現(xiàn)在的制造業(yè)，比任何時(shí)候更為熱鬧，充滿了各種所謂的“智能”、“轉(zhuǎn)型”、“顛覆”的熱詞。一直默默服務(wù)于制造的自動(dòng)化莫名經(jīng)常被冠以“封閉”、“被顛覆”的力量;然而，這種純?nèi)坏臒o(wú)明，并不能真實(shí)還原自動(dòng)化行業(yè)持續(xù)不斷的創(chuàng)新，并且無(wú)法清晰理解自動(dòng)化“工程”創(chuàng)新帶來(lái)的持續(xù)價(jià)值——這種力量在過(guò)去的數(shù)十年里已然被證實(shí)，且繼續(xù)發(fā)生。本文將以貝加萊視角來(lái)看待制造業(yè)的自動(dòng)化技術(shù)進(jìn)步。

　　企業(yè)發(fā)展的五個(gè)力量

　　管理學(xué)大師邁克爾?波特早在競(jìng)爭(zhēng)理論中闡述了企業(yè)所面臨的五個(gè)力量，稱為五力模型。同樣，對(duì)于任何一個(gè)企業(yè)或組織，其發(fā)展來(lái)自圖1中所表示的這五大力量。

　　其實(shí)，企業(yè)核心在于使命驅(qū)動(dòng)下，為用戶提供所需的產(chǎn)品技術(shù)，為員工謀福利，以及為股東謀利益，這是企業(yè)自身發(fā)展的內(nèi)生動(dòng)力?？蛻粜枨髮?dǎo)向的產(chǎn)品設(shè)計(jì)產(chǎn)生拉動(dòng)力，橫向技術(shù)的進(jìn)步產(chǎn)生推動(dòng)力，通過(guò)工程創(chuàng)新，為用戶提供優(yōu)于競(jìng)爭(zhēng)者更高性價(jià)比的產(chǎn)品技術(shù)與解決方案。

　　回到制造的本質(zhì)

　　無(wú)論賦予智能制造何種光鮮，制造本身都是要提供高品質(zhì)產(chǎn)品、低成本與快速交付能力的。今天的技術(shù)并無(wú)新鮮，一切都是技術(shù)是否達(dá)到經(jīng)濟(jì)的臨界點(diǎn)，因此，信息化、智能化都是附著于自動(dòng)化之上的工具擴(kuò)展，而非制造本身。圖2梳理了自動(dòng)化、信息化與智能化之間的關(guān)系，他們作為一種方案工具共同服務(wù)于不斷變化的制造業(yè)需求。

　　圖 1 企業(yè)乃至行業(yè)發(fā)展的重要力量

　　圖 2 質(zhì)量 / 成本與交付是制造的本質(zhì)訴求

　　更快、更高、更強(qiáng)的機(jī)器

　　對(duì)于制造業(yè)而言，其總是遵循著奧運(yùn)會(huì)精神，那就是“更快、更高、更強(qiáng)”。對(duì)于機(jī)器而言，就是“更快的速度、更高的品質(zhì)、更強(qiáng)的功能”，工廠對(duì)于機(jī)器的要求就是“既要品質(zhì)高、又要省材料、還要一機(jī)多用生產(chǎn)不同的產(chǎn)品”，這就是“投資回報(bào)”。

　　機(jī)器控制何以變得越來(lái)越復(fù)雜?

　　控制，從機(jī)械傳動(dòng)與手動(dòng)操作、繼電器邏輯、PLC，再到PC算法設(shè)計(jì)，AI 集成能力，這一切都是為了讓機(jī)器變得能夠勝任更為復(fù)雜的工作。一機(jī)多能， 就意味著最快的調(diào)整，以生產(chǎn)不同的產(chǎn)品，越來(lái)越快的機(jī)器要更高的生產(chǎn)產(chǎn)能，而精度越來(lái)越高則為了更高的品質(zhì)。

　　似乎大部分對(duì)機(jī)器的控制器的理解都不斷停留在PLC只能做邏輯控制的層面，這似乎對(duì)于自動(dòng)化有較過(guò)時(shí)的理解一直彌漫在制造業(yè)，然而事實(shí)并非如此，至少在貝加萊并非如此。貝加萊在80年代開(kāi)始進(jìn)入PLC市場(chǎng)，但起點(diǎn)選擇了PC與PLC融合的架構(gòu)，即，選擇PLC的穩(wěn)定可靠、又有PC的復(fù)雜算法設(shè)計(jì)、浮點(diǎn)運(yùn)算能力，這使得貝加萊在90年代即可采用BASIC/C編程以實(shí)現(xiàn)復(fù)雜的算法設(shè)計(jì)，賦予機(jī)器更高的工藝實(shí)現(xiàn)能力。

　　如圖3，今天，貝加萊的控制器按照用戶需求，提供了各種能力的擴(kuò)展產(chǎn)品組合，涵蓋了機(jī)架式PLC、Power Panel 控制顯示一體、APC-先進(jìn)的工業(yè)PC、Panel PC-PLC、PC與面板集成、X90的移動(dòng)裝備控制器，這些控制器基于Intel X86/ARM架構(gòu)，可以支持RTOS和復(fù)雜算法的實(shí)現(xiàn)。

圖 3 多樣控制技術(shù)滿足各種需求

　　通過(guò)本身的高性能處理器、以及豐富的網(wǎng)絡(luò)集成能力、內(nèi)嵌的服務(wù)(FTP/ Web、OPCUA)能力，在數(shù)字化時(shí)代， 貝加萊的控制器依舊具有領(lǐng)先的數(shù)字化能力。在滿足控制任務(wù)的實(shí)時(shí)性同時(shí)， 也提供數(shù)字化連接能力，以及邊緣計(jì)算任務(wù)處理能力。

　　工業(yè)通信——從機(jī)器到工廠集成

　　總線的歷史若從早期的儀表總線算起，也有大約60年的時(shí)間，從IEC的“現(xiàn)場(chǎng)總線”這個(gè)定義也有近40年了。早期總線主要來(lái)自于流程工業(yè)的需求，因?yàn)榱鞒坦I(yè)像是一臺(tái)大機(jī)器(裝置)，有對(duì)于工程接線、配置和診斷的需求。隨著機(jī)器也開(kāi)始逐漸接入更多的傳感器、伺服軸、視覺(jué)系統(tǒng)等，更多需要連線生產(chǎn)，而離散制造業(yè)屬于“時(shí)間嚴(yán)苛型任務(wù)”，因此，它對(duì)實(shí)時(shí)性有著較高的要求。隨著機(jī)器的需求變得更為迫切，普遍采用了三層更為精簡(jiǎn)的架構(gòu)來(lái)滿足實(shí)時(shí)性要求，并借助于以太網(wǎng)將L1/L2統(tǒng)一，但保持了原有的L7應(yīng)用層。

　　當(dāng)機(jī)器要進(jìn)行連線生產(chǎn)的時(shí)候，就會(huì)遇到機(jī)器-機(jī)器(M2M)交互問(wèn)題， 異構(gòu)網(wǎng)絡(luò)怎么集成。這使得OPC UA的語(yǔ)義互操作能力得到迫切需求，而另一方面，由于集成后的邊緣任務(wù)、數(shù)字孿生任務(wù)都會(huì)產(chǎn)生大量多業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)流調(diào)度問(wèn)題，而由于每個(gè)由廠商獨(dú)自掌控的網(wǎng)絡(luò)阻礙了這種集成，因此，由更為中立的IEEE發(fā)起的TSN就使得各個(gè)廠商終于聚在一起，尋求新的網(wǎng)絡(luò)解決方案。

　　貝加萊早期的控制器已經(jīng)集成了CAN總線，包括伺服短暫的經(jīng)歷過(guò)脈沖與模擬量控制，即納入了分布式智能的架構(gòu)下，在90年代推出的ACOPOS伺服驅(qū)動(dòng)器就已經(jīng)配置CAN接口。到2001年開(kāi)發(fā)了POWERLINK實(shí)時(shí)以太網(wǎng)技術(shù)，采用以太網(wǎng)+CANopen應(yīng)用層架構(gòu)，提供高實(shí)時(shí)性應(yīng)用。而到了2017年開(kāi)始逐漸進(jìn)入TSN的研發(fā)中，在應(yīng)用層，也開(kāi)始采用OPC UA統(tǒng)一來(lái)規(guī)劃未來(lái)的系統(tǒng)通信架構(gòu)，以確保機(jī)器與系統(tǒng)可以被容易地集成到工廠的整個(gè)架構(gòu)中，包括設(shè)備與管理系統(tǒng)的雙向交互。

　　靈活性需求——運(yùn)動(dòng)控制貢獻(xiàn)最大

　　從直流驅(qū)動(dòng)，到交流，從變頻到伺服的大量應(yīng)用，運(yùn)動(dòng)控制最重要的應(yīng)用包括了定位與同步控制、CNC和機(jī)器人。

　　機(jī)器的靈活性變化需求使得采用機(jī)械方式需要費(fèi)時(shí)費(fèi)力的變化和調(diào)校，而伺服電機(jī)則以快速響應(yīng)、高精度，使得機(jī)器的這種調(diào)校變得簡(jiǎn)單， 因此，越來(lái)越多的伺服電機(jī)不像最初主要聚焦定位精度和速度位置同步任務(wù)，而更多變成了滿足機(jī)器變化生產(chǎn)的需求。

　　在2008年，貝加萊推出GMC，將定位同步、CNC和機(jī)器人納入統(tǒng)一架構(gòu)。

　　為了解決機(jī)器控制的各種需求，貝加萊的ACOPOS系列有針對(duì)性地提供了ACOPOSmulti雙軸共直流母線驅(qū)動(dòng)、ACOPOSmotor分布式運(yùn)動(dòng)控制、ACOPOS P3三軸驅(qū)動(dòng)， 如圖4所示，而ACOPOStrak匯流分流的磁懸浮輸送，以及ACOPOS 6D具有平面磁懸浮輸送能力的運(yùn)動(dòng)控制產(chǎn)品，如圖5所示。

　圖 4 滿足各種場(chǎng)景的 ACOPOS 系列

圖 5 多維運(yùn)動(dòng)控制技術(shù)

　　而磁懸浮輸送技術(shù)又是一個(gè)更大的潮流，因?yàn)椋枰鉀Q如何將整個(gè)生產(chǎn)連接起來(lái)，以將傳統(tǒng)的離散制造轉(zhuǎn)化為向流程工業(yè)一樣的連續(xù)型生產(chǎn)，進(jìn)而縮短中間的搬運(yùn)、輸送與等待時(shí)間。另一個(gè)問(wèn)題在于“調(diào)度”，即，通過(guò)尋找在個(gè)性化產(chǎn)品的生產(chǎn)流程組合中，獲得最優(yōu)(時(shí)間最短、路徑最短)的效率組合。這是由ACOPOStrak和ACOPOS 6D內(nèi)置的智能調(diào)度算法來(lái)實(shí)現(xiàn)的。

　　軟件技術(shù)

　　軟件之所以變得重要就在于它可以賦予機(jī)器更多的靈活性，以應(yīng)對(duì)變化，軟件作為一種Know-How封裝的容器，也被機(jī)器制造商所看重，從圖6我們可以看到，自動(dòng)化包含了非常多與軟件相關(guān)的工作。

圖 6 軟件的價(jià)值體系

　　1.集成開(kāi)發(fā)平臺(tái)的需求

　　機(jī)器越來(lái)越多的對(duì)象和任務(wù)集成，使得提升機(jī)器開(kāi)發(fā)效率成為了必須，因此，貝加萊在1997年即推出了Automation Studio集成工具平臺(tái)。其實(shí)，在今天大家廣泛討論的工業(yè)軟件中，針對(duì)嵌入式系統(tǒng)應(yīng)用開(kāi)發(fā)的工具平臺(tái)往往會(huì)被忽略，但是，不要忘記，所有運(yùn)行在機(jī)器上的控制系統(tǒng)必須有一個(gè)軟件集成工具。而Automation Studio的開(kāi)放靈活是貝加萊形成各種解決方案的關(guān)鍵一環(huán)。

　　2.建模仿真

　　為了滿足物理建模，貝加萊在很早就推出與MATLAB/ Simulink的接口，而2008年Mathworks的Simulink PLC支持C代碼自動(dòng)生成，由于貝加萊PLC支持C開(kāi)發(fā)，而第一批受益。之后為了加強(qiáng)與機(jī)械及產(chǎn)線仿真的集成，貝加萊又通過(guò)FMU/ FMI接口與MapleSim、ISG的Virtuos、IndustrialPhysics等軟件的交互，以實(shí)現(xiàn)協(xié)同仿真。

　　3.提升機(jī)器與系統(tǒng)開(kāi)發(fā)效率的模塊化軟件

　　盡管工業(yè)軟件今天很“熱”，但是，其實(shí)，對(duì)于自動(dòng)化廠商而言，提升開(kāi)發(fā)效率，降低代碼的編寫，即所謂的低代碼， 其實(shí)本質(zhì)就是用高內(nèi)聚的模塊來(lái)提升機(jī)器軟件的“組織”， 而貝加萊的mapp即基于組件的開(kāi)發(fā)(Component-Based Development)思想來(lái)實(shí)現(xiàn)標(biāo)準(zhǔn)化封裝，進(jìn)而降低機(jī)器開(kāi)發(fā)的編程量，從而快速配置機(jī)器的應(yīng)用系統(tǒng)，主要是為了節(jié)省時(shí)間，降低開(kāi)發(fā)成本。

　　4.智能算法的支持

　　就本質(zhì)而言，AI也是工業(yè)知識(shí)的軟件化，因此，以軟件形式運(yùn)行于嵌入式PLC還是PC，乃至未來(lái)所謂云化PLC均可，部署于哪里只是根據(jù)需要可自由靈活配置的問(wèn)題。

　　對(duì)于自動(dòng)化廠商來(lái)說(shuō)，其實(shí)開(kāi)發(fā)平臺(tái)工具軟件是一方面， 另一方面也在于垂直行業(yè)的Know-How封裝，因此，這都是價(jià)值的體現(xiàn)。

　　自動(dòng)化從未停止創(chuàng)新的步伐

　　事實(shí)上，自動(dòng)化的疆界一直在擴(kuò)展，從貝加萊的視角，我們可以看到自動(dòng)化技術(shù)發(fā)展的幾個(gè)關(guān)鍵點(diǎn)：

  1.橫向技術(shù)+縱向應(yīng)用

借助于橫向技術(shù)來(lái)解決垂直行業(yè)問(wèn)題，是自動(dòng)化的使命與基本工作，因此，所謂的技術(shù)，只要它能滿足要求，并具有經(jīng)濟(jì)性，那么，自動(dòng)化就可以將其納入整個(gè)架構(gòu)，并以工業(yè)的特殊性進(jìn)行適當(dāng)?shù)母脑欤瑥亩鉀Q用戶行業(yè)的特定問(wèn)題。

  2.向兩個(gè)方向的延伸

　　首先，ACOPOStrak和ACOPOS 6D這樣的技術(shù)使得自動(dòng)化開(kāi)始向機(jī)械部分延伸，而OPC UA over TSN架構(gòu)下的邊緣任務(wù)則向全局的工廠連接擴(kuò)展。

    3.自動(dòng)化核心價(jià)值在塑造客戶“巧實(shí)力”

與炫耀工具平臺(tái)本身不同，自動(dòng)化的創(chuàng)新都是在解決用戶工藝、質(zhì)量、成本與交付能力幾個(gè)問(wèn)題為其競(jìng)爭(zhēng)力，而并非在平臺(tái)工具本身。

　　中國(guó)制造業(yè)的發(fā)展，自動(dòng)化與智能化是必然趨勢(shì)，但是， 一切都圍繞著技術(shù)的凝聚和沉淀，我們需要的是一種關(guān)注需求、“打磨”產(chǎn)品與技術(shù)的精益精神。