現(xiàn)在的制造業(yè)，比任何時(shí)候更為熱鬧，充滿(mǎn)了各種所謂的“智能”、“轉(zhuǎn)型”、“顛覆”的熱詞。一直默默服務(wù)于制造的自動(dòng)化莫名經(jīng)常被冠以“封閉”、“被顛覆”的力量。然而，這種純?nèi)坏臒o(wú)明，并不能真實(shí)還原自動(dòng)化行業(yè)持續(xù)不斷的創(chuàng)新。并且無(wú)法清晰理解自動(dòng)化“工程”創(chuàng)新帶來(lái)的持續(xù)價(jià)值-這種力量在過(guò)去的數(shù)十年里已然被證實(shí)，且繼續(xù)發(fā)生。本文以貝加萊視角來(lái)看待制造業(yè)的自動(dòng)化技術(shù)進(jìn)步。

企業(yè)發(fā)展的五個(gè)力量

管理學(xué)大師邁克爾.波特早在競(jìng)爭(zhēng)理論中闡述了企業(yè)所面臨的五個(gè)力量，稱(chēng)為五力模型。同樣，對(duì)于任何一個(gè)企業(yè)或組織，其發(fā)展來(lái)自這幾個(gè)力量：

圖1-企業(yè)乃至行業(yè)發(fā)展的重要力量

其實(shí)，企業(yè)核心在于使命驅(qū)動(dòng)下，為用戶(hù)提供所需的產(chǎn)品技術(shù)，為員工謀福利，以及為股東謀利益，這是企業(yè)自身發(fā)展的內(nèi)生動(dòng)力。客戶(hù)需求導(dǎo)向的產(chǎn)品設(shè)計(jì)產(chǎn)生拉動(dòng)力，橫向技術(shù)的進(jìn)步產(chǎn)生推動(dòng)力，通過(guò)工程創(chuàng)新，為用戶(hù)提供優(yōu)于競(jìng)爭(zhēng)者更高性?xún)r(jià)比的產(chǎn)品技術(shù)與解決方案。

回到制造的本質(zhì)

無(wú)論賦予智能制造何種光鮮，制造本身都是要提供高品質(zhì)產(chǎn)品、低成本與快速交付能力的。今天的技術(shù)并無(wú)新鮮，一切都是技術(shù)是否達(dá)到經(jīng)濟(jì)的臨界點(diǎn)，因此，信息化、智能化都是附著于自動(dòng)化之上的工具擴(kuò)展，而非制造本身。圖2梳理了自動(dòng)化、信息化與智能化之間的關(guān)系，他們作為一種方案工具共同服務(wù)于不斷變化的制造業(yè)需求。

圖2-質(zhì)量/成本與交付是制造的本質(zhì)訴求

更快、更高、更強(qiáng)的機(jī)器

對(duì)于制造業(yè)而言，其總是遵循著奧運(yùn)會(huì)精神，那就是“更快、更高、更強(qiáng)”。對(duì)于機(jī)器而言，就是“更快的速度、更高的品質(zhì)、更強(qiáng)的功能”，工廠對(duì)于機(jī)器的要求就是“既要品質(zhì)高、又要省材料、還要一機(jī)多用生產(chǎn)不同的產(chǎn)品”，這就是“投資回報(bào)”。

機(jī)器控制何以變得越來(lái)越復(fù)雜？

控制，從機(jī)械傳動(dòng)與手動(dòng)操作、繼電器邏輯、PLC，再到PC算法設(shè)計(jì)，AI集成能力，這一切都是為了讓機(jī)器變得能夠勝任更為復(fù)雜的工作。一機(jī)多能，就意味著最快的調(diào)整，以生產(chǎn)不同的產(chǎn)品，越來(lái)越快的機(jī)器要更高的生產(chǎn)產(chǎn)能，而精度越來(lái)越高則為了更高的品質(zhì)。

似乎大部分對(duì)機(jī)器的控制器的理解都不斷停留在PLC只能做邏輯控制，這似乎對(duì)于自動(dòng)化有較過(guò)時(shí)的理解一直彌漫在制造業(yè)，然而事實(shí)并非如此，至少在貝加萊并非如此。貝加萊在80年代開(kāi)始進(jìn)入PLC市場(chǎng)，但起起點(diǎn)選擇了PC與PLC融合的架構(gòu)，即，選擇PLC的穩(wěn)定可靠、又有PC的復(fù)雜算法設(shè)計(jì)、浮點(diǎn)運(yùn)算能力，這使得貝加萊在90年代即可采用BASIC/C編程以實(shí)現(xiàn)復(fù)雜的算法設(shè)計(jì)，賦予機(jī)器更高的工藝實(shí)現(xiàn)能力。

圖3-多樣控制技術(shù)滿(mǎn)足各種需求

如圖3，今天，貝加萊的控制器按照用戶(hù)需求，提供了各種能力的擴(kuò)展產(chǎn)品組合，涵蓋了機(jī)架式PLC、Power Panel控制顯示一體、APC-先進(jìn)的工業(yè)PC、Panel PC-PLC、PC與面板集成，X90的移動(dòng)裝備控制器，這些控制器基于Intel X86/ARM架構(gòu)，可以支持RTOS，復(fù)雜算法實(shí)現(xiàn)。

通過(guò)本身的高性能處理器、以及豐富的網(wǎng)絡(luò)集成能力、內(nèi)嵌的服務(wù)（FTP/Web,OPCUA）能力，在數(shù)字化時(shí)代，貝加萊的控制器依舊具有領(lǐng)先的數(shù)字化能力。在滿(mǎn)足控制任務(wù)的實(shí)時(shí)性同時(shí)，也提供數(shù)字化連接能力，以及邊緣計(jì)算任務(wù)處理能力。

工業(yè)通信-從機(jī)器到工廠集成

總線的歷史若從早期的儀表總線算起，也有大約60年的歷史，從IEC的“現(xiàn)場(chǎng)總線”這個(gè)定義也有近40年了。早期總線主要來(lái)自于流程工業(yè)的需求，因?yàn)榱鞒坦I(yè)像是一臺(tái)大機(jī)器（裝置），有對(duì)于工程接線、配置和診斷的需求。隨著機(jī)器也開(kāi)始逐漸接入更多的傳感器、伺服軸、視覺(jué)系統(tǒng)等，更多需要連線生產(chǎn)，而離散制造業(yè)屬于“時(shí)間嚴(yán)苛型任務(wù)”，因此，它對(duì)實(shí)時(shí)性有著較高的要求。隨著機(jī)器的需求變得更為迫切，普遍采用了三層更為精簡(jiǎn)的架構(gòu)來(lái)滿(mǎn)足實(shí)時(shí)性要求，并借助于以太網(wǎng)將L1/L2統(tǒng)一，但保持了原有的L7應(yīng)用層。

圖4-工業(yè)通信的發(fā)展路徑

當(dāng)機(jī)器要進(jìn)行連線生產(chǎn)的時(shí)候，就會(huì)遇到機(jī)器-機(jī)器（M2M）交互問(wèn)題，異構(gòu)網(wǎng)絡(luò)怎么集成。這使得OPC UA的語(yǔ)義互操作能力得到迫切需求，而另一方面，由于集成后的邊緣任務(wù)、數(shù)字孿生任務(wù)都會(huì)產(chǎn)生大量多業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)流調(diào)度問(wèn)題，而由于每個(gè)由廠商獨(dú)自掌控的網(wǎng)絡(luò)阻礙了這種集成，因此，由更為中立的IEEE發(fā)起的TSN就使得各個(gè)廠商終于聚在一起尋求新的網(wǎng)絡(luò)解決方案。

貝加萊早期的控制器已經(jīng)集成了CAN總線，包括伺服短暫的經(jīng)歷過(guò)脈沖與模擬量控制，即納入了分布式智能的架構(gòu)下，在90年代推出的ACOPOS伺服驅(qū)動(dòng)器就已經(jīng)配置CAN接口。到2001年開(kāi)發(fā)了POWERlink實(shí)時(shí)以太網(wǎng)技術(shù)，采用以太網(wǎng)+CANopen應(yīng)用層架構(gòu)，提供高實(shí)時(shí)性應(yīng)用。而到了2017年開(kāi)始逐漸進(jìn)入TSN的研發(fā)中，在應(yīng)用層，也開(kāi)始采用OPC UA統(tǒng)一架構(gòu)來(lái)規(guī)劃未來(lái)的系統(tǒng)通信架構(gòu)，以確保機(jī)器與系統(tǒng)可以被容易集成到工廠整個(gè)架構(gòu)，包括設(shè)備與管理系統(tǒng)的雙向交互。

靈活性需求—運(yùn)動(dòng)控制貢獻(xiàn)最大

從直流驅(qū)動(dòng)，到交流，從變頻到伺服的大量應(yīng)用，運(yùn)動(dòng)控制最重要的應(yīng)用包括了定位與同步控制、CNC和機(jī)器人。

機(jī)器的靈活性變化需求使得采用機(jī)械方式需要費(fèi)時(shí)費(fèi)力的變化和調(diào)校，而伺服電機(jī)則以快速響應(yīng)、高精度，使得機(jī)器的這種調(diào)校變得簡(jiǎn)單，因此，越來(lái)越多的伺服電機(jī)不像最初主要聚焦定位精度和速度位置同步任務(wù)，而更多變成了滿(mǎn)足機(jī)器變化生產(chǎn)的需求。

在2008年，貝加萊推出GMC，將定位同步、CNC和機(jī)器人納入統(tǒng)一架構(gòu)。

圖5-滿(mǎn)足各種場(chǎng)景的ACOPOS系列

為了解決機(jī)器控制的各種需求，貝加萊的ACOPOS系列有針對(duì)性的提供了ACOPOSmulti雙軸共直流母線驅(qū)動(dòng)、ACOPOSmotor分布式運(yùn)動(dòng)控制、ACOPOS P3三軸驅(qū)動(dòng)，如圖5所示，而ACOPOStrak匯流分流的磁懸浮輸送，以及ACOPOS 6D具有平面磁懸浮輸送能力的運(yùn)動(dòng)控制產(chǎn)品，如圖6所示。

圖6-多維運(yùn)動(dòng)控制技術(shù)

而磁懸浮輸送技術(shù)又是一個(gè)更大的潮流，因?yàn)?，它需要解決如何將整個(gè)生產(chǎn)連接起來(lái)，以將傳統(tǒng)的離散制造轉(zhuǎn)化為向流程工業(yè)一樣的連續(xù)型生產(chǎn)，進(jìn)而縮短中間的搬運(yùn)、輸送與等待時(shí)間。另一個(gè)問(wèn)題在于“調(diào)度”，即，通過(guò)尋找在個(gè)性化產(chǎn)品的生產(chǎn)流程組合中，獲得最優(yōu)（時(shí)間最短、路徑最短）的效率組合。這是由ACOPOStrak和ACOPOS 6D內(nèi)置的智能調(diào)度算法來(lái)實(shí)現(xiàn)的。

軟件技術(shù)

軟件之所以變得重要就在于它可以賦予機(jī)器更多的靈活性，以應(yīng)對(duì)變化，軟件作為一種Know-How封裝的容器，也被機(jī)器制造商所看重，從圖7我們可以看到，自動(dòng)化包含了非常多與軟件相關(guān)的工作。

集成開(kāi)發(fā)平臺(tái)的需求

機(jī)器越來(lái)越多的對(duì)象和任務(wù)集成，使得提升機(jī)器開(kāi)發(fā)效率成為了必須，因此，貝加萊在1997年即推出了Automation Studio集成工具平臺(tái)。其實(shí)，在今天大家廣泛討論的工業(yè)軟件中，針對(duì)嵌入式系統(tǒng)應(yīng)用開(kāi)發(fā)的工具平臺(tái)往往會(huì)被忽略，但是，不要忘記，所有運(yùn)行在機(jī)器上的控制系統(tǒng)必須有一個(gè)軟件集成工具。而Automation Studio的開(kāi)放靈活是貝加萊形成各種解決方案的關(guān)鍵一環(huán)。

圖7-軟件的價(jià)值體系

建模仿真

為了滿(mǎn)足物理建模，貝加萊在很早就推出與MATLAB/Simulink的接口，而2008年Mathworks的Simulink PLC支持C代碼自動(dòng)生成，由于貝加萊PLC支持C開(kāi)發(fā)，而批受益。之后為了加強(qiáng)與機(jī)械及產(chǎn)線仿真的集成，貝加萊又通過(guò)FMU/FMI接口與MapleSim、ISG的Virtuos、IndustrialPhysics等軟件的交互，以實(shí)現(xiàn)協(xié)同仿真。

提升機(jī)器與系統(tǒng)開(kāi)發(fā)效率的模塊化軟件

盡管工業(yè)軟件今天很熱，但是，其實(shí)，對(duì)于自動(dòng)化廠商而言，提升開(kāi)發(fā)效率，降低代碼的編寫(xiě)，所謂的低代碼，其實(shí)本質(zhì)就是用高內(nèi)聚的模塊來(lái)提升機(jī)器軟件的“組織”，而貝加萊的mapp即基于組件的開(kāi)發(fā)（Component-based Development）思想來(lái)實(shí)現(xiàn)標(biāo)準(zhǔn)化封裝，進(jìn)而降低機(jī)器開(kāi)發(fā)的編程量，從而快速配置機(jī)器的應(yīng)用系統(tǒng)。主要是為了節(jié)省時(shí)間，降低開(kāi)發(fā)成本。

智能算法的支持

就本質(zhì)而言，AI也是工業(yè)知識(shí)的軟件化，因此，以軟件形式運(yùn)行于嵌入式PLC還是PC，乃至未來(lái)所謂云化PLC均可，部署于哪里只是根據(jù)需要可自由靈活配置的問(wèn)題。

對(duì)于自動(dòng)化廠商來(lái)說(shuō)，其實(shí)開(kāi)發(fā)平臺(tái)工具軟件是一方面，另一方面也在于垂直行業(yè)的Know-How封裝，因此，這都是價(jià)值的體現(xiàn)。

自動(dòng)化從未停止創(chuàng)新的步伐

事實(shí)上，自動(dòng)化的疆界一直在擴(kuò)展，從貝加萊的視角，我們可以看到自動(dòng)化技術(shù)發(fā)展的幾個(gè)關(guān)鍵點(diǎn)：

橫向技術(shù)+縱向應(yīng)用

借助于橫向技術(shù)來(lái)解決垂直行業(yè)問(wèn)題，是自動(dòng)化的使命與基本工作，因此，所謂的技術(shù)，只要它能滿(mǎn)足要求，并具有經(jīng)濟(jì)性，那么，自動(dòng)化就可以將其納入整個(gè)架構(gòu)，并以工業(yè)的特殊性進(jìn)行適當(dāng)?shù)母脑欤瑥亩鉀Q用戶(hù)行業(yè)的特定問(wèn)題。

向兩個(gè)方向的延伸

首先，ACOPOStrak和ACOPOS 6D這樣的技術(shù)使得自動(dòng)化開(kāi)始向機(jī)械部分延伸，而OPC UA over TSN架構(gòu)下的邊緣任務(wù)則向全局的工廠連接擴(kuò)展。

自動(dòng)化核心價(jià)值在塑造客戶(hù)巧實(shí)力

與炫耀工具平臺(tái)本身不同，自動(dòng)化的創(chuàng)新都是在解決用戶(hù)工藝、質(zhì)量、成本與交付能力幾個(gè)問(wèn)題為其競(jìng)爭(zhēng)力，而并非在平臺(tái)工具本身。

中國(guó)制造業(yè)的發(fā)展，自動(dòng)化與智能化發(fā)展是必然趨勢(shì)，但是，一切都圍繞著技術(shù)的凝聚和沉淀，我們需要的是一種關(guān)注需求、打磨產(chǎn)品與技術(shù)的精益精神。

關(guān)于貝加萊

貝加萊是一家總部位于奧地利并在全球擁有分公司的創(chuàng)新型自動(dòng)化企業(yè)。2017年7月6日，貝加萊成為ABB集團(tuán)的機(jī)械自動(dòng)化事業(yè)部。作為工業(yè)自動(dòng)化領(lǐng)域的全球領(lǐng)導(dǎo)者，貝加萊將前沿技術(shù)與領(lǐng)先工程相結(jié)合，為幾乎每個(gè)行業(yè)的客戶(hù)提供面向機(jī)器與工廠自動(dòng)化、運(yùn)動(dòng)控制、HMI和集成安全技術(shù)的完整解決方案。借助于OPC UA、POWERlink、openSAFETY等工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)通信標(biāo)準(zhǔn)，以及強(qiáng)大的Automation Studio軟件開(kāi)發(fā)平臺(tái)，貝加萊不斷重新定義自動(dòng)化工程的未來(lái)。受簡(jiǎn)化流程和超出客戶(hù)預(yù)期的承諾驅(qū)動(dòng)，貝加萊始終保持創(chuàng)新精神并處于工業(yè)自動(dòng)化領(lǐng)域的前沿。

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