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人工智能(AI) 除了在计算机广泛使用外，在机器视觉、智能控制、工业机器人等应用中都已经得到较为普遍的使用。通过采用人工智能，可以优化复杂的流程，创造重大的附加价值。而人工智能概念的切实实施，高度依赖于可用的信息。这些信息的提取、分发和处理是增加价值的关键。
倍加福自动化集团与 Symate 公司的 AI 专家共同合作探讨，通过人工智能与自动化技术的实用对接，彰显 AI 技术结合自动化技术后对于实际应用显著的优化作用。
（图片来源于网络）
应用挑战
车用尿素罐由塑料制成，其加注口使用超声波焊接到罐体上。不同型号组件的形状各不相同，焊接工艺的参数也因部件形状和尺寸的不同而异。针对每个零件进行调整、检查和记录是一项非常复杂的工作，其复杂性随着因素的增加而呈指数型增长。
传统的自动化系统迟早会达到其处理能力的极限，打破现有流程的变化和调整难以避免！人工智能和机器学习为管理复杂性提供了新的方法，让自动化更加智能。
01 通过人工智能自动管理复杂流程
倍加福新业务开发部门 Daniel Mst 强调说：“使用人工智能处理复杂流程是非常具有价值性的。反过来，人工智能只有在获得大量详细信息时才能发挥其全部潜力。所以传感器在获取生产过程的信息方面起着至关重要的作用。传感器通信问题也愈发重要。” 几十年来，这家总部位于曼海姆的自动化技术公司一直专长于这个复杂的领域。
人工智能领域由硅谷巨头和初创公司主导，比如德累斯顿市的 Symate 公司。“到目前为止，这两个领域之间几乎没有任何联系，” Symate 公司 David Haferkorn 解释说。“我们与倍加福共同合作，希望提供以应用为导向的、务实的 AI 解决方案，用较低的入门成本创造可衡量的附加价值。”借助于 Detact 系统，Symate 提供了灵活的人工智能基础设施，用于收集、分析以及处理生产数据和质量数据。这个网页版系统可以使用物联网应用程序系统性地监控和优化流程。
在这一点上，现场级与物联网系统的连接——这在目前仍然相当罕见——开始发挥作用。在倍加福，这方面所需的技术是多年来一直研发的重点，其中非常重要的一项是 IO-Link 技术。
02 带 OPC UA 接口的 IO-Link为连续数据流的实现奠定基础
作为一款全球通用的开放性标准，IO-Link 支持现场设备与物联网结构和工业 4.0 环境的双向连接。基于现有的点对点连接和三线标准布线控制工程网版权所有，这些设备可以独立集成到任何现场总线网络。倍加福带有 OPC UA 接口的 IO-Link 主站控制工程网版权所有，基于标准协议，为不同数据层级之间的无缝传输奠定了基础。
OPC UA 让机器间的通信简单化；网页级的标准协议 MQTT 也随时可用。主站对 IO-Link 数据进行释义和传输。PROFINET 和 EtherNet/IP 实时传输过程和测量数据，而 OPC UA 和 MQTT 则传输状态信息和诊断数据，这些信息是控制器以外的其他系统所需要的。这些数据可立即用于外包软件的处理，比如 Detact。
03 通过 IO-Link 与自动 AI 相结合提供实时的数据信息
“我们的系统将数据可视化CONTROL ENGINEERING China版权所有，并识别过程中的交互作用，” David Haferkorn 解释说。“我们可以访问历史数据并进行复杂的评估。经验表明，干扰可以从许多不同的参数中累积发现，而不会超过定义的极限值。我们可以在早期阶段识别这种不良发展，那过程工程师能够在适当的时间收到需要的信息，根据这些信息他们可以采取预防性措施，而不是在情况发生后再采用措施。”
AI系统可以记录和分析各种参数，但它依赖可靠传感器提供的详细信息和连续数据流。尽管 Detact 可以处理几乎所有的数据源CONTROL ENGINEERING China版权所有，但所发送的数据质量必须适合全面的自动 AI 分析。“通过与倍加福合作，我们就有了理想的自动化技术专家，” David Haferkorn 说。“现在我们可以为用户提供从伊始就与我们的软件完美配合的硬件组件。”
04 应用案例人工智能咖啡机
两家公司的专家在德累斯顿市的 Symate 公司办公室配备了一台全自动咖啡机，并通过 AI 和众多传感器相连接，作为一个连接现场层和 AI 世界的实用模型。第一步是记录明显的参数，比如水箱、咖啡盒和杯子的料位，以及对杯子的识别。传感器数据在 Detact 系统中进行合并和处理，用来记录单人咖啡消耗量、杯子液位的最小波动，以及冲泡过程的变化，并预测未来的消耗量，以及水箱和咖啡盒的再次填充。
该模型可以应用到工业实践中www.cechina.cn，例如尿素罐的两个注塑成型部件的材料连接：交付零件的托盘配备有 RFID 标签。带有 IO-Link 接口的 RFID 读写头确保对零件的明确识别和前道工序参数的传输。标记颜色传感器会立即进行质量检查，检测注塑过程中的变色或烧伤痕迹。自动检测质量偏差；焊接工艺根据各个零件的参数进行调整。
05 自动化 AI 分析实现进一步的流程优化
完成的容器被分类到适当的托盘中。传感器通过 OPC UA 接口连接到 IO-Link 主站。Detact 可以从提供的信号中得出初步分析：将不同工序链的数据进行合并和同步。通过自动 AI 分析获得超声波焊接系统的自适应流程设置，比如接触压力、焊接时间和所需能量。
倍加福和 Symate 提供的这个概念，其中一个关键优势是进入门槛低。IO-Link 传感器易于集成，且广泛使用。倍加福带有 OPC UA 接口的 IO-Link 主站为无阻碍的数据流奠定了基础，不会干扰现有的流程控制。
倍加福产品经理 Lukas Pogoda 强调说：“在此基础上，我们可以毫不费力地执行 Detact 试点项目。” David Haferkorn 补充道：“无需试图以抽象的方式掌握流程的复杂性。在迭代流程中，人工智能可以从一开始就找到最佳的解决方案。”
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