曲線(xiàn)的差異影響設備的壽命

有一次，貝加萊的技術(shù)專(zhuān)家陳工被機器制造商邀請，一同去終端工廠(chǎng)參觀(guān)，那是一個(gè)電子產(chǎn)品工廠(chǎng)參觀(guān)，經(jīng)過(guò)一臺注塑機的時(shí)候，他突然問(wèn)工廠(chǎng)經(jīng)理，這個(gè)設備是不是經(jīng)常需要維修？工廠(chǎng)經(jīng)理說(shuō)道“是的，這個(gè)設備經(jīng)常需要大修，更換其中的絲杠，大概這個(gè)時(shí)間比其它設備間隔少半年，就是其它需要2年更換一次，它需要1.5年就得更換一次”，他問(wèn)陳工如何知道？陳工說(shuō)“我聽(tīng)到它的聲音，顯然它的運動(dòng)曲線(xiàn)比較“硬”，這會(huì )有比較大的機械沖擊，帶來(lái)了噪音，這種機器磨損就會(huì )比較大，壽命短”，他繼續說(shuō)道“其實(shí)，2階曲線(xiàn)和3階曲線(xiàn)雖然在定位精度、速度上沒(méi)有差別，但是，其對于機器的壽命影響卻是不同的，表面上看兩個(gè)設備看不到差異，但是，數學(xué)不會(huì )騙人”。當然，后來(lái)這個(gè)機器制造商因此也選用了貝加萊的系統，作為其控制器系統方案，原因當然不僅包括陳工提到的ACOPOSmulti所提供的曲線(xiàn)能力，也包括工藝、穩定性等綜合能力。 

半年的機器大修間隔差異以及所造成的浪費、機會(huì )成本損耗，對于工廠(chǎng)而言，不難計算其成本影響多大。 

制造企業(yè)更關(guān)注長(cháng)期運營(yíng)成本

全球領(lǐng)先的制造企業(yè)，他們經(jīng)歷數十年乃至上百年的運營(yíng)，在如何評估產(chǎn)線(xiàn)投資方面積累了豐富的經(jīng)驗，他們具有非常強的成本核算能力，他們并非是因為“財大氣粗”才買(mǎi)高端設備，而是他們經(jīng)過(guò)數十年的制造經(jīng)驗，建立了有效的評價(jià)體系，并不以?xún)r(jià)格作為唯一衡量指標，而是更為全局的看待成本。

對于工業(yè)裝備的采購而言，它是一個(gè)復雜、專(zhuān)業(yè)的過(guò)程，其用戶(hù)決策往往關(guān)乎企業(yè)未來(lái)的盈利，尤其對于較大規模的制造企業(yè)來(lái)說(shuō)，更是一個(gè)長(cháng)期投資回報的評估，除了初始采購成本，越來(lái)越多的制造企業(yè)關(guān)注在長(cháng)期運營(yíng)中的成本，市場(chǎng)競爭使得企業(yè)必須錙銖必較，而在大規模生產(chǎn)與制造領(lǐng)域，這個(gè)“錙銖”的累積，往往是巨大的成本節省，每個(gè)人工的節省、每個(gè)材料的節省、每1%的能耗降低都是巨大的數字，都會(huì )轉為盈利，每個(gè)良品率甚至0.1%的提升，都會(huì )帶來(lái)利潤的提升。 

01.電子行業(yè)為什么具有超強的成本評估能力？

在各個(gè)行業(yè)中，電子及半導體、汽車(chē)工業(yè)本身對于TCO的計算能力非常強，這是由這類(lèi)行業(yè)本身的“大規模定制化”制造的特性決定的，因為在這些領(lǐng)域，每1%的質(zhì)量提升、1%的能耗節省，對于制造而言，其累計的成本節省都將是巨大的數字。 

TCO(Total Cost of ownership)或者也有稱(chēng)為COO(Cost of Ownership)是在汽車(chē)、電子等離散制造領(lǐng)域里廣泛應用的指標，用于評估產(chǎn)線(xiàn)的綜合成本，在VDMA的SEMI 10規約中，定義了針對光伏、硅基相關(guān)電子半導體制造的TCO計算指南。

圖1-VDMA-SEMI-E10規約 

圖2-VDMA-SEMI-E10指南 

圖2則是VDMA SEMI對于設備的綜合使用能力的評估，其與OEE有較多重合的計算，當然也會(huì )包含了工程時(shí)間（工藝、裝備與軟件工程）幾個(gè)方面的差異，因此，其思想與OEE相同，而其計算又有著(zhù)行業(yè)特殊屬性。 

02.TCO是終端生產(chǎn)企業(yè)的核心關(guān)注點(diǎn)

對于機器制造商而言，必須滿(mǎn)足終端制造企業(yè)的需求，他們對于成本的綜合考量，而非僅僅是機器的價(jià)格—如果機器的價(jià)格的話(huà)，因為如果僅僅考慮價(jià)格的話(huà)，那些高端設備是沒(méi)有市場(chǎng)的，因為，他們贏(yíng)得市場(chǎng)靠綜合成本，以及客戶(hù)價(jià)值的創(chuàng )造。 

為什么發(fā)展自動(dòng)化、智能化？因為，他們關(guān)乎設備的質(zhì)量、成本與交付能力，機器從最初的手動(dòng)控制到基于繼電器邏輯的控制、PLC可編程邏輯控制，到今天基于智能控制器的控制，它都是為了解決質(zhì)量、成本與交付問(wèn)題，我們用伺服系統的工作任務(wù)來(lái)舉例： 

（1）運行成本才是最大的成本

一個(gè)伺服電機，在其生命周期中，其最大的成本來(lái)自于電能的消耗，而其初始采購成本占比僅在5%，因此，這意味著(zhù)，精準的選型會(huì )意味著(zhù)更為長(cháng)久的成本節省。

（2）低質(zhì)量的產(chǎn)品就是成本

高性能的伺服驅動(dòng)系統，它本身可以提供更高的采樣精度和控制精度，以及重復精度，控制精度和重復精度，保證了產(chǎn)品質(zhì)量的一致性，而人們采用自動(dòng)化系統，不就是為了提供質(zhì)量一致性嗎？

高品質(zhì)，才能帶來(lái)低成本，因為，不良品，本身就是成本； 

（3）控制品質(zhì)影響成本

貝加萊液壓控制專(zhuān)家李工精通在吹塑領(lǐng)域的壁厚控制，他對于技術(shù)對生產(chǎn)企業(yè)帶來(lái)的回報深有體會(huì )，按照他的較保守計算，對于一個(gè)桶裝水的塑料桶生產(chǎn)過(guò)程，大概需要45S，而每個(gè)桶容積為5加侖的話(huà)，需要達到2kG的塑料顆粒，采用貝加萊的鏡像壁厚控制器，可以為其節省3-5%的材料成本，那么，機器每小時(shí)可生產(chǎn)80個(gè)桶，咱們給機器合法的工作時(shí)間，每天只干8小時(shí)，5天工作制，那么，一年可以生產(chǎn)的桶數量為166,400個(gè)，每個(gè)桶節省原料僅按照下限3%來(lái)計算，就是9.984噸的材料節省，這個(gè)成本對于壁厚控制器所需的采購成本而言，是一個(gè)非常好的回報，其實(shí)，而且，李工說(shuō)“高重復精度可以保證產(chǎn)品質(zhì)量一致性，不良品率低，本身又是一筆節省”。 

03.TCO能夠反映更為真實(shí)的全局成本

對于機器制造商來(lái)說(shuō)，考慮初始的采購成本，但是，對于終端生產(chǎn)企業(yè)來(lái)說(shuō)，TCO是更為有效的評估指標，因為:

任何微小的成本都經(jīng)不起時(shí)間的積分；

今天，每kWh的能源節省、每g材料的節省、生產(chǎn)節拍中的每1秒鐘、每個(gè)人工的節省帶來(lái)的工時(shí)的節省，都會(huì )累積為巨大的成本節省。 

在很多時(shí)候，初始的采購成本在整個(gè)機器的生命周期里，占據的成本反倒是最小的，而低端機器所帶來(lái)的浪費，卻是非常巨大的，因此，高性能的機器才能真正為企業(yè)帶來(lái)持續穩定的收益。 

做企業(yè)，是一項長(cháng)期的投資工程，因此，高性能機器保障了高投資安全。 

貝加萊如何為您的機器降低TCO？

貝加萊，作為自動(dòng)化領(lǐng)域綜合解決方案提供商，一直致力于為用戶(hù)提供具有競爭力的解決方案，而對于TCO的降低，其設計涵蓋整個(gè)機器的全生命周期的每個(gè)環(huán)節。 

1、設計與規劃環(huán)節的成本

1.1通過(guò)精準選型

通常，在機器設計中，工程師會(huì )參考原有的機器選擇電機或傳動(dòng)機構的參數，又為了考慮余量，設計人員通常會(huì )在原有的基礎上選擇一定的放大系數，這會(huì )造成浪費，另一方面，為了獲得匹配的動(dòng)態(tài)響應能力，如果這個(gè)選擇不是基于精確計算，則會(huì )造成不必要的返工，因此，必須對整個(gè)機械傳動(dòng)鏈進(jìn)行基于數字化設計軟件的精確選型。 

在貝加萊，可以通過(guò)MapleSim這樣的軟件接口，將機械的圖紙導入，并通過(guò)ServoSoft實(shí)現運動(dòng)控制的精準選型，以獲得最優(yōu)的電機規格，如圖3所示，并且，這些仿真所獲得的參數也可以與控制任務(wù)結合，通過(guò)FMU/FMI導入至Automation Studio開(kāi)發(fā)平臺中，進(jìn)行應用集成。 

圖3-通過(guò)ServoSoft組件可以實(shí)現精準選型 

通過(guò)電機精準選型，可以確保獲得最佳的傳動(dòng)控制性能，以及最小的功耗，而這些都避免在設計階段，缺乏精準選型造成的過(guò)大、過(guò)?。ㄔ斐煞倒ぃ┑葥p失。 

1.2建模仿真降低物理測試驗證成本

建模仿真，正是為了應對閉環(huán)，在機器開(kāi)發(fā)的過(guò)程中，對機器的機械傳動(dòng)、控制工藝、流程的驗證通常需要大量的物理測試，即對材料的消耗，無(wú)論對于機器開(kāi)發(fā)，還是對于生產(chǎn)，這筆費用都是用“燒錢(qián)”來(lái)形容而不過(guò)分的，如果可以通過(guò)虛擬的環(huán)境中進(jìn)行的測試驗證，則可以降低大量的物理機器與材料、工時(shí)等的消耗，這包括幾個(gè)方面：

（1）降低物理測試與驗證成本：通過(guò)虛擬環(huán)境下的仿真，可以避免直接的物理測試驗證中的材料消耗，并能夠獲得極限參數下的生產(chǎn)，挖掘機器潛能；

（2）降低安全風(fēng)險，對一些較難進(jìn)行的測試，可以低風(fēng)險實(shí)現驗證；

（3）縮短機器的測試驗證時(shí)間，可以通過(guò)并行工程，在機械設計階段即可完成控制算法的驗證，縮短機器的開(kāi)發(fā)時(shí)間，就可以快速上市獲得領(lǐng)先所帶來(lái)的收益； 

圖4-通過(guò)MATLAB/Simulink可以實(shí)現控制參數的虛擬測試驗證 

在圖4中，可以通過(guò)Simulink Target for Automation Studio，可以在MATLAB/Simulink中進(jìn)行建模仿真，并可自動(dòng)代碼生成，獲得在各種場(chǎng)景中的最優(yōu)匹配參數，以及控制算法，在基本模型與參數穩定下，進(jìn)行少量物理測試即可獲得系列化的應用。 

2、學(xué)習環(huán)節如何降低成本？

無(wú)論工程師學(xué)習新的平臺用于開(kāi)發(fā)機器，還是機器到了現場(chǎng)需要對操作人員進(jìn)行培訓，傳統的集中式的線(xiàn)下培訓，都會(huì )帶來(lái)大量的差旅成本，而2020年由于疫情，原本貝加萊擁有的遠程能力得到了充分的發(fā)揮，貝加萊快速加強了在“遠程培訓”與“虛擬實(shí)驗室”方面的建設，利用無(wú)所不在的網(wǎng)絡(luò )，讓大家可以不用差旅勞頓，就可以一起進(jìn)行學(xué)習，項目討論，即使對于工業(yè)這種系統，必須要“眼見(jiàn)為實(shí)”的學(xué)習，通過(guò)部署在客戶(hù)端的ETA（L）系統，我們的培訓師可以幫助工程師來(lái)學(xué)習。

圖5-貝加萊多層級學(xué)習與培訓系統降低學(xué)習成本 

虛擬實(shí)驗室，則可以基于IndustrialPhysics進(jìn)行建模仿真，通過(guò)這種方式來(lái)實(shí)現對機器的虛擬測試驗證，也可以通過(guò)這種方式對機器的培訓展開(kāi)“可視化”的教學(xué)，可以通過(guò)AR/VR的方式直觀(guān)的練習對機器的操作，并反饋，安全又高效。

它帶來(lái)哪些成本的降低？

1).人員差旅成本：可以降低工程師的培訓成本

2).更為可視化的虛擬實(shí)驗室，提升了培訓效率； 

3、如何在編程環(huán)節降低成本

今天，在中國，我們對“工業(yè)軟件”的討論非常熱烈，而就本質(zhì)來(lái)說(shuō)，任何產(chǎn)品、技術(shù)，如果它沒(méi)有經(jīng)濟性的話(huà)，那么，它就沒(méi)有推廣的意義。

圖6-通過(guò)mapp來(lái)提升機器開(kāi)發(fā)效率 

mapp技術(shù)是貝加萊為提高機器開(kāi)發(fā)效率，將過(guò)去數十年所積累與機器相關(guān)的基礎設施（文件、配方、報警、趨勢等）、行業(yè)（專(zhuān)業(yè)、行業(yè)庫）、連接（網(wǎng)絡(luò )與通信、服務(wù)）、機電對象（運動(dòng)控制、CNC、機器人等）進(jìn)行了標準化封裝，成為可復用的模塊，并提供給用戶(hù)開(kāi)發(fā)。 

工業(yè)軟件的本質(zhì)，在于“知識復用”，而知識復用的目的是什么？

是的，軟件復用就是為了降低不必要的“重復勞動(dòng)”、以及將高值的工藝經(jīng)驗與知識進(jìn)行復用，它有哪些成本可以降低？

• 工程師不用頻繁的編寫(xiě)代碼，通過(guò)mapp的模塊可以快速“配置”機器的應用。

• 工具本身也是“Know-How”，即如何高效開(kāi)發(fā)機器的知識的封裝，包括為了復用的軟件開(kāi)發(fā)；

• 工欲善其事，必先利其器-Automation Studio本身就是一個(gè)集成工具，用于降低開(kāi)發(fā)成本，包括其機電故障診斷、模塊封裝、代碼測試、項目管理、版本控制等功能設計。 

實(shí)際上，這些mapp的開(kāi)發(fā)，較之以往的開(kāi)發(fā)本身就可以降低67%的開(kāi)發(fā)時(shí)間，同樣，對于每個(gè)機器制造商來(lái)說(shuō)，在A(yíng)utomation Studio平臺，也可以為自身的應用提供自定義模塊封裝能力。 

4、如何在調試環(huán)節降低成本？

基于在設計規劃階段的建模，在調試階段可以通過(guò)虛擬調試，提高效率，并降低物理材料浪費；

在貝加萊，調試階段包括了各個(gè)層次的調試支持手段，提升調試效率：

（1）.Automation Studio提供的調試手段：包括I/O仿真、程序仿真、軸測試、傅里葉變換、信號分析與處理等工具，可以協(xié)助更好的理解機器中存在的問(wèn)題，無(wú)論是測量、控制還是機電傳動(dòng)方面的問(wèn)題，也包括程序本身的便捷調試工具。 

圖7-通過(guò)數字孿生實(shí)現虛擬調試

（2）.數字孿生的虛擬調試：通過(guò)構建數字孿生對象，如通過(guò)IndustrialPhysics，可以對機電對象建模，并通過(guò)與Automation Studio的控制邏輯、機電傳動(dòng)交互，可以動(dòng)態(tài)的觀(guān)測到程序的邏輯、機電傳動(dòng)過(guò)程是否達到設計的要求，并進(jìn)行調整，以獲得更優(yōu)的效果，如圖7所示。 

（3）.貝加萊開(kāi)發(fā)的機電產(chǎn)線(xiàn)優(yōu)化工具：通過(guò)自主開(kāi)發(fā)的CTO軟件，可以針對SuperTrak進(jìn)行產(chǎn)線(xiàn)的性能最優(yōu)規劃分析，并給出優(yōu)化建議，通過(guò)可視化的量化指標，為產(chǎn)線(xiàn)集成人員提供智能的決策支持。 

5、如何降低運營(yíng)維護成本？

在生產(chǎn)環(huán)節，制造商的運營(yíng)管理部門(mén)更為關(guān)注“人、機、料、法、環(huán)、測”，這些就包括了更為多樣與復雜的現場(chǎng)組合，而事實(shí)上，這一切都必須在機器的設計階段就予以考慮，而不是在現場(chǎng)再調整。 

5.1材料消耗：更為精準的控制，可以帶來(lái)成本的節省，無(wú)論是傳動(dòng)控制還是工藝，例如前面所提及的壁厚控制技術(shù)，在材料上可以達到3-5%的節省。 

5.2人工消耗：通過(guò)機器人、視覺(jué)、柔性輸送系統的集成，可以在個(gè)性化時(shí)代，仍然獲得人工較低的消耗。

5.3能源消耗

解決能源消耗的辦法有很多種，比如：

（1）更好的溫度控制算法：

最有效的節能來(lái)自于“工藝”的節能，在實(shí)際中，一個(gè)“能用”的溫度控制，與一個(gè)“好用”的溫度控制，對于機器來(lái)說(shuō)，有著(zhù)很大的差別，一個(gè)好用的溫度控制，具有極強的自適應力，并能夠精準而不浪費的提供能量輸出。 

（2）更好的能源計量

除了有專(zhuān)用的能源計量模塊來(lái)獲得能源數據，以獲得精準的“單位產(chǎn)品能耗”計量，能源數據還為生產(chǎn)者提供“可視化”的能源趨勢分析，以獲得商業(yè)BI，進(jìn)而改進(jìn)運營(yíng)效率。

（3）更好的設備節能：例如采用更為高速動(dòng)態(tài)響應能力的伺服泵技術(shù)、更高功率密度的ACOPOS系列伺服驅動(dòng)系統、支持能源再生的共直流母線(xiàn)技術(shù)，都可以為能源節省獲得支撐。 

5.4數字化技術(shù)提升運營(yíng)效率

今天，工業(yè)互聯(lián)技術(shù)，使得這些數據都可以被有效利用，貝加萊提供了更為便捷的“數字化”收段，用于設備制造商來(lái)提供更為高效的數字化“監測”，以使得整個(gè)生產(chǎn)制造過(guò)程被“監測”，以實(shí)現“能觀(guān)能控”這樣的格局。 

數字化的轉型，本身是指通過(guò)數字化手段來(lái)不斷迭代運營(yíng)過(guò)程，通過(guò)可計量、可觀(guān)測的手段來(lái)發(fā)現生產(chǎn)運營(yíng)中的問(wèn)題。 

圖8-IT與OT融合的運營(yíng)提升意義 

通過(guò)數字化互聯(lián)，可以在多個(gè)方面提供成本優(yōu)化之道：

（1）.對全局的生產(chǎn)調度優(yōu)化，帶來(lái)的最優(yōu)成本，例如：時(shí)間的匹配避免了不必要的浪費，來(lái)自一個(gè)機器的空轉等待的成本，通過(guò)發(fā)現其中的節拍不匹配，來(lái)提升整體協(xié)同效率。

（2）.通過(guò)對生產(chǎn)中的故障進(jìn)行監測，實(shí)現預測性維護；

（3）.發(fā)現更優(yōu)的參數：通過(guò)對運行過(guò)程的數字化監測，尋找獲得質(zhì)量的最優(yōu)參數，并持續改善；

（4）.數據透明，以獲得溝通的成本下降，數字化的方式，提升了生產(chǎn)中的溝通成本，通過(guò)數字化方式，快速發(fā)現問(wèn)題，并推動(dòng)持續改善。

貝加萊通過(guò)OPC UA規范的集成，使得產(chǎn)線(xiàn)可以獲得連接，并可實(shí)現Pub/Sub機制的數據傳輸到云端、邊緣側，以實(shí)現整體的優(yōu)化潛力。 

如何降低維護成本？

如果系統是穩定的，那么維護是少的，那么，高可靠的系統帶來(lái)了生產(chǎn)的高度一致性，也降低了不良品帶來(lái)的成本，并通過(guò)相應的維護技術(shù)來(lái)實(shí)現整體運營(yíng)效率的提升。 

01預測性維護

預測性維護技術(shù)，不僅借助于機理模型的分析，通過(guò)對振動(dòng)、溫度等生產(chǎn)機器參數的監測來(lái)反饋故障，也可以通過(guò)機器學(xué)習（監督、非監督學(xué)習、強化學(xué)習）手段來(lái)獲得預測性維護的方式，來(lái)代替傳統的預防性維護的事后處理機制，進(jìn)而提升非計劃的宕機，也延長(cháng)機器的壽命，提升投資回報。 

圖9-通過(guò)預測性維護降低維護成本 

02安全的遠程診斷技術(shù)

基于貝加萊的安全遠程維護技術(shù)，工程師可以通過(guò)IE瀏覽器，遠程對機器的故障進(jìn)行診斷，并可以進(jìn)行遠程故障診斷、程序升級等動(dòng)作，這一切都是在安全（Security & Safety）的情況下進(jìn)行。 

整體而言，貝加萊的技術(shù)在不同的層面，不同的維度，不同的時(shí)間，采用不同的手法，來(lái)實(shí)現對整個(gè)機器從設計規劃到最終現場(chǎng)運行的全流程成本優(yōu)化。 

綜上，我們可以用一表來(lái)說(shuō)明貝加萊的成本解決方案 

表1-貝加萊全流程的成本優(yōu)化

在3月17日~19日，貝加萊將參加慕尼黑電子展，歡迎蒞臨貝加萊展臺，與我們的專(zhuān)業(yè)團隊共同探討您的機器與產(chǎn)線(xiàn)效率提升之道。

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，貝加萊成為ABB集團的機械自動(dòng)化事業(yè)部。作為工業(yè)自動(dòng)化領(lǐng)域的全球領(lǐng)導者，貝加萊將前沿技術(shù)與領(lǐng)先工程相結合，為幾乎每個(gè)行業(yè)的客戶(hù)提供面向機器與工廠(chǎng)自動(dòng)化、運動(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)通信標準，以及強大的Automation Studio軟件開(kāi)發(fā)平臺，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)預期的承諾驅動(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。