂直的細(xì)分市場(chǎng)，不像汽車工業(yè)、電子制造業(yè)，乃至流程工業(yè)的產(chǎn)業(yè)規(guī)模，因此，針對(duì)其有效的細(xì)分市場(chǎng)數(shù)字化系統(tǒng)的服務(wù)廠商不多，這使得一些數(shù)字化系統(tǒng)不得不由廠商自己搭建，或采用由通用市場(chǎng)的服務(wù)商進(jìn)行修改的運(yùn)營(yíng)系統(tǒng)。另外，國(guó)內(nèi)的工業(yè)軟件例如針對(duì)顏色、印包工廠數(shù)字化運(yùn)營(yíng)軟件的缺乏，也導(dǎo)致了來(lái)自國(guó)際廠商的數(shù)字化系統(tǒng)缺乏統(tǒng)一的規(guī)范與運(yùn)營(yíng)，這一現(xiàn)象較為普遍。而國(guó)外的大廠雖然有專業(yè)系統(tǒng)，但通常由少數(shù)大型OEM提供，像XJDF規(guī)約基礎(chǔ)上的整個(gè)印刷工廠的管理軟件，是僅部分大廠在其數(shù)十年的發(fā)展歷史上構(gòu)建起來(lái)的。這些對(duì)于國(guó)內(nèi)產(chǎn)業(yè)起步晚、規(guī)模小的企業(yè)來(lái)說(shuō)都是無(wú)法實(shí)現(xiàn)的，因?yàn)檫@不僅需要領(lǐng)先的機(jī)電控制與工藝，也需要較大的市場(chǎng)支撐以及產(chǎn)業(yè)人才的培養(yǎng)。

    印刷工業(yè)的數(shù)字化轉(zhuǎn)型需求分析

    對(duì)于如何推進(jìn)數(shù)字化轉(zhuǎn)型，市場(chǎng)上有兩個(gè)主要的推進(jìn)力量，一個(gè)是來(lái)自ICT廠商構(gòu)建的“自上而下”的推進(jìn)，其關(guān)注點(diǎn)在“平臺(tái)”建設(shè)。由于ICT通常屬于工具類的提供商，因此，他們的實(shí)現(xiàn)都是提供平臺(tái)，需要用戶自行在其上開(kāi)發(fā)自己的應(yīng)用。例如，如何進(jìn)行物流、信息流的定義，而ICT廠商還缺乏對(duì)現(xiàn)場(chǎng)的認(rèn)知，因此，僅能提供工具性的，而這依賴于具有掌握信息化能力的企業(yè)自行來(lái)配置系統(tǒng)。另一個(gè)方向則是來(lái)自于OT，如自動(dòng)化廠商、機(jī)械廠商自行“自下而上”的數(shù)字化推進(jìn)。

    作為自動(dòng)化廠商，貝加萊是一個(gè)在印刷控制技術(shù)領(lǐng)域有著非常深厚積累的企業(yè)，包括各種印刷機(jī)的控制以及控制系統(tǒng)本身的通信連接能力、數(shù)字化分析與應(yīng)用能力，這使得OT廠商具有離現(xiàn)場(chǎng)更近、更了解現(xiàn)場(chǎng)的需求。在此，我們從這個(gè)視角展開(kāi)來(lái)介紹印刷企業(yè)應(yīng)該如何實(shí)現(xiàn)數(shù)字化。

    1.統(tǒng)一規(guī)范的語(yǔ)義連接

    首先，工業(yè)通信除了解決實(shí)時(shí)控制，同時(shí)也在不斷的擴(kuò)展，尤其是OPCUA語(yǔ)義互操作規(guī)范的集成，使得目前的自動(dòng)化廠商均可提供機(jī)器-機(jī)器、機(jī)器-管理系統(tǒng)之間的數(shù)據(jù)交互能力。

    第二則是其信息建模的能力，在OPCUA基礎(chǔ)建模中，包括了對(duì)信息的結(jié)構(gòu)化定義的統(tǒng)一規(guī)范，以及數(shù)據(jù)的調(diào)用、方法的集成能力，同時(shí)它也有行業(yè)信息模型。像針對(duì)機(jī)床的MTConnect包裝的PackML，但是，對(duì)于印刷，JDP/XJDF這類目前尚未采用OPCUA規(guī)范來(lái)定義。這是一個(gè)可能需要整個(gè)印刷行業(yè)或者由本土印刷機(jī)械、用戶共同來(lái)定義的規(guī)范。

    通信行規(guī)規(guī)范的意義在于能夠讓數(shù)字化運(yùn)營(yíng)管理與機(jī)器制造商、數(shù)字化設(shè)計(jì)之間構(gòu)建一個(gè)統(tǒng)一的規(guī)范，使得在信息集成中、數(shù)據(jù)應(yīng)用中能夠快速地進(jìn)行工程連接，降低工程成本，否則，每個(gè)企業(yè)的數(shù)字化路徑都會(huì)是一個(gè)“工程項(xiàng)目”。這種缺乏可復(fù)制性的實(shí)現(xiàn)路徑，最終會(huì)導(dǎo)致整個(gè)產(chǎn)業(yè)難以實(shí)現(xiàn)或?qū)崿F(xiàn)成本極高，反倒阻礙其實(shí)現(xiàn)的效率。

    另外，產(chǎn)業(yè)對(duì)于OPCUA類似的信息模型了解較少，這需要行業(yè)組織對(duì)其進(jìn)行推廣，并與國(guó)際組織協(xié)同，共同開(kāi)發(fā)具有本土特點(diǎn)的自主規(guī)范。

    2.從現(xiàn)場(chǎng)視角的邊緣實(shí)現(xiàn)

    貝加萊控制系統(tǒng)能夠提供的數(shù)字化能力，如圖2所示，包括以下幾個(gè)方面：

    圖2機(jī)器控制系統(tǒng)的數(shù)字化能力

    1）機(jī)器的連接能力：由于CPU通常有各種通信模塊，這使得它可以去連接現(xiàn)場(chǎng)的不同設(shè)備，然后將數(shù)據(jù)發(fā)送給控制器，存放在OPCUAServer。這個(gè)SoA架構(gòu)，即面向服務(wù)的架構(gòu)，允許來(lái)自于水平設(shè)備、上位系統(tǒng)的Client-客戶端來(lái)訪問(wèn)，也支持來(lái)自手機(jī)類移動(dòng)端的訪問(wèn)。

    2）能源與設(shè)備效率數(shù)據(jù)的采集，包括機(jī)器能耗、班組能耗、實(shí)時(shí)OEE、產(chǎn)線OEE統(tǒng)計(jì)，這對(duì)于生產(chǎn)企業(yè)來(lái)說(shuō)評(píng)價(jià)效率至關(guān)重要。

    3）預(yù)測(cè)性維護(hù)-基于狀態(tài)監(jiān)測(cè)的維護(hù)，可以通過(guò)振動(dòng)、溫度信號(hào)的采集并放置控制器，或通過(guò)云端數(shù)據(jù)訓(xùn)練并部署在本地，這個(gè)鏈路是可以打通的。

    4）遠(yuǎn)程的診斷與維護(hù)能力：SiteManager是一個(gè)本地構(gòu)建“安全”遠(yuǎn)程維護(hù)的技術(shù)，它可以通過(guò)安全的VPN來(lái)提供數(shù)據(jù)的傳輸，并通過(guò)無(wú)所不在的網(wǎng)絡(luò)、遠(yuǎn)程桌面技術(shù)來(lái)實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程的機(jī)器診斷與調(diào)試。這對(duì)于OEM、工廠的維護(hù)工程師來(lái)說(shuō)都是非常方便的。

    像貝加萊這樣的自動(dòng)化廠商，其控制器已經(jīng)突破了傳統(tǒng)PLC僅邏輯控制的能力，其mapp功能中的Tweet可以由機(jī)器發(fā)送警報(bào)、事件的短信或郵件給運(yùn)行系統(tǒng)或操作人員，mappEnergy可以統(tǒng)計(jì)能源、mappOEE可以統(tǒng)計(jì)實(shí)時(shí)機(jī)器運(yùn)行效率、mappDATA可以訪問(wèn)數(shù)據(jù)庫(kù)、mappAudit可以實(shí)現(xiàn)審計(jì)追蹤，從而對(duì)質(zhì)量相關(guān)數(shù)據(jù)進(jìn)行追溯性記錄。

    圖3所示則是一個(gè)典型的基于控制技術(shù)平臺(tái)的邊緣智能系統(tǒng)架構(gòu)，貝加萊采用Hypervisor技術(shù)的工業(yè)PC能夠?yàn)橛∷⒐S提供邊緣智能實(shí)現(xiàn)。在數(shù)字化應(yīng)用中，包括預(yù)測(cè)性維護(hù)、參數(shù)尋優(yōu)、調(diào)度等問(wèn)題，可以通過(guò)OPCUA的數(shù)據(jù)采集，并建立OPCUA/MQTT的云端數(shù)據(jù)連接，進(jìn)行云端訓(xùn)練，模型可以通過(guò)下發(fā)部署在本地的PC，本地的推理可以由PC端的處理器基于Windows或Linux來(lái)實(shí)現(xiàn)，而RTOS則保證其實(shí)時(shí)的同步與邏輯任務(wù)。

    圖3邊緣智能系統(tǒng)架構(gòu)

    圖4則是通過(guò)控制系統(tǒng)廠商如貝加萊提供的能力構(gòu)建的印刷工廠數(shù)字化能力。其包括幾個(gè)方面：

    圖4整體的數(shù)字化架構(gòu)

    1）對(duì)于機(jī)器的設(shè)計(jì)而言，MATLAB/Simulink的建模仿真可以與貝加萊的控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)平臺(tái)AutomationStudio之間進(jìn)行連接，這樣數(shù)字化設(shè)計(jì)可以連接到控制，協(xié)同仿真。第二種情況目前尚未被驗(yàn)證，即數(shù)字化的JDF文件可以被XML格式讀取，并解析，這個(gè)現(xiàn)階段可以采用控制器的讀取任務(wù)來(lái)實(shí)現(xiàn)，可以通過(guò)程序解析作業(yè)單，并下發(fā)到機(jī)器上，自動(dòng)與配方系統(tǒng)結(jié)合，從而實(shí)現(xiàn)自動(dòng)運(yùn)行。當(dāng)然，其工作流程需要人員確認(rèn)，避免錯(cuò)誤發(fā)生。

    2）OPCUA的通信連接：OPCUA不僅能夠提供作業(yè)單任務(wù)，它的各種信息模型如視覺(jué)與機(jī)器人、AutoID的原材料條碼進(jìn)入、物流倉(cāng)儲(chǔ)信息集成，包括控制器間的交互、與云端的交互均可實(shí)現(xiàn)。

    印刷工業(yè)數(shù)字化需要協(xié)作

    為了實(shí)現(xiàn)數(shù)字化轉(zhuǎn)型，對(duì)于印刷工業(yè)來(lái)說(shuō)需要各方進(jìn)行協(xié)作，并在協(xié)會(huì)、標(biāo)委會(huì)組織下，共同制定可行的產(chǎn)業(yè)整體規(guī)劃，這是一個(gè)需要通盤推進(jìn)的工作。其產(chǎn)業(yè)生態(tài)構(gòu)建如圖5所示，在此對(duì)各方的工作提出以下建議：

    圖5數(shù)字化轉(zhuǎn)型中產(chǎn)業(yè)生態(tài)協(xié)作問(wèn)題

    首先，對(duì)于印包企業(yè)，也包括終端用戶，需要清晰自己的數(shù)字化需求。這些不僅為了自身的運(yùn)營(yíng)管理水平數(shù)字化升級(jí)，也包括對(duì)上游的機(jī)械制造商、系統(tǒng)集成商、信息化集成商提出規(guī)約，這樣才會(huì)有共同努力的方向。

    其次，在產(chǎn)業(yè)需求的基礎(chǔ)上，由協(xié)會(huì)組織如印刷行業(yè)協(xié)會(huì)、標(biāo)委會(huì)以及跨界的如OPC基金會(huì)、自動(dòng)化行業(yè)的通信規(guī)約、數(shù)字化車間標(biāo)準(zhǔn)化組織來(lái)共同開(kāi)發(fā)針對(duì)印刷工業(yè)的行業(yè)規(guī)約，通過(guò)產(chǎn)業(yè)協(xié)同來(lái)為產(chǎn)業(yè)制定數(shù)字化發(fā)展的指南、指導(dǎo)，從而推進(jìn)產(chǎn)業(yè)整體發(fā)展。

    再次，機(jī)器制造商、自動(dòng)化廠商開(kāi)展協(xié)作，將在其他領(lǐng)域的數(shù)字化經(jīng)驗(yàn)、技術(shù)、方法與印刷行業(yè)的產(chǎn)業(yè)實(shí)際結(jié)合，開(kāi)發(fā)致力于解決質(zhì)量、成本、效率提升的解決方案。

    總而言之，印刷工業(yè)的數(shù)字化并非一蹴而就，也不是單個(gè)方面可以推進(jìn)的，需要產(chǎn)業(yè)的廠商共同努力。