那么，在當前智能制造方興未艾，工業互聯網大行其道，數字化轉型如火如荼的今天，Automation Fair 2019又將給全球的工業自動化帶來什么樣的最新趨勢呢？筆者這次受羅克韋爾自動化之邀，全程參加了本屆博覽會，從而得見這個全美工業自動化領域的一大盛事，也從中看到了未來兩年自動化的發展趨勢，那就是工業自動化即將進入虛擬現實時代。
盛況空前魅力所在技術領先
Automation Fair是全球工業自動化和信息化領先巨擘美國羅克韋爾自動化公司聯合其合作伙伴共同舉辦的技術研討和展覽會，每年在美國的一個大、中城市舉辦，今年已經是第28屆。在美國并沒有像漢諾威工博會、中國工博會如此大規模的自動化展會，Automation Fair憑借其上百家參展商的創新成果和幾十場的技術論壇，以及羅克韋爾自動化在美國近乎處于壟斷地位的強大影響力，每年的觀眾可謂是趨之若鶩，數以萬計，猶如參加一場技術盛宴。Automation Fair也由此成為業界首屈一指的工業自動化盛會。
據統計，今年的Automation Fair共有150個羅克韋爾自動化合作伙伴參加，有來自全球的19000人報名注冊，共有95場技術論壇在期間舉辦，相比往屆這些數據都創造了歷史新高，可謂是盛況空前。
今年的Automation Fair如此火爆魅力所在什么地方呢？羅克韋爾自動化中國區總裁石安認為，一方面是現在用戶都有一個迫切的需求，要深層次的提高企業競爭力，而羅克韋爾自動化和PTC的合作今年有了更多的落地案例，能夠幫助客戶持續提升競爭力。另一方面，Automation Fair匯聚了如此眾多的合作伙伴參展，在北美最能體現高端制造業最新科技的就是這個展會了。
筆者在現場看到，羅克韋爾自動化占據了整個展館中心位置以及超過一半的展覽面積。在核心展區，展出了羅克韋爾自動化在汽車輪胎、冶金、油氣、食品飲料、化工、水處理、生命科學等行業的落地解決方案，以及聯合PTC推出的FactoryTalk InnovationSuite數字化創新套件。隨后是創新展區，展出了羅克韋爾自動化在數字孿生、TSN、5G等最新技術的演示DEMO。在集成架構（IA）展區，展出了羅克韋爾自動化的iTRAK柔性電驅系統、LogixAI、ControlLogix控制器、電機與運動控制等產品。在智能設備展區，展出了中、低壓變頻器等產品。
圍繞著核心展區，微軟、PTC、Cisco、Endress+Hauser、FESTO、威圖、HMS、Sensia、FLUKE、HARDY、P+F、ePLAN、nVent HOFFMAN和Stratus等在各自動化細分領域的知名廠商也展出了最新的產品和技術。
虛擬現實漸成工業自動化的發展趨勢
從自動化到數字化、網絡化、智能化，這是我們常說的智能制造三個階段，而目前多數企業處于數字化網絡化的階段。所謂數字化制造，就是通過信息建模和信息處理來改進制造過程，而信息建模和信息處理就需要在一個計算機模擬出來的虛擬世界中完成。因此，虛擬現實成為了數字化制造階段不可或缺的核心技術之一。
簡單來說，虛擬現實就是利用信息技術創建一個與現實世界對應的虛擬世界，所以從廣義上講，數字孿生（DT）、虛擬現實（VR）和增強現實（AR）這些技術都可以統一稱為虛擬現實技術。
今年的Automation Fair，給筆者印象最深的就是隨處可見的虛擬現實技術，無論是數字孿生還是VR或者AR，都已經在工業場景中得到應用，工業自動化已經進入到了虛擬現實時代。
在展會最顯著的入口處，放著一輛時尚的概念車，這是北美汽車廠商NIKOLA計劃在2020年量產的一輛電動汽車。觀眾可以拿著一個平板電腦對著汽車的某個部件，在畫面中就會顯示該部件及周邊各部件的3D模型、參數和實時數據，而且隨著平板電腦的移動畫面也跟著移動變化和實時數據顯示，虛擬畫面和現場實物契合度非常高。這是一個典型的增強現實的應用場景。
在展覽核心區，放著一臺汽車制造中常用的沖壓機，這是羅克韋爾自動化的伺服壓機解決方案。而與前些年不同的是ConTROL ENGINEERING China版權所有，在壓機邊上還放著一個數字孿生的大屏幕和虛擬現實眼鏡。路過的觀眾都會帶上眼鏡體驗虛擬現實場景，不但可以查看機器的三維模型，而且還能通過凝視、點頭、搖頭、指指點點、揮手和語音等操作虛擬設備，實現人機交互。
而在整個創新展區，虛擬技術幾乎占據了整個展區。除了最為火爆的虛擬現實體驗區外，在展區中央，一條帶有完全數字孿生的飲料罐裝產線吸引了無數人的駐足。通過中間屏幕上與實際產線完全一致的虛擬場景，產線上的運行狀況、設備狀態都可以實時在虛擬場景中同步顯示，同時通過軟件對實際產線的產品質量、完整性以及產線的安全等進行實時監控。
在一臺大型注塑機前，觀眾拿著iPad，對著機器各個部位照來照去，屏幕里面有一個和現實機器一樣的虛擬機器，在虛擬機器各個部位不斷顯示機器的一些實時信息。觀眾還可以通過點擊，打開虛擬機器各個部件的內部結構進行立體查看，這樣對機器的內部結構就有一個十分直觀的了解。
不僅僅是可視化更不是為了炫酷
數字孿生、虛擬現實和增強現實等這些虛擬技術使得整個2019 Automation Fair現場變得十分酷炫，科技感十足，觀眾的參觀體驗也從以前的“參觀”進化為“參與”，這也是虛擬技術帶來的前所未有的數據可視化效果。
對于數據可視化ConTROL ENGINEERING China版權所有，大家都不再陌生，在一個現代化工廠里，往往有一個大屏幕，通過各種圖形、表格、圖像顯示著整個工廠的實時狀態?？蛇@樣的數據可視化還不夠“直觀“，不夠”高級“。這些大屏幕上的數據報表和生產中的設備結合度還不夠高，很難一目了然的從大屏上看到這些數字跟實際生產的對應關系ConTROL ENGINEERING China版權所有，只有對業務邏輯很了解的人才能看懂，所以人跟系統之間就存在一個交互的障礙，沒法從數據理解生產中的問題。而基于虛擬技術的數據可視化就很好地解決了這個問題。
當然，虛擬技術的作用并不是為了數據的可視化，更不是為了炫酷，而是為了通過虛擬技術，實現產品全生命周期，從產品構思，到概念、設計、工藝、制造以及使用維護全部環節中互聯的數據流和集成的產品視圖，也就是所謂的數字主線（Digital Thread）。通過數字主線，企業能夠在設計階段就對產品制造的全過程進行虛擬集成，預測、檢測、評價產品性能和制造可行性，達到產品的開發周期和成本最小化、產品設計質量的最優化以及生產效率的最大化。不僅如此，還可以通過虛擬現實打造一整條數字模擬產線或者整個數字虛擬工廠，對產線或者工廠規劃、建設到運行等不同環節進行模擬、分析、評估、驗證和優化。
比如，放在入口處的NIKOLA電動汽車，這輛車在制造過程中使用了羅克韋爾自動化的FactoryTalk InnovationSuite軟件套件，將汽車設計時的三維圖紙導入到了軟件之中，同時使用套件中的Vuforia軟件開發了基于AR的虛擬場景。通過AR，可以查看零件之間的空隙襲、壓力、狀態等，從而判斷裝配是否合格等來檢測車輛質量。同時還會生成檢測電子報表。另外，還可以在制造過程中，通過查看已存儲的視頻、動畫等信息來指導操作。
據羅克韋爾自動化（中國）有限公司智能制造創新研究院總經理戴鵬飛介紹，在展出的伺服壓機設計研發過程中，一開始就采用了數字孿生技術，從機械的仿真模擬到自動化控制的仿真模擬，省去了傳統做原型機進行仿真模擬的環節，縮短了研發流程和設計，節省了約60-70%的研發時間，大大加快產品上市的時間 。
在數字孿生產線中，除了可以三維可視化整條產線外，更重要的是能夠利用數字孿生對整條產線進行前期的設計規劃、動態驗證、虛擬測試和調試，將傳感器和電機等功能進行標記，然后連接到管理它們的控制中進行設置和編程，使得虛擬產線的模型和真實的物理系統一樣。在虛擬世界調試完成后，將控制器中的程序直接下載到實際控制器中即可使用。這樣一來，就不需要用傳統方式那樣先建成一個初步的物理產線，然后進行一邊調試一邊修改，大大節省時間和成本。
完整的軟件和硬件平臺輕松部署虛擬現實
其實www.cechina.cn，虛擬現實技術并不是一個新技術，幾十年前就已經提出來，但由于過去一直受制于計算機、網絡通信和傳感技術等，虛擬現實并沒有得到廣泛應用。而在最近幾年，隨著這些技術的快速發展，虛擬現實技術變得越來越常見，并逐漸向工業領域滲透應用。
作為一個自動化和信息化的領先供應商，羅克韋爾自動化當然不僅僅是要利用虛擬技術來提升自己的解決方案，而是要使客戶能夠利用完整的軟件和硬件平臺開發自己的虛擬現實應用場景。從硬件上來看，羅克韋爾自動化的Logix控制器和MagneMotion智能傳送系統等都已經支持數字虛擬化。而從軟件上來看，主要是羅克韋爾自動化和PTC聯合推出的FactoryTalk InnovationSuite和今年1月收購的Emulated3D三維仿真軟件。
在FactoryTalk InnovationSuite套件里，除了有用于工業連網ThingWorx物聯網平臺和用于數據分析的FactoryTalk Analytics外，還有一個專門用戶增強現實創建工具Vuforia。Vuforia可以將各類三維CAD模型直接轉化為AR內容在手機、平板、AR眼鏡等設備上進行查看和操控。在NIKOLA電動汽車和數字化注塑機研發過程中，客戶就用了Vuforia軟件創建了增加現實的場景。隨著Vuforia的功能日益強大，創建增強現實場景的難度也隨之降低。正常情況下，想要研發出具備3D模型和實時信息的AR場景非常困難，但通過Vuforia就可以輕松實現，甚至在一分鐘之內就可以創建所需要的AR場景。
對于產線、物流輸送或者物流運輸系統來說，創建虛擬場景或者數字孿生的應用時，Emulated3D會是一個很好的選擇。Emulate3D的特點是可以對工業自動化系統進行數字模擬和仿真，并在正式安裝前通過仿真試驗來測試控制系統，從而在制造和自動化成本實際發生和終設計交付之前完成對機器和系統設計的虛擬測試。本次展會上的數字孿生產線和數字伺服壓機的虛擬現實就是利用Emulate3D來開發的。虛擬模型和物理控制器可以使用Emulated3D軟件來擴展它們之間的關系，用戶可以快速輕松地將模型中的這些軟件設備‘組合’在一起，以創建功能設計，并提供速度、位置、移動和其他命令。當需要將編程添加到現實世界的控制器時控制工程網版權所有，可以從模型中“自動”生成所有控制代碼。而且，在Emulate3D中，3D建模和調試軟件有一個虛擬現實按鈕，可以將其模型傳送到一個虛擬現實眼鏡上，允許用戶“走動”并與之交互。
人機結合、虛實結合是新一代智能制造的一個顯著特征。從2019 Automation Fair這個發展風向標來看，隨著數字化制造在各個行業的落地，以數字孿生、虛擬現實和增強現實為代表的虛擬技術已經逐步深入工業應用，特別是像羅克韋爾自動化這樣的傳統自動化和信息化領先企業，不僅已經將虛擬技術融入到自己的解決方案之中，而且已經通過和原有控制系統進行整合，簡化了虛擬現實技術的應用開發和落地實施?？梢灶A見，緊接在自動化和信息化實現之后，一個以數字化為基礎的虛擬現實時代正在到來。
