試想一下，將人類工人、機器人和智能體系統(tǒng)與設(shè)備集成入一個工廠數(shù)字孿生之中，在一個數(shù)字的虛擬世界中，迭代一座智慧工廠的流程和體驗，將激發(fā)出哪些超越自動化的新潛能?

在今年的上海工博會(CIIF 2025)上，“AI+工業(yè)智能”、“具身智能”、“人形機器人”、“虛擬制造”、“數(shù)字孿生”都是近年來熱門的關(guān)鍵詞，并且“AI+制造”的創(chuàng)新生態(tài)也有了更為具象的實踐路徑。

比如，基于西門子工業(yè)邊緣的工業(yè)AI應用平臺西門子Xcelerator，可以“覺知”產(chǎn)業(yè)過程數(shù)據(jù)，從而進行質(zhì)量現(xiàn)狀分析與提升方向的發(fā)掘——通過智能產(chǎn)線數(shù)據(jù)分析工具，可以評估質(zhì)量現(xiàn)狀，分析影響質(zhì)量的關(guān)聯(lián)因素，發(fā)掘質(zhì)量的潛在提升方向。這可以被有效地運用在奶粉、大豆粉等粉末類食品的含水量分析與增強控制系統(tǒng)、大豆粉調(diào)質(zhì)工藝分析優(yōu)化系統(tǒng)，以及常溫奶降膜蒸發(fā)工藝數(shù)據(jù)分析與優(yōu)化系統(tǒng)中。

人形機器人也越來越多地出現(xiàn)在工業(yè)場景中。讓機器人或機械手臂擁有模仿人手的“靈巧手”，具備更高的自由度且能更快速地“學習”各項精細活，如擰螺絲、整理線纜等傳統(tǒng)機器人做起來遠不如人類工人的活兒，成為未來工業(yè)的發(fā)展方向。“如果靈巧手等技術(shù)層面未來有了更顯著的突破，也就是說未來的人形機器人可以學會所有需要人手完成的工作，那么就可以真正實現(xiàn)無人工廠了。而人類可以去做更高級的工作。”與西門子合作的一家做人形機器人的廠商表示。

超越自動化的進程正在加速的感受越發(fā)強烈。人工智能(AI)近年來的新突破正推動制造業(yè)從流程驅(qū)動向數(shù)據(jù)驅(qū)動、從自動化向智能化、從人控系統(tǒng)向人機協(xié)同演進。同時，也在不斷改寫產(chǎn)業(yè)界對于智能化未來的想象力。

平臺化、敏捷化、智能化

三大趨勢超越自動化

傳統(tǒng)工業(yè)自動化系統(tǒng)存在的諸多痛點，讓超越自動化成為一個必選項。

菲尼克斯電氣在工博會上的一場分享中指出了傳統(tǒng)工業(yè)控制系統(tǒng)五層架構(gòu)(ERP、MES、SCADA/HMI、PLC、Field Devices)的缺點：

層級冗余：使得信息傳遞路徑長、效率低;

擴展性差：新增設(shè)備或系統(tǒng)時需要改造多層硬件/軟件;

封閉性：協(xié)議和廠商綁定，難以融入開發(fā)生態(tài);

性能弱：難以應對海量數(shù)據(jù)和高并發(fā)數(shù)據(jù)處理。

傳統(tǒng)工業(yè)系統(tǒng)普遍遵循ISA95標準，采用分層架構(gòu)設(shè)計。由于各應用子系統(tǒng)獨立建設(shè)和部署，這種模式無形中導致了業(yè)務碎片化，形成條塊分割的“系統(tǒng)孤島”，具體表現(xiàn)為：

技術(shù)路線分散：各子系統(tǒng)技術(shù)選型差異大，軟件復用性低;

接口標準缺失：系統(tǒng)間多依賴私有接口互聯(lián)，缺乏公共服務接口標準;

數(shù)據(jù)共享困難：數(shù)據(jù)私有化、標準不統(tǒng)一，需經(jīng)多層轉(zhuǎn)換才能實現(xiàn)互通，系統(tǒng)間難以一體化調(diào)度;

擴展與運維受限：系統(tǒng)多采用半定制開發(fā)模式，建成后功能升級與第三方擴展困難，運維成本高、難度大，且嚴重依賴原廠支持。一旦原廠出現(xiàn)變動，系統(tǒng)往往只能推倒重建，難以適應制造工藝與生產(chǎn)組織方式的快速演進。

上述問題都讓跨層的業(yè)務流程難以實現(xiàn)。對此，菲尼克斯電氣提出了未來自動化的發(fā)展，4T融合是趨勢。4T，即IT(Information Technology)信息技術(shù)、CT(Communication Technology)通信技術(shù)、DT(Data Technology)數(shù)據(jù)技術(shù)、OT(Operation Technology)運營技術(shù)。而傳統(tǒng)的五層架構(gòu)也將轉(zhuǎn)向新型的三層架構(gòu)，包括云端(Cloud)、邊緣層(Edge)和終端層。其優(yōu)勢在于，可以在云端擁有強大的存儲、計算和全局優(yōu)化能力進行長期數(shù)據(jù)分析、模型訓練和跨系統(tǒng)協(xié)同，邊緣節(jié)點則可以進行實時數(shù)據(jù)處理以減少數(shù)據(jù)傳輸量并滿足安全要求，在終端的傳感器、執(zhí)行層等設(shè)備則可以直接與邊緣層交互，實現(xiàn)快速響應。

菲尼克斯電氣在今年工博會上展出了該公司與華為共創(chuàng)的4T融合自動化柔性制造示范線。以菲尼克斯電氣的開放式控制平臺vPLCnext 虛擬化控制技術(shù)為核心，打造了基于鯤鵬QSemoS、先進工業(yè)網(wǎng)絡X-motion的原生柔性產(chǎn)線應用。其中融合了菲尼克斯IO模塊、HMI沒備、工業(yè)連接器、QUINT電源產(chǎn)品、現(xiàn)場裝置連接器、接線端子等全產(chǎn)品線組合，實現(xiàn)了工廠無線化、PLC集中化和產(chǎn)線柔性化。

麥肯錫的研究指出，2025年工業(yè)自動化產(chǎn)品的全球市場規(guī)模將達到約1083億美元，過去三年年化增長率約3.7%。到2030年，中國、日韓和西歐等先進制造市場有望率先實現(xiàn)超越自動化的革命——通過多種顛覆性技術(shù)、新業(yè)務模式、云的廣泛使用以及具備集中性和高適應性平臺的半開放生態(tài)系統(tǒng)，打造由高階數(shù)據(jù)分析和軟件驅(qū)動、AI高度賦能的生產(chǎn)環(huán)境。總體來看，平臺化、敏捷化、智能化三大技術(shù)趨勢成為突破傳統(tǒng)工業(yè)自動化瓶頸，超越自動化的重要方向，并進一步驅(qū)動行業(yè)發(fā)展，邁向更全面的數(shù)字化、智能化。

麥肯錫研究院總結(jié)了可能會對工業(yè)自動化的未來產(chǎn)生巨大影響的十大技術(shù)方向。其中，工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)平臺、虛擬化PLC、人工智能、工業(yè)大模型等多項創(chuàng)新技術(shù)令更多自動化、智能化場景成為可能。這些技術(shù)均已投入使用，從現(xiàn)在到2030年很可能以兩位數(shù)年化增長率快速增長。其中某些技術(shù)將成為行業(yè)拐點出現(xiàn)的基礎(chǔ)，激發(fā)更加迅猛的技術(shù)應用。

在虛擬世界中“構(gòu)想”智慧工廠

隨著制造業(yè)從自動化向數(shù)字化再向智能化的轉(zhuǎn)變，此前積累的數(shù)據(jù)資產(chǎn)在AI技術(shù)加持下有了被更深度挖掘的條件。在這個意義之下，數(shù)字孿生或?qū)⒊蔀楣I(yè)制造場景實現(xiàn)跨越式智能升級的關(guān)鍵突破口：一方面它為產(chǎn)業(yè)大數(shù)據(jù)的挖掘提供了更理想的仿真環(huán)境，另一方面也成為進一步拉通生產(chǎn)數(shù)據(jù)、協(xié)同虛實的關(guān)鍵工具。

事實上，隨著傳感器和機器人自主系統(tǒng)越來越復雜，通過數(shù)字孿生等技術(shù)進行仿真對于工業(yè)領(lǐng)域的智能化升級的意義越來越重。

設(shè)想一座未來的先進工廠和倉庫，可能要配備數(shù)百個自主移動機器人、機械臂操縱器和人形機器人，它們和人類工人一起工作。如何進行協(xié)調(diào)培訓來優(yōu)化操作，以確保整個過程的安全且避免中斷，越來越多的先進工廠開始轉(zhuǎn)向數(shù)字孿生技術(shù)。

西門子此前曾與英偉達合作，將英偉達的Omniverse Cloud API與Siemens Xcelerator平臺結(jié)合使用，為工業(yè)設(shè)計和制造打造一個沉浸式可視化體驗。生成式AI API或智能體的能力的接入，可以將復雜的工業(yè)數(shù)據(jù)集進行統(tǒng)一和可視化，有效提升工業(yè)規(guī)模設(shè)計和制造的效率。

英偉達Omniverse和仿真技術(shù)副總裁萊夫·勒巴雷迪安曾這樣解釋其此前發(fā)布的Omniverse平臺，它“提供了一個框架，一個用于在先進的計算機擴展的模擬器”。這樣一來，在物理世界里的任何場景都可以轉(zhuǎn)化為數(shù)字化的表達，通過在軟件的虛擬世界里，就可以提前模擬現(xiàn)實世界的系統(tǒng)來進行實驗、迭代設(shè)計。

越來越多的電子制造企業(yè)也都開始將數(shù)字孿生已經(jīng)應用到工廠產(chǎn)線中。富士康、和碩、廣達和緯創(chuàng)企業(yè)使用Omniverse平臺構(gòu)建虛擬工廠、優(yōu)化自動化檢測、訓練協(xié)作機器人。其中，緯創(chuàng)在利用Omniverse平臺為其自動化接收線路和操作間構(gòu)建數(shù)字孿生體；和碩在利用Omniverse平臺開發(fā)、部署和管理品控解決方案；廣達則將Omniverse平臺應用于對先進的協(xié)作機器人的仿真、測試和優(yōu)化上。去年也有消息傳出，三星電子決定利用英偉達的數(shù)字孿生技術(shù)建立半導體工廠的虛擬復制體，并在此基礎(chǔ)上分析和優(yōu)化生產(chǎn)數(shù)據(jù)，提升半導體芯片制造的良率和整體產(chǎn)量。EToday的一份報告顯示，三星電子將該技術(shù)視為其縮小與臺積電差距的關(guān)鍵。數(shù)據(jù)顯示，三星電子的3納米工藝良率要落后臺積電十個百分點左右。

正如英偉達CEO黃仁勛所指出的，“如今幾乎每一個復雜的工程項目，都會在投入生產(chǎn)前模擬產(chǎn)品，在龐大的工業(yè)體系中，哪怕一處很小的效率提升，也將代表著一個巨大的機會。”

AI技術(shù)與數(shù)字孿生的結(jié)合，可以進一步實現(xiàn)對復雜多變的需求的實時響應，提升效率的同時，進一步降低系統(tǒng)開發(fā)和測試成本。而數(shù)字孿生應用在工業(yè)場景落地的提速，無疑將帶動整個制造業(yè)數(shù)智化升級的躍升。

寫在文末

超越自動化的下一個全球敘事是什么?

可以說，過去幾十年來的自動化的發(fā)展演進乃至工業(yè)4.0，歸結(jié)起來是連接的勝利。當前，全球邁入工業(yè)5.0時代，以人工智能、數(shù)字孿生、具身智能等為代表的數(shù)字化、智能化技術(shù)正從概念走向產(chǎn)業(yè)落地，成為重塑全球競爭格局的核心力量。AI是推動工業(yè)數(shù)智化轉(zhuǎn)型的新變量，而“AI+制造”與實際應用場景的融合創(chuàng)新則是發(fā)揮其技術(shù)潛能的關(guān)鍵。