關(guān)乎產(chǎn)品戰略，不得不慎

機器與裝備，作為一個(gè)復雜的機電一體化對象。有些行業(yè)如印刷、紡織經(jīng)歷上百年的發(fā)展，而新興的電子半導體也有數十年的歷史，他們正在不斷的走向自動(dòng)化、智能化，這使得機器的控制系統在其中的重要性不斷提升。并且，今天，領(lǐng)先的機器制造商所采取的更多是將工藝Know-How以軟件形式封裝，其差異化競爭力也多來(lái)自于軟件的能力。這個(gè)時(shí)候，作為控制系統就必然成為了裝備制造企業(yè)的產(chǎn)品戰略的實(shí)施關(guān)鍵，這戰略關(guān)乎長(cháng)期的發(fā)展。

因此，需要謹慎的評估合作伙伴—系統，它不同于組件的選擇，可以通過(guò)數據表對比即可，而系統它本身的特點(diǎn)就是具有系統性、全局性、整合性。因此，控制系統合作伙伴會(huì )成為一種戰略性資源引入，幫助企業(yè)推進(jìn)產(chǎn)品戰略的升級，因此，選擇的是一個(gè)伙伴，而不僅僅是個(gè)供應商。

應避免數據表的對比

用一些性能參數來(lái)對比，似乎是客觀(guān)的，但是，其實(shí)，這是純粹的硬件思維，而不是全局的思維，“局部數據強完全不代表全局最優(yōu)”。對于機器制造商而言，控制系統選擇，應該避免對于傳統遺留的問(wèn)題，這包括幾個(gè)常見(jiàn)的問(wèn)題：

(1).用過(guò)去的產(chǎn)品結構來(lái)思考今天的問(wèn)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(lèi)方法僅存在于對I/O處理能力的考慮，而對于機器控制來(lái)說(shuō)，I/O處理響應并不高，真正要求高的是運動(dòng)控制、機器人、CNC類(lèi)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）.避免用單步指令執行來(lái)考量性能，因為這是早期PLC硬件執行任務(wù)的指標，而基于分時(shí)多任務(wù)操作系統，并不采用這一指標，因為有了RTOS的任務(wù)調度、時(shí)間片劃分機制，是以任務(wù)周期作為指標的；（3）.系統的速度取決于最短那塊板，有些廠(chǎng)商過(guò)分夸大通信任務(wù)的響應能力—但是卻掩蓋了其網(wǎng)絡(luò )架構帶來(lái)的同步在數個(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(wèn)題在于，系統的性能往往受到最短那塊板影響，也即，最優(yōu)的系統是控制、通信、運動(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，對于決定機器與裝備這類(lèi)產(chǎn)品戰略性決策來(lái)說(shuō)，絕非好的策略。

硬件已經(jīng)不是障礙-軟件競爭力

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

表1-多種應用場(chǎng)景匹配的控制器組合

就像貝加萊的控制系統，其實(shí)在X20系列就包含了像中小型機器所需的緊湊型PLC，以及特別適合于機器制造業(yè)的Power Panel系列的HMI和PLC融合產(chǎn)品—這個(gè)在機器制造業(yè)非常受歡迎，在于它結構簡(jiǎn)單，穩定可靠（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，包括面向工程機械的X90系列控制器，以及面向工廠(chǎng)的ARPOL DCS和SCDA系統。

這些控制器的自身的RAM都是在MB-GB級，而可擴展的CF卡可以達到百GB/TB級，而通信也包括了POWERLINK、TSN實(shí)時(shí)以太網(wǎng)和標準千兆以太網(wǎng)通信能力。

任務(wù)等級從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。 

系統選擇的幾個(gè)重要維度 

根據與機器制造商多年的合作，我們可以從幾個(gè)方面考慮系統評價(jià)體系，全面的看待合作應該有些考量：

圖1-控制系統伙伴的幾個(gè)考量因素

穩定與可靠的系統

這對于制造業(yè)而言，是一種基準線(xiàn)，穩定與可靠主要在于它是否經(jīng)過(guò)大量的“驗證”—即，在這個(gè)領(lǐng)域或相關(guān)領(lǐng)域已經(jīng)有多少機器被發(fā)往現場(chǎng)，這個(gè)現場(chǎng)包括全球的制造商用戶(hù)。 

因為除了硬件的可靠穩定外，軟件的穩定與可靠同樣重要，這有賴(lài)于對標準化的模塊使用，例如采用PLCopen、IEC61131-3的編程，以及經(jīng)過(guò)大量軟件工程測試驗證的可靠軟件。 

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

開(kāi)放性，為機器創(chuàng )新提供支撐

對于機器制造商而言，系統的開(kāi)放性主要對于機器的幾個(gè)方面有影響：

（1）.自己開(kāi)發(fā)的工藝Know-How的封裝，比較封閉的系統往往會(huì )缺乏讓機器制造商自主編寫(xiě)可用模塊的能力，包括對高級語(yǔ)言的支持，這些都會(huì )導致機器制造商自主創(chuàng )新的實(shí)現無(wú)法被有效執行。如圖2，貝加萊的軟件包括了mapp-提高開(kāi)發(fā)速度的通用軟件，以及機器制造商Know-How封裝的C/ST/C++自定義庫，通過(guò)建模仿真來(lái)開(kāi)發(fā)的自主工藝建模軟件。

圖2-開(kāi)放的軟件體系

（2）.與第三方工程軟件的連接

因為這牽扯到機械系統設計時(shí)的一些模型，以及這些模型與控制系統的協(xié)同仿真問(wèn)題，比較常見(jiàn)的如MATLAB/Simulink、MapleSim、IndustrialPhysics這些。通過(guò)FMU/FMI也可以與更多Modelica組織的軟件進(jìn)行協(xié)作。

圖3-開(kāi)放的軟件連接

（3）.開(kāi)放性也同樣是總線(xiàn)的支持能力：圖X顯示了貝加萊一個(gè)控制器除了標配的通信，還可以通過(guò)插槽、與I/O同尺寸槽位的通信模塊（CNA,IO-Link,RS485）來(lái)擴展。

圖4-開(kāi)放的總線(xiàn)支持能力 

可擴展性-機器的靈活性

可擴展性在幾個(gè)方面：

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

（2）軟件可擴展性：這主要體現在軟件與硬件的獨立性，例如在貝加萊PLC上的程序，它可以運行在Power Panel系列，也可以運行在A(yíng)PC和Panel PC上，這就是軟件在硬件平臺上的可擴展性，另一個(gè)方面的可擴展性也指版本的兼容性問(wèn)題。

長(cháng)周期的交付與服務(wù)支撐能力，考慮到機器往往需要運行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上，也需要保持它的可移植性也是必須予以考慮的。

圖5-長(cháng)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），貝加萊的Automation Studio一直能夠為其提供技術(shù)的服務(wù)支撐，確保版本的兼容，以及程序的可移植性。 

（3）.機器的數字化能力-可持續性發(fā)展架構

機器的可持續發(fā)展，包括機器的長(cháng)期可用性，在較長(cháng)的時(shí)間，你不能讓系統落后，這樣最大的避免過(guò)幾年后，你的系統被淘汰了，而新的系統無(wú)法與原有系統兼容。像圖6-貝加萊采用的通用計算架構的控制器，基于Hypervisor的PC，運行通用操作系統（Windows/Linux）和實(shí)時(shí)操作系統于不同的CPU核。

它可以實(shí)現云端的模型訓練，本地的計算推理這樣的AI應用架構，也可以直接控制驅動(dòng)與電機、I/O實(shí)時(shí)控制任務(wù)。確保在自動(dòng)化基礎應用與擴展的智能化應用中得到兼容。

圖6-面向未來(lái)的架構

開(kāi)放架構的好處就在于此，它采用了通用的芯片、網(wǎng)絡(luò )通信架構、計算、云平臺的連接能力，這確保在較長(cháng)的時(shí)間里，機器都能保持可持續性的發(fā)展能力。

集成性-最優(yōu)系統設計與工程效率 

機器是一個(gè)機械-電氣-軟件一體化的系統，因此，它必須是一個(gè)整體來(lái)考慮，這里包含了幾個(gè)方面的問(wèn)題：

（1）.集成架構利于內部最優(yōu)：通過(guò)不同的分立組件拼裝的系統，最大的問(wèn)題就在于它無(wú)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定性，而且在軟件實(shí)現方面，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(kāi)發(fā)平臺提升工程效率

（2）集成開(kāi)發(fā)平臺-提升工程效率

像Automation Studio，作為一個(gè)平臺，它可以為機器的持續創(chuàng )新提供長(cháng)期支撐，這個(gè)已經(jīng)在商業(yè)運行25年的平臺架構依舊保持著(zhù)強的擴展能力，包括與最新的智能型開(kāi)發(fā)。 

集成，在于對象和流程兩個(gè)維度，如圖7所示。對于復雜變化的機器產(chǎn)品類(lèi)管理，包括軟件版本控制、復用的軟件組件（Component-Based Development）、由廠(chǎng)商提供的mapp組件，這些都是提升機器開(kāi)發(fā)效率、并確保長(cháng)期投資安全的集成性。 

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

（3）.巧用架構，四兩撥千斤

控制系統的架構設計也很關(guān)鍵，其實(shí)，集成架構，就使得系統更為簡(jiǎn)潔，進(jìn)而降低不必要的連接和額外的軟件測試成本。

圖8-ACOPOS伺服驅動(dòng)直接的編碼器輸入

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

還有一些情況，就像機器的網(wǎng)絡(luò )采用集中式網(wǎng)絡(luò )架構，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 )導致這個(gè)網(wǎng)絡(luò )需要經(jīng)過(guò)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(guò)交叉通信來(lái)實(shí)現從站間的同步，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字上的快所誤導。 

其實(shí)，這樣架構的差異帶來(lái)很多的不同，在此不一一列舉。 

行業(yè)專(zhuān)家-懂你的系統

從合作的視角來(lái)看，一個(gè)合作伙伴應該是一個(gè)非常懂得機器開(kāi)發(fā)的，他們快速把握機器的關(guān)鍵問(wèn)題，豐富的經(jīng)驗，就是一種資源，將他們的知識、經(jīng)驗、遠見(jiàn)卓識，作為一個(gè)顧問(wèn)分享給機器制造商。 

圖9豐富的行業(yè)應用經(jīng)驗

像貝加萊，在各個(gè)裝備制造業(yè)，有非常深厚的專(zhuān)家，以及培訓體系支持的工程訓練、行業(yè)Know-How的軟件積累、專(zhuān)用的硬件，對于機器制造商來(lái)說(shuō)，都是可被有效利用的資源。 

總擁有成本的評價(jià)

對于任何一個(gè)機器制造商，其終端大廠(chǎng)往往有非常嚴格的指標對機器進(jìn)行綜合的評估。如圖10，TCO是一個(gè)較為全面的評價(jià)方式，它會(huì )牽扯到整個(gè)設備的運行中的問(wèn)題，包括如圖所示的幾個(gè)方面：TCO、預測性維護、OEE、產(chǎn)品換型帶來(lái)的交付能力、ROI。而不是設備的采購價(jià)格的高與低—因為對于工廠(chǎng)，設備是重要的資產(chǎn)投資，而投資的評價(jià)是按照回報來(lái)評價(jià)，以及它在現場(chǎng)的表現，對于用戶(hù)來(lái)說(shuō)，其實(shí)，穩定而高品質(zhì)的生產(chǎn)，任何時(shí)候都是核心的考量，因為任何的調校、等待、不正常宕機都是成本。

圖10-終端用戶(hù)對設備的評估要點(diǎn)

終端生產(chǎn)企業(yè)，尤其是領(lǐng)先的制造商，有非常強的計算力，來(lái)綜合評估機器與系統的能力，這點(diǎn)上，必須在機器的設計中以這種“用戶(hù)需求”為導向，在每個(gè)細節上，精心打磨，確保機器在設計、開(kāi)發(fā)、運營(yíng)階段，都能夠去考慮“成本”的節省，成本節省可以被設計出來(lái)，預先規劃。

表2-全局的系統成本觀(guān)

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省的方案，在每個(gè)細節上，都預先為機器制造商進(jìn)行了考慮。 

總結：選擇系統與伙伴，在今天這個(gè)時(shí)代，更需要關(guān)注“軟件實(shí)力”。并有效打造您的機器軟實(shí)力，贏(yíng)得長(cháng)期、差異化的競爭力。