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關乎產品戰略，不得不慎

機(ji)器與裝備(bei)，作為(wei)(wei)一(yi)個(ge)復雜(za)的(de)(de)(de)機(ji)電(dian)一(yi)體化對(dui)象。有(you)些行業如(ru)印刷、紡織經歷上(shang)百年(nian)的(de)(de)(de)發(fa)展(zhan)，而新(xin)興的(de)(de)(de)電(dian)子半導體也(ye)有(you)數十(shi)年(nian)的(de)(de)(de)歷史，他們(men)正(zheng)在(zai)不斷(duan)的(de)(de)(de)走向自動(dong)化、智能化，這(zhe)(zhe)使得機(ji)器的(de)(de)(de)控(kong)(kong)制系(xi)統在(zai)其中的(de)(de)(de)重要性不斷(duan)提升。并且，今天，領(ling)先的(de)(de)(de)機(ji)器制造商所采取的(de)(de)(de)更多是將(jiang)工(gong)藝Know-How以軟件形式(shi)封裝，其差異化競爭力也(ye)多來(lai)自于軟件的(de)(de)(de)能力。這(zhe)(zhe)個(ge)時(shi)候，作為(wei)(wei)控(kong)(kong)制系(xi)統就(jiu)必然成為(wei)(wei)了(le)裝備(bei)制造企業的(de)(de)(de)產品戰略(lve)(lve)的(de)(de)(de)實施關(guan)鍵，這(zhe)(zhe)戰略(lve)(lve)關(guan)乎長期的(de)(de)(de)發(fa)展(zhan)。

因此，需(xu)要謹慎(shen)的(de)評估(gu)合作(zuo)伙伴(ban)(ban)—系(xi)統(tong)，它(ta)不(bu)同于(yu)組件的(de)選擇(ze)，可以(yi)通過數據表對比即可，而(er)系(xi)統(tong)它(ta)本身的(de)特點就是具有系(xi)統(tong)性、全局性、整合性。因此，控(kong)制系(xi)統(tong)合作(zuo)伙伴(ban)(ban)會成(cheng)為(wei)一種戰略性資源引入，幫助企業推(tui)進產品(pin)戰略的(de)升級，因此，選擇(ze)的(de)是一個(ge)伙伴(ban)(ban)，而(er)不(bu)僅(jin)僅(jin)是個(ge)供應商。

應避免數據表的對比

用一(yi)些性能參數來對(dui)(dui)比，似乎是(shi)客觀的，但是(shi)，其實，這是(shi)純(chun)粹的硬件思(si)維，而不是(shi)全局的思(si)維，“局部數據強完(wan)全不代表全局最(zui)優”。對(dui)(dui)于機器制(zhi)(zhi)造商(shang)而言，控制(zhi)(zhi)系統選(xuan)擇(ze)，應該避免對(dui)(dui)于傳統遺留的問題，這包括幾個常見的問題：

（1）.用過去的產品(pin)結構來思(si)考今天(tian)的問題：就像PLC一直被(bei)分為(wei)大(da)型(xing)(xing)/中型(xing)(xing)/小型(xing)(xing)的(de)局限，實際上，這(zhe)種分類方(fang)法僅(jin)存在于對I/O處(chu)理能力的(de)考慮，而對于機器控(kong)制來說，I/O處(chu)理響應并(bing)不高，真正要(yao)求高的(de)是運動控(kong)制、機器人、CNC類的(de)任(ren)務(wu)，這(zhe)個與30年前(qian)比較PLC的(de)I/O容量(liang)時代(dai)已經發生了很大(da)的(de)變化

（2）.避免用單步指(zhi)(zhi)令(ling)執行來(lai)考量性(xing)能，因為(wei)這是早期PLC硬件執行任務(wu)(wu)的指(zhi)(zhi)標，而(er)基于(yu)分時多任務(wu)(wu)操作系(xi)統，并不采(cai)用這一(yi)指(zhi)(zhi)標，因為(wei)有(you)了RTOS的任務(wu)(wu)調度、時間片(pian)劃分機制，是以任務(wu)(wu)周期作為(wei)指(zhi)(zhi)標的；

（3）.系(xi)統(tong)(tong)的速(su)度取決于最(zui)短(duan)那(nei)(nei)塊板(ban)，有些廠商過分(fen)夸(kua)大通(tong)信(xin)任(ren)務(wu)的響應(ying)能(neng)力—但是卻掩蓋了其網絡(luo)架構帶來的同步(bu)在數個周(zhou)期才能(neng)完成-逼不得已的快(kuai)這個事實。還有一個問(wen)題在于，系(xi)統(tong)(tong)的性(xing)能(neng)往(wang)往(wang)受(shou)到最(zui)短(duan)那(nei)(nei)塊板(ban)影(ying)響，也(ye)即，最(zui)優的系(xi)統(tong)(tong)是控(kong)制、通(tong)信(xin)、運動控(kong)制任(ren)務(wu)周(zhou)期保持(chi)一致。

這種基于產品(pin)DataSheet的(de)比較(jiao)分析，對于決(jue)(jue)定(ding)機器(qi)與(yu)裝(zhuang)備這類產品(pin)戰略性決(jue)(jue)策來說，絕非好的(de)策略。

硬件已經不是障礙-軟件競爭力

隨(sui)著IC技(ji)術(shu)、存儲、通信等技(ji)術(shu)的(de)進步(bu)，控制(zhi)系統已然不存在硬件(jian)(jian)瓶頸這樣的(de)問(wen)題。另外(wai)，由于(yu)自動化廠(chang)商都提(ti)供寬范圍的(de)產品線供選擇(ze)，在這個意義(yi)上，硬件(jian)(jian)只(zhi)是根(gen)據需要選擇(ze)的(de)問(wen)題。

表1-多種(zhong)應(ying)用場(chang)景匹配的(de)控制(zhi)器組合

就像貝加萊的控(kong)制系統，其實(shi)在(zai)X20系列(lie)就包含了像中小(xiao)型機(ji)器所需的緊湊(cou)型PLC，以及特別適合于機(ji)器制造(zao)業的Power Panel系列(lie)的HMI和PLC融(rong)合產(chan)品—這個在(zai)機(ji)器制造(zao)業非常受歡迎，在(zai)于它結(jie)構簡(jian)單(dan)，穩定可(ke)靠（省略(lve)掉了PLC與HMI的通信-采用連接器的高可靠連接）。以(yi)及PC和Panel PC，包括(kuo)面(mian)向(xiang)工(gong)程機械的X90系(xi)列控制器(qi)，以(yi)及面(mian)向(xiang)工(gong)廠的ARPOL DCS和SCDA系統(tong)。

這些控制器(qi)的(de)自身的(de)RAM都(dou)是在MB-GB級，而可擴(kuo)展的(de)CF卡可以(yi)(yi)(yi)達(da)到百GB/TB級，而通(tong)信(xin)也包括了POWERLINK、TSN實時以(yi)(yi)(yi)太網和標準(zhun)千(qian)兆以(yi)(yi)(yi)太網通(tong)信(xin)能力。

任務等(deng)級從100μS到10mS不(bu)(bu)等(deng)，因此，它(ta)不(bu)(bu)存在一種PLC不(bu)(bu)能勝任，而是(shi)配置出(chu)你(ni)需(xu)要(yao)的(de)最合適的(de)硬件系統。

系統選擇的幾個重要維度

根據與機(ji)器制造商多年的(de)合作(zuo)，我們可以從(cong)幾(ji)個方面考(kao)慮系統評價體系，全面的(de)看(kan)待(dai)合作(zuo)應該有些考(kao)量(liang)：

穩定與可靠的系統

這(zhe)對于制造(zao)業而言(yan)，是(shi)一種基準線，穩定(ding)與可靠主(zhu)要在于它是(shi)否經(jing)(jing)過大(da)量的“驗證”—即，在這(zhe)個領域或相關領域已經(jing)(jing)有多少機器被發往現(xian)場(chang)，這(zhe)個現(xian)場(chang)包括(kuo)全球的制造(zao)商(shang)用戶。

因為除了硬件(jian)(jian)的可靠(kao)穩定外(wai)，軟(ruan)件(jian)(jian)的穩定與(yu)可靠(kao)同(tong)樣重要，這(zhe)有賴于(yu)對標準化(hua)的模塊使用，例如采用PLCopen、IEC61131-3的編程，以及經過大量軟(ruan)件(jian)(jian)工(gong)程測試驗證(zheng)的可靠(kao)軟(ruan)件(jian)(jian)。

工(gong)業領域的軟件(jian)，依賴于高水平的軟件(jian)規(gui)劃與架構，以(yi)及工(gong)程(cheng)師(shi)的工(gong)程(cheng)能(neng)力(li)，而這方(fang)面的伙伴(ban)專(zhuan)業性必須(xu)予(yu)以(yi)考慮(lv)。

開放性，為機器創新提供支撐

對于機器制造商而(er)言(yan)，系(xi)統(tong)的開放性主要對于機器的幾個方(fang)面有影(ying)響：

（1）.自己開發的(de)(de)(de)工(gong)藝Know-How的(de)(de)(de)封裝，比較封閉的(de)(de)(de)系統往(wang)往(wang)會缺乏(fa)讓機(ji)器制造商(shang)自主(zhu)(zhu)編(bian)寫(xie)可用模塊的(de)(de)(de)能力，包括(kuo)對(dui)高級語言的(de)(de)(de)支(zhi)持，這(zhe)些都會導(dao)致(zhi)機(ji)器制造商(shang)自主(zhu)(zhu)創(chuang)新的(de)(de)(de)實現無(wu)法被有效執行。如(ru)圖2，貝加萊的(de)(de)(de)軟件(jian)包括(kuo)了mapp-提高開發速度的(de)(de)(de)通用軟件(jian)，以及(ji)機(ji)器制造商(shang)Know-How封裝的(de)(de)(de)C/ST/C++自定義庫(ku)，通過建模仿真來開發的(de)(de)(de)自主(zhu)(zhu)工(gong)藝建模軟件(jian)。

（2）.與第三方工程軟件的連接

因(yin)為這(zhe)(zhe)牽扯到機械系統設計(ji)時的一些模型(xing)，以(yi)及這(zhe)(zhe)些模型(xing)與控制系統的協同仿真問(wen)題(ti)，比較常(chang)見的如MATLAB/Simulink、MapleSim、IndustrialPhysics這(zhe)(zhe)些。通過FMU/FMI也可以(yi)與更多Modelica組織的軟件進行(xing)協作。

（3）.開(kai)放性也同(tong)樣是總線的(de)支(zhi)持能力：圖X顯(xian)示了貝加萊一個控制器(qi)除(chu)了標配(pei)的(de)通信，還(huan)可以(yi)通過插(cha)槽、與I/O同(tong)尺寸槽位的(de)通信模(mo)塊（CNA,IO-Link,RS485）來擴展。

可擴展性-機器的靈活性

可擴展(zhan)性(xing)在幾個方面：

（1）硬件可擴(kuo)展性,包(bao)括(kuo)模塊化—這個在自動化行業已經普遍實(shi)現，熱插拔的支持、總線支持能力；

（2）軟件(jian)(jian)(jian)可(ke)(ke)(ke)擴(kuo)展性(xing)(xing)：這主要體(ti)現在(zai)(zai)軟件(jian)(jian)(jian)與硬(ying)(ying)件(jian)(jian)(jian)的獨立性(xing)(xing)，例如在(zai)(zai)貝(bei)加萊PLC上的程序，它可(ke)(ke)(ke)以運行(xing)在(zai)(zai)Power Panel系列(lie)，也可(ke)(ke)(ke)以運行(xing)在(zai)(zai)APC和Panel PC上，這就是軟件(jian)(jian)(jian)在(zai)(zai)硬(ying)(ying)件(jian)(jian)(jian)平臺上的可(ke)(ke)(ke)擴(kuo)展性(xing)(xing)，另一個方(fang)面的可(ke)(ke)(ke)擴(kuo)展性(xing)(xing)也指(zhi)版(ban)本(ben)的兼(jian)容性(xing)(xing)問題。

長周(zhou)期的(de)交付與服(fu)務支撐能力，考慮到機器往(wang)(wang)往(wang)(wang)需要(yao)運(yun)行10年甚至更(geng)久的(de)時間，因此，程序的(de)兼容性(xing)，即(ji)便更(geng)換到新的(de)系(xi)統上，也需要(yao)保持它的(de)可移植(zhi)性(xing)也是必須予以(yi)考慮的(de)。

如圖5所示，從(cong)90年(nian)代的2000系(xi)列(lie)(lie)到今天的X20系(xi)列(lie)(lie)（也經(jing)歷了Pentium/Atom/Core i系(xi)列(lie)(lie)多個階段(duan)的CPU等級），貝加萊的Automation Studio一(yi)直能夠為其(qi)提供技術的服務(wu)支撐，確保(bao)版本的兼容(rong)，以及程(cheng)序的可移植(zhi)性。

（3）.機(ji)器的數(shu)字化能力-可(ke)持續性發展架構(gou)

機器的可(ke)持續發展(zhan)，包括(kuo)機器的長期可(ke)用性，在較長的時間，你(ni)不能(neng)讓系統落后，這樣最大的避免過幾(ji)年后，你(ni)的系統被淘汰了，而新的系統無法與原(yuan)有(you)系統兼容。像圖6-貝加萊(lai)采用的通用計算架構的控制器，基于Hypervisor的PC，運行通用操作(zuo)系統（Windows/Linux）和實時操作(zuo)系統于不同(tong)的CPU核。

它可以(yi)實現云端的模型訓練，本地的計算(suan)推(tui)理這樣的AI應(ying)用架構(gou)，也可以(yi)直接控制驅動與(yu)電機(ji)、I/O實時控制任務。確(que)保在(zai)自動化基礎應(ying)用與(yu)擴展(zhan)的智能化應(ying)用中(zhong)得到兼容。

開放架構(gou)的(de)(de)好處就(jiu)在(zai)于此，它采(cai)用(yong)(yong)了通(tong)用(yong)(yong)的(de)(de)芯片、網絡通(tong)信架構(gou)、計算、云平臺的(de)(de)連接能(neng)力，這確保在(zai)較長的(de)(de)時間里，機(ji)器都(dou)能(neng)保持(chi)可持(chi)續性的(de)(de)發展能(neng)力。

集成性-最優系統設計與工程效率

機器是(shi)一(yi)個(ge)機械-電氣(qi)-軟件一(yi)體(ti)化的系統，因此(ci)，它必須是(shi)一(yi)個(ge)整體(ti)來考慮，這里(li)包含了幾個(ge)方面的問題：

（1）.集(ji)成架構利于內部最(zui)優：通過(guo)不(bu)同的(de)(de)分立組件(jian)(jian)(jian)拼裝的(de)(de)系(xi)統，最(zui)大(da)的(de)(de)問(wen)題就(jiu)在(zai)(zai)于它無法發(fa)揮每(mei)個(ge)組件(jian)(jian)(jian)的(de)(de)最(zui)大(da)性能，另外，在(zai)(zai)接口處往往存在(zai)(zai)不(bu)穩定(ding)性，而且在(zai)(zai)軟件(jian)(jian)(jian)實現(xian)方面，也(ye)通常會(hui)需要(yao)多(duo)個(ge)軟件(jian)(jian)(jian)的(de)(de)配合，這(zhe)需要(yao)工程師(shi)掌握多(duo)個(ge)軟件(jian)(jian)(jian)，并在(zai)(zai)其(qi)間進行切換。

（2）集(ji)成開發平(ping)臺-提升工程效率(lv)

像Automation Studio，作為一個平臺(tai)，它可以為機器的(de)(de)持續創新(xin)提(ti)供長期支撐，這個已經(jing)在商(shang)業運行25年的(de)(de)平臺(tai)架構依(yi)舊保持著(zhu)強的(de)(de)擴展能(neng)力，包括與最新(xin)的(de)(de)智(zhi)能(neng)型(xing)開發(fa)。

集成，在于對(dui)象和(he)流(liu)程兩個維度，如圖(tu)7所示。對(dui)于復雜變化的機器(qi)產品(pin)類管理，包括軟件版(ban)本(ben)控(kong)制、復用(yong)的軟件組件（Component-Based Development）、由廠商提(ti)供的mapp組件，這些都是提(ti)升機器(qi)開發效(xiao)率、并確保長期投資安全的集成性(xing)。

隨著軟件的(de)復(fu)雜性提(ti)高(gao)，在軟件方面(mian)的(de)工(gong)程師(shi)資(zi)源、測(ce)試(shi)驗(yan)證工(gong)時都是(shi)巨(ju)大的(de)，因此(ci)，提(ti)升工(gong)程效率需(xu)要較(jiao)好的(de)工(gong)具平臺，正所謂“工(gong)欲善(shan)其(qi)事必先利(li)其(qi)器”。

（3）.巧用架構，四(si)兩撥(bo)千斤

控制系統(tong)的(de)架(jia)(jia)構設計也很關鍵，其實，集(ji)成架(jia)(jia)構，就使得系統(tong)更為簡潔，進而降低(di)不必要的(de)連接和(he)額(e)外的(de)軟件測試成本。

在傳統的(de)伺服電(dian)子凸輪裁切中(zhong)，需要裁切軸(zhou)跟隨外接(jie)的(de)測量材料(liao)速度的(de)編碼(ma)器(qi)，PLC+運動控制(zhi)模塊的(de)架構往往將(jiang)編碼(ma)器(qi)接(jie)入到I/O測。如圖8所示(shi)，貝(bei)加萊的(de)ACOPOS系列(lie)則直接(jie)接(jie)入到伺服驅動器(qi)的(de)插槽中，這樣直(zhi)接的(de)計算就會(hui)獲得更快的(de)響應(ying)能力，確(que)保裁切的(de)精度。

還有一些情況，就(jiu)像(xiang)機器(qi)的(de)(de)網絡(luo)(luo)采(cai)用集(ji)中式網絡(luo)(luo)架構，需要經由主站(zhan)(zhan)為(wei)從站(zhan)(zhan)之間(jian)進(jin)行同(tong)步關系(xi)的(de)(de)協同(tong)，那(nei)么就(jiu)會導(dao)致這(zhe)個(ge)網絡(luo)(luo)需要經過(guo)多個(ge)分發周期(qi)才能完整這(zhe)個(ge)同(tong)步任務，而分布式網絡(luo)(luo)則可以通過(guo)交叉通信來實現(xian)從站(zhan)(zhan)間(jian)的(de)(de)同(tong)步，在表面上看(kan)，集(ji)中式網絡(luo)(luo)的(de)(de)每個(ge)傳輸都是非常快(kuai)的(de)(de)，但其整體最(zui)終獲(huo)得的(de)(de)性能卻并(bing)不一定(ding)快(kuai)，人們很(hen)容(rong)易被這(zhe)種數字上的(de)(de)快(kuai)所誤導(dao)。

其實(shi)，這樣(yang)架構的差異帶來很多的不同，在此不一(yi)一(yi)列(lie)舉(ju)。

行業專家-懂你的系統

從合作(zuo)的(de)視角(jiao)來看(kan)，一(yi)(yi)個(ge)(ge)合作(zuo)伙伴應該是(shi)一(yi)(yi)個(ge)(ge)非常(chang)懂得(de)機器(qi)開發的(de)，他(ta)(ta)們(men)快(kuai)速把(ba)握機器(qi)的(de)關(guan)鍵問題，豐富的(de)經(jing)驗(yan)，就是(shi)一(yi)(yi)種資源，將他(ta)(ta)們(men)的(de)知識、經(jing)驗(yan)、遠見卓(zhuo)識，作(zuo)為一(yi)(yi)個(ge)(ge)顧問分享給(gei)機器(qi)制造(zao)商。

像貝(bei)加(jia)萊，在各個裝備(bei)制造業，有(you)非常深厚的(de)專(zhuan)家，以及培訓體系支持(chi)的(de)工程訓練、行業Know-How的(de)軟(ruan)件積累、專(zhuan)用的(de)硬件，對于機器制造商來說，都是(shi)可被有(you)效利用的(de)資源。 

總擁有成本的評價

對于(yu)(yu)任(ren)何一(yi)個(ge)(ge)機器制造商(shang)，其終(zhong)端大廠往往有非常(chang)嚴格(ge)(ge)的(de)指標對機器進行綜合的(de)評(ping)估。如(ru)圖10，TCO是(shi)(shi)一(yi)個(ge)(ge)較為(wei)全面(mian)的(de)評(ping)價(jia)方(fang)式，它會牽扯(che)到整個(ge)(ge)設備(bei)的(de)運行中的(de)問題，包(bao)括如(ru)圖所示的(de)幾個(ge)(ge)方(fang)面(mian)：TCO、預測性維護、OEE、產品換(huan)型帶來的(de)交付能力、ROI。而(er)不是(shi)(shi)設備(bei)的(de)采購價(jia)格(ge)(ge)的(de)高(gao)與低—因為(wei)對于(yu)(yu)工廠，設備(bei)是(shi)(shi)重要的(de)資產投資，而(er)投資的(de)評(ping)價(jia)是(shi)(shi)按照回報來評(ping)價(jia)，以及它在現場的(de)表現，對于(yu)(yu)用戶來說，其實，穩定而(er)高(gao)品質的(de)生產，任(ren)何時候都是(shi)(shi)核心的(de)考(kao)量，因為(wei)任(ren)何的(de)調校、等待、不正(zheng)常(chang)宕機都是(shi)(shi)成本。

終端(duan)生產企業(ye)，尤(you)其是領先的制造(zao)商，有非常(chang)強的計(ji)算力，來綜(zong)合評估機器(qi)與(yu)系統的能力，這(zhe)點上，必須在機器(qi)的設(she)計(ji)中以(yi)這(zhe)種(zhong)“用戶需求(qiu)”為導向(xiang)，在每個細(xi)節上，精心(xin)打磨，確保機器(qi)在設(she)計(ji)、開發(fa)、運營階段(duan)，都能夠去(qu)考慮“成(cheng)本”的節省，成(cheng)本節省可以(yi)被(bei)設(she)計(ji)出(chu)來，預先規劃。