自17世紀以來(lái)，還原論一直在科學(xué)中占據主導地位，其最早的倡議者之一笛卡爾這樣描述它“將面臨的所有問(wèn)題盡可能地細分，細至能用最佳方式將其解決為止”，并且“以特定的順序引導我們的思維，從最簡(jiǎn)單和最容易理解的對象開(kāi)始，一步步逐漸上升，直至最復雜的知識”。

圖1-笛卡爾(René Descartes，1596-1650)

現代科技的發(fā)展離不開(kāi)方法論的支撐，這些先賢們的思想至今依然熠熠生輝-對于今天的制造業(yè)乃至細到自動(dòng)化行業(yè)的系統仍然有用。

1 簡(jiǎn)單，簡(jiǎn)單，再簡(jiǎn)單是一種趨勢

2013年在Euroblech，筆者與貝加萊當時(shí)負責全球CNC與機器人業(yè)務(wù)同事請教他如何看待機床工業(yè)未來(lái)自動(dòng)化發(fā)展趨勢，他僅說(shuō)了一句“Simple，Simple，and Simple” ，在貝加萊（中國），肖維榮博士在內部也在不斷的推動(dòng)著(zhù)“簡(jiǎn)單”自動(dòng)化的工作，包括推動(dòng)mapp-模塊化應用軟件的全球協(xié)作，以及在中國建立方案研究院進(jìn)行方案的標準化工作，正如肖維榮博士經(jīng)常說(shuō)的“我們的系統功能無(wú)論如何強大，但是，必須讓用戶(hù)簡(jiǎn)單使用—這是我們的使命”。

以簡(jiǎn)單應對復雜—是自動(dòng)化工程之道，否則，將使工程拖入泥潭。

2 工程思維解決復雜問(wèn)題

在《像工程師一樣思考》一書(shū)中，作者也提到了工程師如何將問(wèn)題解構—這是一個(gè)核心的能力，解構就是工程的核心能力，即，將一個(gè)復雜問(wèn)題簡(jiǎn)化為多個(gè)獨立的小問(wèn)題，然后針對每個(gè)小問(wèn)題來(lái)進(jìn)行開(kāi)發(fā)、測試與驗證，然后再構建為一個(gè)整體，進(jìn)行測試與驗證。

圖2-工程師思維的三個(gè)特征（Guru Madhavan,Think like an Engineer）

工程師在開(kāi)發(fā)項目中，最為重要的思維就在于“解構”，然后在“約束”條件下進(jìn)行工作，約束條件可能包括了CPU資源（當然今天的PLC在處理能力、內存、網(wǎng)絡(luò )能力已經(jīng)不成為話(huà)題）、材料、工期、機械的剛性等多種條件下進(jìn)行“最經(jīng)濟”的解決方案—這里的獲得最經(jīng)濟，就是一個(gè)方案的“取舍”問(wèn)題。

工程不同于科學(xué)，而是將復雜問(wèn)題解構，并在客觀(guān)條件約束的情況下，把項目盡快高質(zhì)量的完成，這也是工程創(chuàng )新的核心要旨。

3 簡(jiǎn)單是自動(dòng)化的使命

制造，無(wú)論是生產(chǎn)還是機器本身的制造，都是一個(gè)復雜問(wèn)題—因為它顯然是一個(gè)跨學(xué)科的融合問(wèn)題，每個(gè)機器都會(huì )牽扯到材料及其工藝、機械與傳動(dòng)、控制與流程問(wèn)題，這會(huì )造成非常大的復雜性—而且，其中包含著(zhù)可以被解釋與描述的，也包括了無(wú)法被解釋和描述的“不確定”、“干擾”問(wèn)題。

本文將以貝加萊的自動(dòng)化系統來(lái)闡述，如何實(shí)現簡(jiǎn)單自動(dòng)化？

3.1 簡(jiǎn)單自動(dòng)化—通過(guò)建模仿真簡(jiǎn)化設計

眾所周知，制造業(yè)的復雜性存在于材料與工藝的復雜性，包括工藝方法、參數與流程，這會(huì )為任何一個(gè)產(chǎn)品的制造帶來(lái)數以萬(wàn)計的可能性組合，將復雜的工藝與流程進(jìn)行建模，并通過(guò)建模仿真工具進(jìn)行早期測試與驗證，是應對制造業(yè)復雜問(wèn)題的不二法門(mén)，這也是歐美領(lǐng)先的制造商所關(guān)注的，這也引發(fā)了各種建模類(lèi)軟件的大量發(fā)展，同時(shí)，這也是今天我們討論制造業(yè)中，我們所欠缺的。

圖3-不斷提高的制造業(yè)復雜性

貝加萊作為自動(dòng)化廠(chǎng)商，自然關(guān)注點(diǎn)在控制模型與算法，但是，機器一定會(huì )牽扯到機器與材料工藝，因此，當面對復雜的變化的時(shí)候，我們需要一個(gè)與其它軟件協(xié)同的接口，貝加萊早在2008年即與Mathworks建立了Simulink PLC的C代碼自動(dòng)生成與導入的接口，并在MapleSim合作中采用了基于FMU/FMI接口的軟件協(xié)同接口，為了產(chǎn)線(xiàn)的設計也與IndustrialPhysics進(jìn)行了接口的連接，這些都使得機器設計與電氣控制可以快速的協(xié)同，以達到快速的參數調校，早期驗證與虛擬調試。

圖4-通過(guò)數字孿生實(shí)現高效開(kāi)發(fā)

3.2 軟件復用與組件技術(shù)

在1968年，IT產(chǎn)業(yè)就因為越來(lái)越多的“軟件危機”，例如需求不清晰、軟件變更、代碼不規范等原因造成的軟件質(zhì)量與交付問(wèn)題，在NATO會(huì )議上定義了“軟件工程”這個(gè)概念，并推動(dòng)軟件工程方法，1986年，知名專(zhuān)家佛瑞德.布魯克斯曾經(jīng)在一篇文章中寫(xiě)道“沒(méi)有銀彈（No Silver Bullet）”以說(shuō)明沒(méi)有更好辦法解決軟件復雜性的本質(zhì)問(wèn)題。

圖5-基于組件的開(kāi)發(fā)流程[Ehsan Kouroshfar，Process Patterns for Component-Based Software Development]

在傳統的自動(dòng)化的可編程邏輯控制器PLC的年代，一個(gè)工程師對一臺機器的程序是完全可以掌握的，基本上不存在“軟件危機”問(wèn)題，但是，顯然，今天的PLC已經(jīng)不是這樣了，隨著(zhù)更多的對象（運動(dòng)控制、HMI、分布式I/O、邊緣控制、網(wǎng)絡(luò )）與任務(wù)（仿真接口、工藝算法、測試、遠程診斷與維護）被集成到整個(gè)機器與產(chǎn)線(xiàn)中，機器的軟件變得越來(lái)越復雜，因此，來(lái)自于IT產(chǎn)業(yè)的軟件工程的問(wèn)題也必須引起自動(dòng)化行業(yè)的重視，包括OEM和終端生產(chǎn)企業(yè)。

軟件的本質(zhì)是對工業(yè)知識的“封裝”，以達到“復用”的目的，而模塊化的組件技術(shù)則是實(shí)現這一目標的重要方法，就是將各種工藝、操作、流程以蘋(píng)果的APP的形式，其設計思想基于“高內聚、低耦合”的軟件工程思想，以達到標準化降低成本，而模塊化實(shí)現靈活性，使得其在靈活與經(jīng)濟間尋找一種平衡。

圖6-mapp就像AppStore一樣組織機器的應用

軟件正在不斷塑造著(zhù)企業(yè)的核心競爭力—通過(guò)軟件，可以實(shí)現Konw-How的封裝，實(shí)現靈活的機器應用組織以應對變化，因此，今天，工業(yè)軟件被產(chǎn)業(yè)越來(lái)越重視。

3.3 簡(jiǎn)單化方法--平臺集成
當然，解決軟件危機的另一個(gè)方法也包括集成開(kāi)發(fā)平臺—這個(gè)對于今天的制造業(yè)尤其重要，因為我們需要“集成”，在機器與機器之間、控制與傳感器、運動(dòng)控制之間，包括整個(gè)任務(wù)的協(xié)同，其主要作用表現在幾個(gè)方面：

圖7-Automation Studio集成開(kāi)發(fā)平臺

平臺本身降低復雜性：傳統上需要在多個(gè)軟件間切換的工作變得更為便利；

平臺本身還封裝了各種工藝模塊；

降低在培訓與學(xué)習方面的人力消耗；

3.4 操作簡(jiǎn)單化-mappVIEW的設計

現場(chǎng)生產(chǎn)的機器，總不能配置一個(gè)大學(xué)生吧？顯然是不現實(shí)的，因此，一定要設計的簡(jiǎn)單易用，包括年輕一代生活在“觸控”時(shí)代，他們已經(jīng)習慣了用手去拖拉這種操作，因此，機器必須設計的簡(jiǎn)單、易于操作，才能贏(yíng)得客戶(hù)信任，因為降低了培訓以及對人員的專(zhuān)業(yè)性要求—這些對應的都是成本。如果想要簡(jiǎn)單，最好就是借助于IT領(lǐng)域軟件所積累的各種豐富的控件技術(shù)、Web技術(shù)來(lái)實(shí)現，畢竟自動(dòng)化行業(yè)沒(méi)有必要自己開(kāi)發(fā)這樣的軟件系統。

對于很多用戶(hù)來(lái)說(shuō)，貝加萊的 mappVIEW所設計的HMI就很吸引眼球，它融合了開(kāi)放的IT技術(shù)，可以讓用戶(hù)基于各種屏幕設計自適應的，大量精美設計的控件，支持Javascript,HTML5,CSS，讓操作人員以直觀(guān)、簡(jiǎn)單的方式對機器進(jìn)行操作，特別適合于機器制造商來(lái)開(kāi)發(fā)精美的HMI畫(huà)面。

圖8-mappVIEW-操作簡(jiǎn)單化的設計

圖8就是通過(guò)mappVIEW設計的畫(huà)面，其實(shí)，它并不復雜，如果您喜歡mappVIEW，可以訪(fǎng)問(wèn)之前的文章：HMI設計的藝術(shù)與哲學(xué)思考

3.5 學(xué)習簡(jiǎn)單化-Tutorials

對工程師而言，學(xué)習是持續的，如何更好的學(xué)習，簡(jiǎn)單，直擊關(guān)鍵應用，直觀(guān)且互動(dòng)的學(xué)習自然是上選的模式，而這些也是自動(dòng)化廠(chǎng)商必須為用戶(hù)所考慮的。

圖9-基于Turtorials的交互式學(xué)習

貝加萊提供一種稱(chēng)為T(mén)urtorials的交互學(xué)習（如圖9所示），讓用戶(hù)工程師可以通過(guò)一種并不枯燥的方式來(lái)學(xué)習，以達到自主開(kāi)發(fā)基礎應用的能力，將基礎的入門(mén)快速、針對性的方式完成，實(shí)現任意時(shí)間學(xué)習而無(wú)需考慮培訓計劃，同時(shí)，貝加萊也會(huì )通過(guò)遠程實(shí)驗室加強高級培訓，這樣，使得用戶(hù)可以快速有效的學(xué)習自主的創(chuàng )新應用開(kāi)發(fā)。

關(guān)于交互式學(xué)習，請參考前期文章：工程師如何更好的學(xué)習—交互式課程

4 用事實(shí)來(lái)說(shuō)話(huà)

我們通過(guò)幾個(gè)例子來(lái)闡述貝加萊所在努力推進(jìn)的“簡(jiǎn)單自動(dòng)化”思想：

數字孿生—設計簡(jiǎn)單化

數字孿生基于建模仿真，強調動(dòng)態(tài)雙向交互，以及對過(guò)程的仿真，而貝加萊與建模仿真軟件公司如Mathworks、MapleSim等共同致力于這樣的技術(shù)應用于機器的高效開(kāi)發(fā)，圖10是基于MATLAB/Simulink與Automation Studio進(jìn)行的交互，可以實(shí)現快速的建模仿真與硬件在環(huán)測試（Hardware In the Loop）。

圖10-Automation Studio Target for Simulink用于系統開(kāi)發(fā)

在港口岸橋防搖、風(fēng)力發(fā)電機組控制、印刷機械、機器人、注塑機控制等眾多領(lǐng)域，貝加萊都采用了基于MATLAB/Simulink建模仿真的開(kāi)發(fā)方法，通過(guò)其自動(dòng)代碼生成，與Automation Studio的接口，直接將代碼在A(yíng)utomation Studio編譯并下載到PLC運行，這樣可以任意的進(jìn)行參數的測試驗證，不斷優(yōu)化，形成優(yōu)化的控制模型。

mapp技術(shù)-編程簡(jiǎn)單化

mapp技術(shù)正是基于“組件技術(shù)與軟件復用”思想而開(kāi)發(fā)的，在2012年貝加萊總部即開(kāi)始了這個(gè)項目，當時(shí)稱(chēng)為MAP it，自2016年，貝加萊將MAP it改為modular application，稱(chēng)為mapp技術(shù)，它已經(jīng)在眾多貝加萊提供解決方案的機器開(kāi)發(fā)中得到了廣泛應用。

圖11-基于mapp的注塑機開(kāi)發(fā)

我們可以看到mappPLASTIC包中包含了液壓、溫度，再細節的模塊包括了射膠、開(kāi)合模等更為粒度低的軟件模塊。

圖12-采用mapp的吹膜機開(kāi)發(fā)

圖12顯示了吹膜設備的開(kāi)發(fā)中，同樣應用到了溫度控制、薄膜張力、收放卷的控制模塊，而在圖11的印刷機開(kāi)發(fā)中，這些模塊是可以共用的，因為印刷機械也同樣包含了薄膜張力、收放卷控制。

圖13-采用mapp開(kāi)發(fā)印刷機械控制

從圖11-13可以看到，mapp的模塊使得在不同行業(yè)的共性控制任務(wù)中得到了公用，當然，除此之外-mapp針對機電對象、文件操作、配方等基本的任務(wù)也為所有機器提供了共性模塊。

SmartMold 9-方案標準化

方案基于現有的硬件與軟件，如果經(jīng)過(guò)一次再封裝，它又可以成為一個(gè)標準產(chǎn)品—貝加萊SmartMold 9即是如此，在貝加萊注塑機領(lǐng)域沉淀數十年經(jīng)驗之后，將各種注塑機應用以mapp模塊方式封裝，可以讓用戶(hù)可以針對不同機型快速配置一臺機器，而無(wú)需復雜的程序開(kāi)發(fā)，mapp技術(shù)能夠為各種注塑機（油壓、全電動(dòng)、電液混合、二板機等）制定統一的軟件，用戶(hù)僅需“配置”即可實(shí)現快速出機-并且，對于用戶(hù)現場(chǎng)可以采用CodeBox技術(shù)（一種無(wú)需Automation Studio環(huán)境的在線(xiàn)編程方式）進(jìn)行邏輯的修改。

圖14-SmartMOLD 9的標準化方案設計

圖14是SmartMold 9是針對注塑機行業(yè)的標準化硬件方案，它為注塑機配置了適應于各種機型的硬件標準，降低其成本，并按照塑料行業(yè)的操作習慣設計了操作按鍵、安裝方式等。

圖15-注塑機解決方案所采用的mapp模塊

從圖15可以看到，實(shí)際SmartMold 9大量的采用了各種螺桿控制、溫度/壓力控制閉環(huán)、射膠、熔膠、開(kāi)合模、鎖模、保壓、頂出等各種針對塑料機械所開(kāi)發(fā)的模塊，并且采用mappVIEW進(jìn)行了HMI設計。

方案的標準化也是實(shí)現復雜機器的快速構建的關(guān)鍵一環(huán)。

維護簡(jiǎn)單化-貝加萊安全遠程維護

圖16-安全遠程維護降低了維護的復雜性

在遠程維護領(lǐng)域，貝加萊推出了安全遠程連接，利用今天無(wú)所不在的云連接、LAN等技術(shù)，實(shí)現建立一個(gè)安全的遠程桌面系統，使得機器制造商的電氣工程師可以在本地對遠程的機器進(jìn)行問(wèn)題的診斷，以及程序的上傳下載等維護服務(wù)，降低了差旅成本和時(shí)間消耗，快速實(shí)現問(wèn)題定位與解決。

請參考：工程師的痛與客戶(hù)的擔憂(yōu)-如何安全的遠程維護？

5 貝加萊的簡(jiǎn)單自動(dòng)化支撐體系

真正的競爭力來(lái)自于人才，而要實(shí)現為用戶(hù)帶來(lái)更為簡(jiǎn)單的自動(dòng)化解決方案，離不開(kāi)在人才方面的支撐，包括人才的培養和應用，貝加萊在產(chǎn)業(yè)界一直以有一支能戰斗的工程隊伍而著(zhù)稱(chēng)。

5.1 特種部隊--方案研究院

方案研究院是貝加萊的一支“特種部隊”，自2013年成立至今，由機電工程、算法、軟件架構、建模、等工程師組成，其旨在干幾件事情：

圖17-貝加萊方案研究院為機器自動(dòng)化共性技術(shù)提供支撐

（1）方案的標準化封裝：將各個(gè)行業(yè)的應用

（2）解決方案架構的設計

（3）為應用工程師提供新算法的測試驗證

（4）人工智能與工業(yè)應用的結合：尋找除了機理模型之外的數據驅動(dòng)模型來(lái)解決應用中的復雜問(wèn)題；

方案研究院的工作都是將產(chǎn)業(yè)的復雜問(wèn)題，以及對問(wèn)題的解決方案匯集為一個(gè)整體，成為可復用的技術(shù)，然后分享給產(chǎn)業(yè)界,以達到為用戶(hù)提供持續競爭力的能力。

5.2 工程宿營(yíng)

貝加萊一直致力于“優(yōu)秀工程師”的訓練，自2012年啟動(dòng)了工程宿營(yíng)（Engineering Camp）他們掌握機械、電氣、軟件、工藝融為一體的，能夠為用戶(hù)解決問(wèn)題的工程師，它是一個(gè)高強度、多維度、全面的工程師訓練，脫產(chǎn)達到3.5個(gè)月，近期為了更為靈活，讓工程師與實(shí)踐緊密結合，以模塊化方式進(jìn)行培訓，1-2周為一個(gè)階段，中間以資深工程師帶領(lǐng)進(jìn)行工程實(shí)際項目的訓練，整體形成完整的循環(huán)提升。 

圖18-基于工程訓練的EC培訓體系

EC的培訓核心在于讓工程師旨在快速訓練一個(gè)“規范與標準”的工程師，如何解構系統、模塊開(kāi)發(fā)測試、代碼規范與標準，讓每個(gè)工程項目變得易于理解和可重用，這些都是基本的工程師素養訓練。

5.3 遠程實(shí)驗室

遠程實(shí)驗室是2020年貝加萊為了應對新的形勢下的人員培訓而啟動(dòng)的培訓項目，這也是一種更為便利的人員培訓計劃，能夠進(jìn)行在線(xiàn)的互動(dòng)課堂方式，將機器與系統開(kāi)發(fā)的經(jīng)驗與用戶(hù)分享，用戶(hù)在本地即可由專(zhuān)業(yè)培訓師、資深行業(yè)應用工程師針對有針對性的培訓課程。

圖19-遠程實(shí)驗室進(jìn)行用戶(hù)的交互學(xué)習

關(guān)于遠程實(shí)驗室請參考：貝加萊遠程實(shí)驗室—由遠而近

讓自動(dòng)化變得簡(jiǎn)單，需要借助于工程思維，解構問(wèn)題，讓問(wèn)題變得簡(jiǎn)單，易于處理，另一方面，從經(jīng)濟性角度思考問(wèn)題—不斷為客戶(hù)尋找“更經(jīng)濟”的解決之道，這是“工程”的使命。

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集團全球機器與工廠(chǎng)自動(dòng)化業(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。