AI時(shí)代的PAC

可編程自動(dòng)化控制器(Programmable Automation Controller，簡(jiǎn)稱(chēng)PAC）是一種先進(jìn)的工業(yè)自動(dòng)化設(shè)備，它結(jié)合了傳統(tǒng)可編程邏輯控制器（PLC）和工業(yè)個(gè)人計(jì)算機(jī)（IPC）的優(yōu)點(diǎn)，旨在提供一個(gè)更加集成化、功能強(qiáng)大且靈活的控制解決方案。PAC的設(shè)計(jì)目標(biāo)是滿足現(xiàn)代工業(yè)環(huán)境中日益復(fù)雜的控制需求，包括高速數(shù)據(jù)處理、高級(jí)計(jì)算能力、豐富的通信接口、以及對(duì)多種網(wǎng)絡(luò)協(xié)議的支持。

如今，人工智能（Artificial Intelligence，簡(jiǎn)稱(chēng)AI）的快速發(fā)展正在為工業(yè)帶來(lái)新的機(jī)遇和挑戰(zhàn)：

首先，工業(yè)領(lǐng)域正逐漸向智能化、自動(dòng)化和數(shù)字化轉(zhuǎn)變。傳統(tǒng)的生產(chǎn)模式已經(jīng)無(wú)法滿足當(dāng)今復(fù)雜多變的市場(chǎng)需求和競(jìng)爭(zhēng)壓力。工業(yè)企業(yè)迫切需要提升生產(chǎn)效率、降低成本、優(yōu)化資源利用，以及提供高質(zhì)量的產(chǎn)品和服務(wù)。這些要求推動(dòng)了工業(yè)智能化的發(fā)展，AI作為其中的核心技術(shù)之一，成為實(shí)現(xiàn)智能化目標(biāo)的重要工具。

其次，當(dāng)前AI應(yīng)用于工業(yè)領(lǐng)域面臨的一個(gè)困難是，AI模型往往局限于算法仿真，無(wú)法直接與硬件IO打通。在工廠應(yīng)用中，涉及到眾多IO端口和總線，需要AI從設(shè)計(jì)、仿真到部署階段都參與進(jìn)來(lái)。然而，由于算法仿真只是在虛擬環(huán)境中進(jìn)行，很難準(zhǔn)確模擬實(shí)際工廠的各種硬件接口和通信協(xié)議。這使得在實(shí)際部署過(guò)程中，需要額外的工作來(lái)適配AI模型與硬件之間的接口，增加了工程師的工作量和復(fù)雜度。

最后，部署于邊緣端的AI需要與云上的AI進(jìn)行互通，才能實(shí)現(xiàn)工廠級(jí)別的AI。在工業(yè)生產(chǎn)中，往往需要將數(shù)據(jù)從邊緣設(shè)備收集到云端進(jìn)行處理和分析。然而，邊緣設(shè)備通常具有有限的計(jì)算和存儲(chǔ)資源，無(wú)法直接處理復(fù)雜的AI模型。因此，需要將AI模型部署在云端進(jìn)行計(jì)算，然后將結(jié)果傳輸回邊緣設(shè)備。這就需要邊緣端的AI與云上的AI進(jìn)行有效的通信和數(shù)據(jù)傳輸，以實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)的工廠級(jí)別的AI應(yīng)用。這種邊緣與云的互通性需要考慮網(wǎng)絡(luò)延遲、數(shù)據(jù)安全性和通信協(xié)議等方面的問(wèn)題，增加了系統(tǒng)的復(fù)雜性和實(shí)施的挑戰(zhàn)。

由此，一個(gè)具備AI算力的可編程控制器+配套的集成開(kāi)發(fā)環(huán)境則是PAC的未來(lái)，即AI-PAC。

什么是AI-PAC

AI-PAC（AI Programmable Automation Controller）是一種集成了AI功能的可編程控制器，它具備硬件加速AI、硬件通信和邊云協(xié)同等功能。其功能架構(gòu)可以描述如下：

AI模塊：

AI-PAC內(nèi)部包含了專(zhuān)門(mén)設(shè)計(jì)的AI加速硬件模塊，該模塊能夠高效地執(zhí)行AI算法，提供快速的AI推理能力。這個(gè)硬件加速模塊可以處理大規(guī)模的數(shù)據(jù)和復(fù)雜的AI模型，實(shí)現(xiàn)高性能的實(shí)時(shí)決策和分析。

控制器模塊：

AI-PAC具備可編程的控制器模塊，用于實(shí)現(xiàn)工廠設(shè)備的自動(dòng)化控制和監(jiān)控。該模塊具有豐富的輸入輸出（IO）端口和通信接口，可以與各種傳感器、執(zhí)行器和其他設(shè)備進(jìn)行實(shí)時(shí)的數(shù)據(jù)交互和控制操作。

硬件通信模塊：

AI-PAC內(nèi)置了多種通信接口和總線，用于與工廠設(shè)備進(jìn)行連接和數(shù)據(jù)交換。這些通信接口可以支持多種通信協(xié)議，如以太網(wǎng)、Modbus、CAN等，實(shí)現(xiàn)與工廠設(shè)備的快速、可靠的數(shù)據(jù)傳輸。

邊云協(xié)同平臺(tái)：

AI-PAC能夠?qū)崿F(xiàn)邊緣端與云端的協(xié)同工作。它可以將采集到的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)進(jìn)行初步的處理和分析，然后通過(guò)安全的通信協(xié)議將部分?jǐn)?shù)據(jù)傳輸?shù)皆贫恕Ｔ谠贫耍珹I-PAC可以與云上的AI平臺(tái)進(jìn)行交互，進(jìn)行更深入的數(shù)據(jù)分析和模型訓(xùn)練，得出更準(zhǔn)確的預(yù)測(cè)和決策結(jié)果。同時(shí)，云端的AI模型也可以下發(fā)到AI-PAC進(jìn)行本地的AI推理，實(shí)現(xiàn)邊緣端的實(shí)時(shí)響應(yīng)和決策能力。

通過(guò)以上功能架構(gòu)，AI-PAC能夠?qū)?a href="http://www.nxhydt.com/soft/data/42-102/" target="_blank">AI技術(shù)與工業(yè)自動(dòng)化控制相結(jié)合，實(shí)現(xiàn)高效、智能的工廠生產(chǎn)和管理。它不僅具備高性能的AI計(jì)算能力和靈活的控制功能，還能與硬件設(shè)備、云平臺(tái)之間實(shí)現(xiàn)快速、可靠的數(shù)據(jù)傳輸和協(xié)同工作。

寧波工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)研究院

AI PAC方案

寧波工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)研究院作為一家主攻工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)、智能制造、人工智能等前沿領(lǐng)域的新型研發(fā)機(jī)構(gòu)，研究院致力于推動(dòng)國(guó)家工業(yè)轉(zhuǎn)型發(fā)展、重大關(guān)鍵核心技術(shù)的創(chuàng)新突破和技術(shù)成果轉(zhuǎn)化， 2020年入選首批“浙江省省級(jí)新型研發(fā)機(jī)構(gòu)”，2021年研究院牽頭建設(shè)的“浙江省智能工廠操作系統(tǒng)技術(shù)創(chuàng)新中心”入選浙江省級(jí)首批技術(shù)創(chuàng)新中心，2022年8月，入選首批“科創(chuàng)中國(guó)”創(chuàng)新基地，2022年10月，獲批建設(shè)智能制造國(guó)家新一代人工智能開(kāi)放創(chuàng)新平臺(tái)。

基于行業(yè)積累和自身優(yōu)勢(shì)，寧波工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)研究院推出了AI-PAC平臺(tái)，該平臺(tái)特點(diǎn)如下：

01

提供多種AI大模型的支持，包括OpenVINO 等在內(nèi)的主流模型，結(jié)合Intel提供的主板大幅度提升算力運(yùn)行效能。

02

全自主研發(fā)CMC模塊，覆蓋工業(yè)IO全部需求：AI-PAC不僅提供強(qiáng)大的算力，還具備全自主研發(fā)的IO模塊，可滿足工業(yè)領(lǐng)域中各種常見(jiàn)的IO需求，如GPIO（通用輸入輸出）、總線接口等。AI-PAC可以直接與工業(yè)設(shè)備和傳感器進(jìn)行無(wú)縫連接，實(shí)現(xiàn)與現(xiàn)有工業(yè)系統(tǒng)的集成。

03

supOS云接入實(shí)現(xiàn)智能邊緣節(jié)點(diǎn)：結(jié)合supOS操作系統(tǒng)（supOS工業(yè)操作系統(tǒng)是我國(guó)首個(gè)具備自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的工業(yè)操作系統(tǒng)，為中國(guó)工業(yè)轉(zhuǎn)型升級(jí)打造“統(tǒng)一的數(shù)字化底座”攻關(guān)工業(yè)操作系統(tǒng)核心關(guān)鍵技術(shù)）AI-PAC能夠方便地將數(shù)據(jù)接入云端，實(shí)現(xiàn)智能邊緣節(jié)點(diǎn)的功能。通過(guò)將AI-PAC與云端服務(wù)相連，工業(yè)數(shù)據(jù)可以實(shí)時(shí)上傳到云端進(jìn)行分析和處理，從而實(shí)現(xiàn)智能化的決策和優(yōu)化。這樣，通過(guò)工業(yè)大數(shù)據(jù)的應(yīng)用可以促進(jìn)人工智能在工業(yè)領(lǐng)域的發(fā)展和應(yīng)用。

04

軟硬件無(wú)縫鏈接：AI-PAC提供了一個(gè)全面的軟件平臺(tái)，使開(kāi)發(fā)人員能夠方便地調(diào)用主流的模型進(jìn)行原型設(shè)計(jì)和部署。通過(guò)提供的API接口，AI-PAC實(shí)現(xiàn)了硬件通訊與AI模型的無(wú)縫打通，包括GPIO、CAN、Ethernet、EtherCAT、Modbus、Serial、AI/AO等各種硬件通訊方式。這使得在AI模型的設(shè)計(jì)過(guò)程中和在部署過(guò)程中，開(kāi)發(fā)人員能夠輕松地與硬件進(jìn)行交互和通信。

在原型設(shè)計(jì)階段，開(kāi)發(fā)人員可以利用AI PAC提供的軟件平臺(tái)，輕松調(diào)用主流的AI模型，并通過(guò)API接口與各種硬件通訊進(jìn)行交互。例如，可以將AI模型與GPIO接口結(jié)合，實(shí)現(xiàn)對(duì)外部設(shè)備的控制和監(jiān)測(cè)；可以利用CAN或Ethernet接口與其他設(shè)備進(jìn)行數(shù)據(jù)交換和通信；還可以通過(guò)Modbus、Serial、AI/AO等通訊方式與工業(yè)控制設(shè)備進(jìn)行連接和控制。

在部署階段，AI-PAC同樣提供軟硬件無(wú)縫鏈接的能力。開(kāi)發(fā)人員可以將經(jīng)過(guò)訓(xùn)練和優(yōu)化的AI模型部署到AI-PAC上，通過(guò)API接口與各種硬件通訊進(jìn)行數(shù)據(jù)的采集和控制。例如，在工業(yè)生產(chǎn)過(guò)程中，可以利用AI PAC與傳感器和執(zhí)行器進(jìn)行實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)交換和控制，實(shí)現(xiàn)智能化的生產(chǎn)和優(yōu)化。

行業(yè)應(yīng)用

01

四足機(jī)器人平臺(tái)（云深處）

AI-PAC助力云深處四足大狗機(jī)器人構(gòu)建四足機(jī)器人通用移動(dòng)平臺(tái)。AI-PAC 使能人工智能算力作為大腦處理復(fù)雜信息，構(gòu)建云上通訊，四足機(jī)器人本體控制器作為小腦，控制信號(hào)融合，步態(tài)控制，快速適配不同工業(yè)場(chǎng)景應(yīng)用。

02

智能工廠

通過(guò)AI-PAC集成了傳統(tǒng)的工控機(jī)加PLC的功能，更加緊湊。可以實(shí)現(xiàn)針對(duì)機(jī)器視覺(jué)檢測(cè)中對(duì)于AI 模型的訓(xùn)練，并且通過(guò)內(nèi)置的CMC可以提供執(zhí)行器的控制和信號(hào)采集，比如傳輸機(jī)，機(jī)械臂控制，限位開(kāi)關(guān)等。同時(shí)通過(guò)Niii Edge Pro軟件平臺(tái)可以在集成的環(huán)境中進(jìn)行AI圖像算法和IO端口的控制，保證學(xué)生在有限的課時(shí)中完成整個(gè)工業(yè)測(cè)試站的開(kāi)發(fā)。同時(shí)可以通過(guò)內(nèi)置的supOS 數(shù)據(jù)采集點(diǎn)擴(kuò)展工業(yè)大數(shù)據(jù)，工業(yè)智能的內(nèi)容。內(nèi)置的CMC也可以進(jìn)一步通過(guò)PLC梯形圖環(huán)境進(jìn)行具體執(zhí)行器算法的控制。實(shí)現(xiàn)一個(gè)平臺(tái)覆蓋多個(gè)課程內(nèi)容。

總結(jié)

在智改數(shù)轉(zhuǎn)的大背景下，AI-PAC可以方便快速的實(shí)現(xiàn)智能化控制，賦能制造業(yè)轉(zhuǎn)型升級(jí)。跟AI-PAC配套的Niii Edge Pro軟件平臺(tái)可以在集成的環(huán)境中一站式實(shí)現(xiàn)AI圖像算法和運(yùn)動(dòng)控制。supOS工業(yè)操作系統(tǒng)將AI-PAC與云端服務(wù)相連，工業(yè)數(shù)據(jù)可以實(shí)時(shí)上傳到云端進(jìn)行分析和處理，從而實(shí)現(xiàn)智能化的決策和執(zhí)行。

作者：劉洋

寧波工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)研究院 機(jī)器人事業(yè)部副總監(jiān)




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