貝加萊工業(yè)自動(dòng)化（中國(guó)）有限公司

關(guān)乎產(chǎn)品戰(zhàn)略，不得不慎

機(jī)器與裝備，作為一個(gè)復(fù)雜的機(jī)電一體化對(duì)象。有些行業(yè)如印刷、紡織經(jīng)歷上百年的發(fā)展，而新興的電子半導(dǎo)體也有數(shù)十年的歷史，他們正在不斷的走向自動(dòng)化、智能化，這使得機(jī)器的控制系統(tǒng)在其中的重要性不斷提升。并且，今天，領(lǐng)先的機(jī)器制造商所采取的更多是將工藝Know-How以軟件形式封裝，其差異化競(jìng)爭(zhēng)力也多來自于軟件的能力。這個(gè)時(shí)候，作為控制系統(tǒng)就必然成為了裝備制造企業(yè)的產(chǎn)品戰(zhàn)略的實(shí)施關(guān)鍵，這戰(zhàn)略關(guān)乎長(zhǎng)期的發(fā)展。

因此，需要謹(jǐn)慎的評(píng)估合作伙伴—系統(tǒng)，它不同于組件的選擇，可以通過數(shù)據(jù)表對(duì)比即可，而系統(tǒng)它本身的特點(diǎn)就是具有系統(tǒng)性、全局性、整合性。因此，控制系統(tǒng)合作伙伴會(huì)成為一種戰(zhàn)略性資源引入，幫助企業(yè)推進(jìn)產(chǎn)品戰(zhàn)略的升級(jí)，因此，選擇的是一個(gè)伙伴，而不僅僅是個(gè)供應(yīng)商。

應(yīng)避免數(shù)據(jù)表的對(duì)比

用一些性能參數(shù)來對(duì)比，似乎是客觀的，但是，其實(shí)，這是純粹的硬件思維，而不是全局的思維，“局部數(shù)據(jù)強(qiáng)完全不代表全局最優(yōu)”。對(duì)于機(jī)器制造商而言，控制系統(tǒng)選擇，應(yīng)該避免對(duì)于傳統(tǒng)遺留的問題，這包括幾個(gè)常見的問題：

(1).用過去的產(chǎn)品結(jié)構(gòu)來思考今天的問題：就像PLC一直被分為大型/中型/小型的局限，實(shí)際上，這種分類方法僅存在于對(duì)I/O處理能力的考慮，而對(duì)于機(jī)器控制來說，I/O處理響應(yīng)并不高，真正要求高的是運(yùn)動(dòng)控制、機(jī)器人、CNC類的任務(wù)，這個(gè)與30年前比較PLC的I/O容量時(shí)代已經(jīng)發(fā)生了很大的變化（2）.避免用單步指令執(zhí)行來考量性能，因?yàn)檫@是早期PLC硬件執(zhí)行任務(wù)的指標(biāo)，而基于分時(shí)多任務(wù)操作系統(tǒng)，并不采用這一指標(biāo)，因?yàn)橛辛薘TOS的任務(wù)調(diào)度、時(shí)間片劃分機(jī)制，是以任務(wù)周期作為指標(biāo)的；（3）.系統(tǒng)的速度取決于最短那塊板，有些廠商過分夸大通信任務(wù)的響應(yīng)能力—但是卻掩蓋了其網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)帶來的同步在數(shù)個(gè)周期才能完成-逼不得已的快這個(gè)事實(shí)。還有一個(gè)問題在于，系統(tǒng)的性能往往受到最短那塊板影響，也即，最優(yōu)的系統(tǒng)是控制、通信、運(yùn)動(dòng)控制任務(wù)周期保持一致。

這種基于產(chǎn)品DataSheet的比較分析，對(duì)于決定機(jī)器與裝備這類產(chǎn)品戰(zhàn)略性決策來說，絕非好的策略。

硬件已經(jīng)不是障礙-軟件競(jìng)爭(zhēng)力

隨著IC技術(shù)、存儲(chǔ)、通信等技術(shù)的進(jìn)步，控制系統(tǒng)已然不存在硬件瓶頸這樣的問題。另外，由于自動(dòng)化廠商都提供寬范圍的產(chǎn)品線供選擇，在這個(gè)意義上，硬件只是根據(jù)需要選擇的問題。

表1-多種應(yīng)用場(chǎng)景匹配的控制器組合
 

就像貝加萊的控制系統(tǒng)，其實(shí)在X20系列就包含了像中小型機(jī)器所需的緊湊型PLC，以及特別適合于機(jī)器制造業(yè)的Power Panel系列的HMI和PLC融合產(chǎn)品—這個(gè)在機(jī)器制造業(yè)非常受歡迎，在于它結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，穩(wěn)定可靠（省略掉了PLC與HMI的通信-采用連接器的高可靠連接）。以及PC和Panel PC，包括面向工程機(jī)械的X90系列控制器，以及面向工廠的ARPOL DCS和SCDA系統(tǒng)。

這些控制器的自身的RAM都是在MB-GB級(jí)，而可擴(kuò)展的CF卡可以達(dá)到百GB/TB級(jí)，而通信也包括了POWERlink、TSN實(shí)時(shí)以太網(wǎng)和標(biāo)準(zhǔn)千兆以太網(wǎng)通信能力。

任務(wù)等級(jí)從100μS到10mS不等，因此，它不存在一種PLC不能勝任，而是配置出你需要的最合適的硬件系統(tǒng)。

系統(tǒng)選擇的幾個(gè)重要維度

根據(jù)與機(jī)器制造商多年的合作，我們可以從幾個(gè)方面考慮系統(tǒng)評(píng)價(jià)體系，全面的看待合作應(yīng)該有些考量：

圖1-控制系統(tǒng)伙伴的幾個(gè)考量因素

穩(wěn)定與可靠的系統(tǒng)

這對(duì)于制造業(yè)而言，是一種基準(zhǔn)線，穩(wěn)定與可靠主要在于它是否經(jīng)過大量的“驗(yàn)證”—即，在這個(gè)領(lǐng)域或相關(guān)領(lǐng)域已經(jīng)有多少機(jī)器被發(fā)往現(xiàn)場(chǎng)，這個(gè)現(xiàn)場(chǎng)包括全球的制造商用戶。

因?yàn)槌擞布目煽糠€(wěn)定外，軟件的穩(wěn)定與可靠同樣重要，這有賴于對(duì)標(biāo)準(zhǔn)化的模塊使用，例如采用PLCopen、IEC61131-3的編程，以及經(jīng)過大量軟件工程測(cè)試驗(yàn)證的可靠軟件。

工業(yè)領(lǐng)域的軟件，依賴于高水平的軟件規(guī)劃與架構(gòu)，以及工程師的工程能力，而這方面的伙伴專業(yè)性必須予以考慮。

開放性，為機(jī)器創(chuàng)新提供支撐

對(duì)于機(jī)器制造商而言，系統(tǒng)的開放性主要對(duì)于機(jī)器的幾個(gè)方面有影響：

（1）.自己開發(fā)的工藝Know-How的封裝，比較封閉的系統(tǒng)往往會(huì)缺乏讓機(jī)器制造商自主編寫可用模塊的能力，包括對(duì)高級(jí)語(yǔ)言的支持，這些都會(huì)導(dǎo)致機(jī)器制造商自主創(chuàng)新的實(shí)現(xiàn)無法被有效執(zhí)行。如圖2，貝加萊的軟件包括了mapp-提高開發(fā)速度的通用軟件，以及機(jī)器制造商Know-How封裝的C/ST/C++自定義庫(kù)，通過建模仿真來開發(fā)的自主工藝建模軟件。

圖2-開放的軟件體系

（2）.與第三方工程軟件的連接

因?yàn)檫@牽扯到機(jī)械系統(tǒng)設(shè)計(jì)時(shí)的一些模型，以及這些模型與控制系統(tǒng)的協(xié)同仿真問題，比較常見的如MATLAB/Simulink、MapleSim、IndustrialPhysics這些。通過FMU/FMI也可以與更多Modelica組織的軟件進(jìn)行協(xié)作。

圖3-開放的軟件連接

（3）.開放性也同樣是總線的支持能力：圖X顯示了貝加萊一個(gè)控制器除了標(biāo)配的通信，還可以通過插槽、與I/O同尺寸槽位的通信模塊（CNA,IO-link,RS485）來擴(kuò)展。

圖4-開放的總線支持能力

可擴(kuò)展性-機(jī)器的靈活性

可擴(kuò)展性在幾個(gè)方面：

（1）硬件可擴(kuò)展性,包括模塊化—這個(gè)在自動(dòng)化行業(yè)已經(jīng)普遍實(shí)現(xiàn)，熱插拔的支持、總線支持能力；

（2）軟件可擴(kuò)展性：這主要體現(xiàn)在軟件與硬件的獨(dú)立性，例如在貝加萊PLC上的程序，它可以運(yùn)行在Power Panel系列，也可以運(yùn)行在APC和Panel PC上，這就是軟件在硬件平臺(tái)上的可擴(kuò)展性，另一個(gè)方面的可擴(kuò)展性也指版本的兼容性問題。

長(zhǎng)周期的交付與服務(wù)支撐能力，考慮到機(jī)器往往需要運(yùn)行10年甚至更久的時(shí)間，因此，程序的兼容性，即便更換到新的系統(tǒng)上，也需要保持它的可移植性也是必須予以考慮的。

圖5-長(zhǎng)期可用性

如圖5所示，從90年代的2000系列到今天的X20系列（也經(jīng)歷了Pentium/Atom/Core i系列多個(gè)階段的CPU等級(jí)），貝加萊的Automation Studio一直能夠?yàn)槠涮峁┘夹g(shù)的服務(wù)支撐，確保版本的兼容，以及程序的可移植性。

（3）.機(jī)器的數(shù)字化能力-可持續(xù)性發(fā)展架構(gòu)

機(jī)器的可持續(xù)發(fā)展，包括機(jī)器的長(zhǎng)期可用性，在較長(zhǎng)的時(shí)間，你不能讓系統(tǒng)落后，這樣最大的避免過幾年后，你的系統(tǒng)被淘汰了，而新的系統(tǒng)無法與原有系統(tǒng)兼容。像圖6-貝加萊采用的通用計(jì)算架構(gòu)的控制器，基于Hypervisor的PC，運(yùn)行通用操作系統(tǒng)（Windows/Linux）和實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)于不同的CPU核。

它可以實(shí)現(xiàn)云端的模型訓(xùn)練，本地的計(jì)算推理這樣的AI應(yīng)用架構(gòu)，也可以直接控制驅(qū)動(dòng)與電機(jī)、I/O實(shí)時(shí)控制任務(wù)。確保在自動(dòng)化基礎(chǔ)應(yīng)用與擴(kuò)展的智能化應(yīng)用中得到兼容。

圖6-面向未來的架構(gòu)

開放架構(gòu)的好處就在于此，它采用了通用的芯片、網(wǎng)絡(luò)通信架構(gòu)、計(jì)算、云平臺(tái)的連接能力，這確保在較長(zhǎng)的時(shí)間里，機(jī)器都能保持可持續(xù)性的發(fā)展能力。

集成性-最優(yōu)系統(tǒng)設(shè)計(jì)與工程效率

機(jī)器是一個(gè)機(jī)械-電氣-軟件一體化的系統(tǒng)，因此，它必須是一個(gè)整體來考慮，這里包含了幾個(gè)方面的問題：

（1）.集成架構(gòu)利于內(nèi)部最優(yōu)：通過不同的分立組件拼裝的系統(tǒng)，最大的問題就在于它無法發(fā)揮每個(gè)組件的最大性能，另外，在接口處往往存在不穩(wěn)定性，而且在軟件實(shí)現(xiàn)方面，也通常會(huì)需要多個(gè)軟件的配合，這需要工程師掌握多個(gè)軟件，并在其間進(jìn)行切換。

圖7-集成開發(fā)平臺(tái)提升工程效率

（2）集成開發(fā)平臺(tái)-提升工程效率

像Automation Studio，作為一個(gè)平臺(tái)，它可以為機(jī)器的持續(xù)創(chuàng)新提供長(zhǎng)期支撐，這個(gè)已經(jīng)在商業(yè)運(yùn)行25年的平臺(tái)架構(gòu)依舊保持著強(qiáng)的擴(kuò)展能力，包括與的智能型開發(fā)。

集成，在于對(duì)象和流程兩個(gè)維度，如圖7所示。對(duì)于復(fù)雜變化的機(jī)器產(chǎn)品類管理，包括軟件版本控制、復(fù)用的軟件組件（Component-based Development）、由廠商提供的mapp組件，這些都是提升機(jī)器開發(fā)效率、并確保長(zhǎng)期投資安全的集成性。

隨著軟件的復(fù)雜性提高，在軟件方面的工程師資源、測(cè)試驗(yàn)證工時(shí)都是巨大的，因此，提升工程效率需要較好的工具平臺(tái)，正所謂“工欲善其事必先利其器”。

（3）.巧用架構(gòu)，四兩撥千斤

控制系統(tǒng)的架構(gòu)設(shè)計(jì)也很關(guān)鍵，其實(shí)，集成架構(gòu)，就使得系統(tǒng)更為簡(jiǎn)潔，進(jìn)而降低不必要的連接和額外的軟件測(cè)試成本。

圖8-ACOPOS伺服驅(qū)動(dòng)直接的編碼器輸入

在傳統(tǒng)的伺服電子凸輪裁切中，需要裁切軸跟隨外接的測(cè)量材料速度的編碼器，PLC+運(yùn)動(dòng)控制模塊的架構(gòu)往往將編碼器接入到I/O測(cè)。如圖8所示，貝加萊的ACOPOS系列則直接接入到伺服驅(qū)動(dòng)器的插槽中，這樣直接的計(jì)算就會(huì)獲得更快的響應(yīng)能力，確保裁切的精度。

還有一些情況，就像機(jī)器的網(wǎng)絡(luò)采用集中式網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)，需要經(jīng)由主站為從站之間進(jìn)行同步關(guān)系的協(xié)同，那么就會(huì)導(dǎo)致這個(gè)網(wǎng)絡(luò)需要經(jīng)過多個(gè)分發(fā)周期才能完整這個(gè)同步任務(wù)，而分布式網(wǎng)絡(luò)則可以通過交叉通信來實(shí)現(xiàn)從站間的同步，在表面上看，集中式網(wǎng)絡(luò)的每個(gè)傳輸都是非?？斓?，但其整體最終獲得的性能卻并不一定快，人們很容易被這種數(shù)字上的快所誤導(dǎo)。

其實(shí)，這樣架構(gòu)的差異帶來很多的不同，在此不一一列舉。

行業(yè)專家-懂你的系統(tǒng)

從合作的視角來看，一個(gè)合作伙伴應(yīng)該是一個(gè)非常懂得機(jī)器開發(fā)的，他們快速把握機(jī)器的關(guān)鍵問題，豐富的經(jīng)驗(yàn)，就是一種資源，將他們的知識(shí)、經(jīng)驗(yàn)、遠(yuǎn)見卓識(shí)，作為一個(gè)顧問分享給機(jī)器制造商。

圖9豐富的行業(yè)應(yīng)用經(jīng)驗(yàn)

像貝加萊，在各個(gè)裝備制造業(yè)，有非常深厚的專家，以及培訓(xùn)體系支持的工程訓(xùn)練、行業(yè)Know-How的軟件積累、專用的硬件，對(duì)于機(jī)器制造商來說，都是可被有效利用的資源。

總擁有成本的評(píng)價(jià)

對(duì)于任何一個(gè)機(jī)器制造商，其終端大廠往往有非常嚴(yán)格的指標(biāo)對(duì)機(jī)器進(jìn)行綜合的評(píng)估。如圖10，TCO是一個(gè)較為全面的評(píng)價(jià)方式，它會(huì)牽扯到整個(gè)設(shè)備的運(yùn)行中的問題，包括如圖所示的幾個(gè)方面：TCO、預(yù)測(cè)性維護(hù)、OEE、產(chǎn)品換型帶來的交付能力、ROI。而不是設(shè)備的采購(gòu)價(jià)格的高與低—因?yàn)閷?duì)于工廠，設(shè)備是重要的資產(chǎn)投資，而投資的評(píng)價(jià)是按照回報(bào)來評(píng)價(jià)，以及它在現(xiàn)場(chǎng)的表現(xiàn)，對(duì)于用戶來說，其實(shí)，穩(wěn)定而高品質(zhì)的生產(chǎn)，任何時(shí)候都是核心的考量，因?yàn)槿魏蔚恼{(diào)校、等待、不正常宕機(jī)都是成本。

圖10-終端用戶對(duì)設(shè)備的評(píng)估要點(diǎn)

 終端生產(chǎn)企業(yè)，尤其是領(lǐng)先的制造商，有非常強(qiáng)的計(jì)算力，來綜合評(píng)估機(jī)器與系統(tǒng)的能力，這點(diǎn)上，必須在機(jī)器的設(shè)計(jì)中以這種“用戶需求”為導(dǎo)向，在每個(gè)細(xì)節(jié)上，精心打磨，確保機(jī)器在設(shè)計(jì)、開發(fā)、運(yùn)營(yíng)階段，都能夠去考慮“成本”的節(jié)省，成本節(jié)省可以被設(shè)計(jì)出來，預(yù)先規(guī)劃。

表2-全局的系統(tǒng)成本觀

表2列舉了貝加萊的硬件和軟件在各個(gè)階段能夠提供的成本節(jié)省的方案，在每個(gè)細(xì)節(jié)上，都預(yù)先為機(jī)器制造商進(jìn)行了考慮。

總結(jié)：選擇系統(tǒng)與伙伴，在今天這個(gè)時(shí)代，更需要關(guān)注“軟件實(shí)力”。并有效打造您的機(jī)器軟實(shí)力，贏得長(zhǎng)期、差異化的競(jìng)爭(zhēng)力。