魚(yú)與熊掌難以兼得

對于機器的開(kāi)發(fā)者而言，我們總是需要面對“快”與“準”的矛盾，就像旋蓋一樣，既要精確的力矩輸出以確保旋蓋的質(zhì)量可靠，又不能速度慢，機器控制如此，機器的開(kāi)發(fā)過(guò)程亦是如此，我們要高速的響應市場(chǎng)的變化，而工藝以及那些具有附加值的創(chuàng )新設計卻需要時(shí)間積累。

而“快”與“穩”這樣類(lèi)似的矛盾卻到處可見(jiàn)，正如同魚(yú)與熊掌一樣，二者通常難以兼得。

軟件很重要，但它多復雜呢？

相較于制造業(yè)，IT軟件開(kāi)發(fā)的復雜性更高，也使得其對軟件工程的研究最為深刻，許多軟件開(kāi)發(fā)項目所遭遇的情形正如Brooks在其著(zhù)作《人月神話(huà)》中所形容的：“……正像一只逃亡的野獸落到泥潭中做垂死掙扎，越是掙扎，陷得越深，最后無(wú)法逃脫滅頂的災難”，程序設計工作正像一個(gè)泥潭…這一問(wèn)題被形容為“軟件危機”，具體表現包括開(kāi)發(fā)進(jìn)度難以預測、開(kāi)發(fā)成本難以控制、用戶(hù)對產(chǎn)品功能難以滿(mǎn)意、產(chǎn)品質(zhì)量難以保證、軟件難以維護 。

圖1-軟件成為機器開(kāi)發(fā)最為重要一環(huán)

對于軟件的重要性，目前在業(yè)界已經(jīng)是共識，它是Know-How的封裝容器用于保護知識產(chǎn)權，軟件也賦予了機器智能，根據變化來(lái)進(jìn)行生產(chǎn)的適應與調整，然而，這也使得復雜性得以大幅度提高，傳統的自動(dòng)化行業(yè)順序邏輯控制一個(gè)工程師可以控制，而今天，機器變得復雜，運動(dòng)控制、安全、網(wǎng)絡(luò )、IT連接、算法使得機器軟件的開(kāi)發(fā)變得更為復雜。

IEEE的軟件工程知識體系對于軟件項目管理所面臨的特殊困難進(jìn)行了總結，具體如下：

1.客戶(hù)經(jīng)常不知道需要什么或者哪些是可行的；

2.客戶(hù)經(jīng)常缺少對于軟件工程所固有的復雜性的認識，特別是需求變更的影響；

3.對于問(wèn)題理解的不斷加深以及情況的變化經(jīng)常會(huì )產(chǎn)生新的軟件需求或需求的變化；

4.由于需求變化，軟件經(jīng)常是以一種迭代化序列化的過(guò)程構建的；

5.軟件工程必須將創(chuàng )造性和規范性?xún)蓚€(gè)方面相結合，在兩者之間維持平衡常常很困難；

6.軟件開(kāi)發(fā)的創(chuàng )新性和復雜性經(jīng)常很高；

7.軟件開(kāi)發(fā)的基礎技術(shù)變化非?？?。

隨著(zhù)機器變得復雜，自動(dòng)化行業(yè)的軟件也復雜，如何又“快速”又能“高品質(zhì)”的開(kāi)發(fā)機器軟件成為了“魚(yú)與熊掌”一樣的問(wèn)題。

魚(yú)我熊掌兼得—機器開(kāi)發(fā)效率提升方法

自動(dòng)化不同于商業(yè)軟件如辦公軟件、管理軟件那么龐大，但在產(chǎn)業(yè)邁向智能的時(shí)代，其復雜性也大幅度提升，因此，重視軟件工程也成為了必然。針對機器開(kāi)發(fā)而言，通常其開(kāi)發(fā)效率提升方法有以下幾種。

1.軟件復用與組件技術(shù)

軟件復用指為了復用目的而開(kāi)發(fā)軟件的過(guò)程，即，對共性的軟件模塊進(jìn)行標準化封裝，以獲得重復利用，軟件復用主要為了解決兩個(gè)主要的問(wèn)題：①.軟件生產(chǎn)效率問(wèn)題：在軟件無(wú)需從零開(kāi)始的情況下，它可以大幅度縮短開(kāi)發(fā)周期，②.軟件質(zhì)量問(wèn)題：由于被復用的軟件往往已經(jīng)經(jīng)過(guò)了反復的應用測試，較之新的模塊而言，其出錯的概率將大幅度降低。

《人月神話(huà)》的作者曾經(jīng)認為軟件開(kāi)發(fā)沒(méi)有“銀彈”—一種寓意為解決問(wèn)題的徹底性方法，而隨著(zhù)軟件工程的發(fā)展，他也意識到“軟件復用”是解決軟件問(wèn)題的“銀彈”。

圖2-基于軟件復用思想開(kāi)發(fā)的mapp是高效開(kāi)發(fā)機器的利器

貝加萊的mapp的設計思想基于PLCopen標準庫設計，采用標準化的設計在于降低成本，如同機械組件一樣，標準化的配件制造成熟并可批量使用，因此，可以降低其使用成本，只需一次投入即可長(cháng)期使用，但是，設備的開(kāi)發(fā)同時(shí)也要實(shí)現個(gè)性化，解決這一問(wèn)題的方法即是模塊化，通過(guò)對模塊根據機器進(jìn)行共性劃分，然后使得每個(gè)獨立的模塊被標準化，進(jìn)而達到成本降低與機器的靈活性之間的平衡。圖2反映了mapp的幾個(gè)大的框架功能劃分。

如圖3，基于mapp來(lái)開(kāi)發(fā)注塑機，各種模塊的組合構成了不同機器的應用集成，例如：針對油壓、帶伺服泵、全電動(dòng)注塑機等各種類(lèi)型的機器，其共性的包括了配方、OEE、用戶(hù)管理、報警等，行業(yè)工藝模塊如注射循環(huán)、熔膠、鎖模等也被封裝為標準可服用功能塊，針對單軸、多軸來(lái)實(shí)現全電動(dòng)注塑機的開(kāi)發(fā)，機器人集成可以實(shí)現產(chǎn)線(xiàn)級的配合，通過(guò)能源監測、OEE可以實(shí)現產(chǎn)線(xiàn)的生產(chǎn)運營(yíng)管理。

圖3-基于mapp的注塑機開(kāi)發(fā)

mapp的思想解決“魚(yú)與熊掌”兼得的問(wèn)題：通過(guò)標準的軟件封裝解決快速開(kāi)發(fā)問(wèn)題，通過(guò)基于復用思想開(kāi)發(fā)的組件也同時(shí)解決了軟件的穩定可靠問(wèn)題。

2.集成開(kāi)發(fā)平臺

當然，像mapp這樣的機器開(kāi)發(fā)思想，必須基于A(yíng)utomation Studio這樣的集成開(kāi)發(fā)平臺來(lái)實(shí)現，集成開(kāi)發(fā)平臺也是一個(gè)解決軟件開(kāi)發(fā)效率的設計，它解決的問(wèn)題在于：

--減少在多個(gè)開(kāi)發(fā)工具之間的切換；

--通過(guò)工具的集成，節省開(kāi)發(fā)周期；

--提供軟件封裝的基礎能力；

--減少培訓與教育的成本；

貝加萊的Automation Studio即是一個(gè)典型的集成開(kāi)發(fā)平臺，如圖4，它包含了兩個(gè)維度的集成：

圖4-Automation Studio面向所有對象和整個(gè)流程的集成開(kāi)發(fā)

第一面向所有對象，PLC,PC,運動(dòng)控制（CNC,機器人與液壓）,網(wǎng)絡(luò )配置,功能安全進(jìn)行集成，第二個(gè)是它從軟件的配置，選型（ServoSoft）、仿真接口（Matlab/Simulink,MapSim）、開(kāi)發(fā)（IEC61131-3,C,C++）、調試（軸測試，機械共振分析等）、維護（分布式程序下載，FTP Server,VNC Server,Web Server）全部集成在一個(gè)開(kāi)發(fā)環(huán)境里。

面向智能時(shí)代的開(kāi)發(fā)

圖5-智能時(shí)代的機器開(kāi)發(fā)要素

在智能時(shí)代，集成開(kāi)發(fā)平臺不僅提供編程環(huán)境，也包括了以下一些與產(chǎn)線(xiàn)、智能相關(guān)的功能集成：

--機電一體化：不僅包括定位同步控制，也包括機器人、SuperTrak智能輸送系統的集成；

--IIoT集成：對OPC UA/MQTT/REST等集成的支持能力；

--工廠(chǎng)集成：提供OEE、能源、維護等的數據訪(fǎng)問(wèn)與功能集成；

集成開(kāi)發(fā)平臺就是讓高速開(kāi)發(fā)與穩定可靠的項目得以平衡。

3.仿真建模

降低物理材料消耗，獲得無(wú)法現實(shí)獲得的場(chǎng)景，縮短開(kāi)發(fā)周期與時(shí)間，這是普遍在歐洲使用的設備開(kāi)發(fā)方法，通過(guò)MATLAB/Simulink、MapSim等仿真及自動(dòng)代碼生成功能生成的代碼可以直接被導入運行于PLC上，對于復雜的工藝仿真而言，建模仿真對于提高開(kāi)發(fā)效率降低成本作用巨大。

圖6-MATLAB/Simulink仿真自動(dòng)代碼生成直接下載到PLC

例：如何吊裝的更快又更穩？

圖7-集裝箱吊裝的搖擺問(wèn)題

集裝箱吊裝因為鐘擺效應而無(wú)法快速定位，如圖7所示，因此，如何讓集裝箱快速定位就是“防搖系統”所需要完成的任務(wù)，通過(guò)在MATLAB/Simulink中對該系統進(jìn)行建模，然后生成代碼并下載到X20PLC，通過(guò)PLC對牽引變頻器的速度/位置控制進(jìn)而實(shí)現對搖擺的抑制。

圖8-基于建模的防搖系統開(kāi)發(fā)過(guò)程

圖8是基于貝加萊Automation Studio與MATLAB/Simulink的防搖系統開(kāi)發(fā)過(guò)程，通過(guò)電子防搖系統開(kāi)發(fā)，替代傳統機械、液壓等防搖系統的磨損，難以維護等缺點(diǎn)，并且在效率方面也能達到20%的提升。對于那些超過(guò)10000個(gè)標準箱的貨船而言，每個(gè)吊裝過(guò)程的時(shí)間節省意味著(zhù)整個(gè)碼頭的吞吐能力，也意味著(zhù)進(jìn)出口額的增加。

借助于A(yíng)utomation Studio平臺、仿真建模技術(shù)、mapp可以讓機器制造商更快的設計機器，并且，針對工廠(chǎng)客戶(hù)的需求提供面向大數據分析、工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)時(shí)代的應用接口，讓機器制造商更快的響應市場(chǎng)的需求，贏(yíng)得先機。

要了解mapp、Automation Studio、建模仿真，您可以來(lái)到貝加萊在廣州自動(dòng)化展的展臺，共同交流。

歡迎光臨貝加萊SIAF廣州國際工業(yè)自動(dòng)化展展臺3.1-E17

關(guān)于貝加萊

貝加萊是一個(gè)總部位于奧地利并擁有遍布全球分支機構的創(chuàng )新驅動(dòng)型自動(dòng)化企業(yè)，2017年7月，貝加萊成為ABB集團的一個(gè)業(yè)務(wù)單元。作為全球工業(yè)自動(dòng)化領(lǐng)域的領(lǐng)導者，貝加萊融合了前沿技術(shù)與先進(jìn)的工程能力，為各個(gè)產(chǎn)業(yè)客戶(hù)提供機器與工廠(chǎng)自動(dòng)化、運動(dòng)控制、HMI以及集成安全技術(shù)的完整解決方案。通過(guò)工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)通信標準如OPC UA、POWERLINK和openSAFETY以及貝加萊強大的Automation Studio軟件開(kāi)發(fā)環(huán)境，貝加萊不斷重新定義自動(dòng)化工程的未來(lái)。貝加萊保持持續的創(chuàng )新精神，為客戶(hù)提供更為簡(jiǎn)化以及超出預期的工業(yè)自動(dòng)化領(lǐng)域前沿技術(shù)與方案。