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關乎產品戰略，不得不慎

機(ji)器與裝備，作為(wei)一(yi)個復雜的(de)(de)(de)(de)(de)機(ji)電一(yi)體化對(dui)象。有些行業如印刷、紡織經歷(li)上百年的(de)(de)(de)(de)(de)發展，而新興的(de)(de)(de)(de)(de)電子半導(dao)體也有數十年的(de)(de)(de)(de)(de)歷(li)史，他(ta)們正在不(bu)斷的(de)(de)(de)(de)(de)走向自動化、智能化，這(zhe)使得機(ji)器的(de)(de)(de)(de)(de)控制(zhi)系統在其中(zhong)的(de)(de)(de)(de)(de)重要性不(bu)斷提升。并且，今天，領先(xian)的(de)(de)(de)(de)(de)機(ji)器制(zhi)造商(shang)所采取的(de)(de)(de)(de)(de)更多(duo)是(shi)將工藝Know-How以軟件(jian)形式封裝，其差異化競爭力也多(duo)來(lai)自于軟件(jian)的(de)(de)(de)(de)(de)能力。這(zhe)個時候，作為(wei)控制(zhi)系統就必(bi)然(ran)成為(wei)了裝備制(zhi)造企(qi)業的(de)(de)(de)(de)(de)產品戰略的(de)(de)(de)(de)(de)實施關(guan)(guan)鍵，這(zhe)戰略關(guan)(guan)乎(hu)長期的(de)(de)(de)(de)(de)發展。

因此，需要(yao)謹慎的(de)(de)(de)評估合作伙伴(ban)(ban)—系(xi)統(tong)，它不同于組件的(de)(de)(de)選擇(ze)，可(ke)以通(tong)過數據(ju)表對比即可(ke)，而(er)系(xi)統(tong)它本(ben)身的(de)(de)(de)特點(dian)就是具有系(xi)統(tong)性(xing)(xing)、全局性(xing)(xing)、整(zheng)合性(xing)(xing)。因此，控制(zhi)系(xi)統(tong)合作伙伴(ban)(ban)會成為一(yi)(yi)種戰(zhan)略性(xing)(xing)資源引入，幫助企(qi)業推(tui)進產品戰(zhan)略的(de)(de)(de)升級，因此，選擇(ze)的(de)(de)(de)是一(yi)(yi)個(ge)伙伴(ban)(ban)，而(er)不僅僅是個(ge)供應商。

應避免數據表的對比

用一些(xie)性能參數來(lai)對比，似(si)乎是(shi)客觀的(de)，但是(shi)，其實，這是(shi)純粹的(de)硬件思(si)維，而(er)不(bu)是(shi)全局(ju)的(de)思(si)維，“局(ju)部數據強完全不(bu)代表全局(ju)最優(you)”。對于(yu)(yu)機器制(zhi)造商而(er)言，控制(zhi)系統選擇，應(ying)該避免對于(yu)(yu)傳統遺留的(de)問題，這包(bao)括幾個常見的(de)問題：

（1）.用過去的產品結構來思(si)考今天的問(wen)題(ti)：就像PLC一直被分(fen)為大型(xing)/中型(xing)/小型(xing)的(de)局限，實際上，這種(zhong)分(fen)類方法僅存在于(yu)對I/O處理(li)能力的(de)考(kao)慮，而對于(yu)機器控制來說，I/O處理(li)響應(ying)并不高，真正要求高的(de)是運動控制、機器人(ren)、CNC類的(de)任(ren)務，這個與30年前比較PLC的(de)I/O容量時代已經發生(sheng)了很(hen)大的(de)變化

（2）.避免(mian)用單步指令執(zhi)行來(lai)考量性能(neng)，因為(wei)這是早期(qi)PLC硬件執(zhi)行任(ren)(ren)務的(de)指標(biao)，而基于分時(shi)多任(ren)(ren)務操作系統，并不采用這一指標(biao)，因為(wei)有了RTOS的(de)任(ren)(ren)務調度、時(shi)間片劃(hua)分機制，是以任(ren)(ren)務周期(qi)作為(wei)指標(biao)的(de)；

（3）.系統的(de)速度取(qu)決于最(zui)短那(nei)塊板，有些廠(chang)商(shang)過分夸大通信任務的(de)響應能(neng)力—但是卻掩蓋(gai)了其網絡架構帶(dai)來的(de)同步(bu)在(zai)數個(ge)周期才能(neng)完成-逼不得已的(de)快這(zhe)個(ge)事實(shi)。還有一個(ge)問題(ti)在(zai)于，系統的(de)性能(neng)往往受(shou)到(dao)最(zui)短那(nei)塊板影響，也即，最(zui)優的(de)系統是控(kong)制、通信、運動控(kong)制任務周期保持一致。

這(zhe)種基(ji)于(yu)產(chan)(chan)品DataSheet的比較(jiao)分析，對于(yu)決(jue)定機(ji)器與裝備這(zhe)類產(chan)(chan)品戰(zhan)略性決(jue)策(ce)來說(shuo)，絕非好的策(ce)略。

硬件已經不是障礙-軟件競爭力

隨著(zhu)IC技術、存儲(chu)、通信等技術的進步，控(kong)制(zhi)系統已然不存在硬(ying)(ying)件瓶頸這樣的問(wen)題。另外，由于自動化廠商都提供(gong)寬范圍的產品線供(gong)選(xuan)擇(ze)，在這個意義上，硬(ying)(ying)件只(zhi)是根(gen)據需要(yao)選(xuan)擇(ze)的問(wen)題。

表1-多種應用場(chang)景匹配的控制器組合

就像貝加(jia)萊的(de)控制系統(tong)，其(qi)實(shi)在X20系列就包含了(le)像中(zhong)小型(xing)(xing)機器所需(xu)的(de)緊湊(cou)型(xing)(xing)PLC，以(yi)及特(te)別適(shi)合(he)于機器制造(zao)業的(de)Power Panel系列的(de)HMI和PLC融合(he)產品—這(zhe)個在機器制造(zao)業非常受歡迎，在于它結(jie)構簡單，穩(wen)定可(ke)靠（省略掉(diao)了(le)PLC與(yu)HMI的(de)通(tong)信-采用(yong)連(lian)接器的(de)高(gao)可靠(kao)連(lian)接）。以及PC和(he)Panel PC，包括面(mian)向工程(cheng)機械的(de)X90系列控制器，以及面(mian)向工廠的(de)ARPOL DCS和SCDA系(xi)統。

這些控(kong)制(zhi)器的自身(shen)的RAM都(dou)是在MB-GB級，而可擴展的CF卡可以(yi)達(da)到百(bai)GB/TB級，而通信(xin)也包括(kuo)了POWERLINK、TSN實(shi)時以(yi)太(tai)網(wang)和標(biao)準千兆以(yi)太(tai)網(wang)通信(xin)能力。

任務等(deng)級從100μS到10mS不等(deng)，因此，它不存在一種PLC不能勝任，而(er)是配置出你(ni)需(xu)要的(de)最合適的(de)硬件系統。

系統選擇的幾個重要維度

根據與機器制造商多年的(de)合作(zuo)，我們可以從幾個方面(mian)考(kao)(kao)慮系(xi)統評價體系(xi)，全面(mian)的(de)看待合作(zuo)應該(gai)有(you)些考(kao)(kao)量(liang)：

穩定與可靠的系統

這(zhe)(zhe)對于制造(zao)業而(er)言，是(shi)一種基準(zhun)線，穩(wen)定與(yu)可靠主要在于它是(shi)否經過(guo)大量的“驗證”—即(ji)，在這(zhe)(zhe)個領(ling)域或(huo)相關領(ling)域已經有多少機器被發往現場，這(zhe)(zhe)個現場包括全(quan)球的制造(zao)商用戶(hu)。

因(yin)為(wei)除(chu)了硬(ying)件(jian)的可(ke)靠(kao)穩定外，軟(ruan)件(jian)的穩定與可(ke)靠(kao)同樣重要，這(zhe)有賴(lai)于對標(biao)準化的模塊使(shi)用，例如采用PLCopen、IEC61131-3的編程，以及經過大量軟(ruan)件(jian)工(gong)程測試(shi)驗證的可(ke)靠(kao)軟(ruan)件(jian)。

工業(ye)領域的軟件，依賴于高水平的軟件規劃與架構，以及工程(cheng)師的工程(cheng)能力，而(er)這方面的伙伴專業(ye)性必須予以考慮。

開放性，為機器創新提供支撐

對于機器制造商而言，系統的(de)(de)開放性(xing)主(zhu)要(yao)對于機器的(de)(de)幾個方面有影響：

（1）.自己(ji)開發的(de)(de)工藝Know-How的(de)(de)封裝，比較(jiao)封閉的(de)(de)系統往往會缺乏讓機器(qi)制造商(shang)自主編(bian)寫可用模塊的(de)(de)能力(li)，包括對(dui)高(gao)級語言的(de)(de)支持，這些都會導致機器(qi)制造商(shang)自主創(chuang)新的(de)(de)實現無法被有效執(zhi)行。如圖2，貝加萊的(de)(de)軟件包括了mapp-提高(gao)開發速(su)度的(de)(de)通(tong)用軟件，以及(ji)機器(qi)制造商(shang)Know-How封裝的(de)(de)C/ST/C++自定義庫，通(tong)過(guo)建模仿真(zhen)來開發的(de)(de)自主工藝建模軟件。

（2）.與第(di)三方工程(cheng)軟件的(de)連接

因為這(zhe)牽扯到機械(xie)系統設計時的一些(xie)(xie)模型，以及這(zhe)些(xie)(xie)模型與控(kong)制系統的協同仿真問題，比(bi)較(jiao)常見的如MATLAB/Simulink、MapleSim、IndustrialPhysics這(zhe)些(xie)(xie)。通過FMU/FMI也可以與更多Modelica組織的軟件(jian)進行協作。

（3）.開放性也(ye)同樣是(shi)總線(xian)的支持能力：圖X顯示了貝加萊一個控制器除了標配的通信，還可(ke)以(yi)通過插槽(cao)、與(yu)I/O同尺寸槽(cao)位的通信模塊（CNA,IO-Link,RS485）來擴展。

可擴展性-機器的靈活性

可擴展(zhan)性在幾個方面：

（1）硬件可擴(kuo)展性,包(bao)括(kuo)模塊(kuai)化—這個在(zai)自動化行業已經普遍實現，熱(re)插拔的支(zhi)持、總線支(zhi)持能(neng)力；

（2）軟件(jian)可(ke)擴展(zhan)性：這主(zhu)要體現(xian)在(zai)軟件(jian)與硬件(jian)的(de)(de)獨立性，例如在(zai)貝(bei)加萊(lai)PLC上的(de)(de)程序(xu)，它(ta)可(ke)以運(yun)(yun)行(xing)在(zai)Power Panel系(xi)列，也(ye)可(ke)以運(yun)(yun)行(xing)在(zai)APC和Panel PC上，這就是軟件(jian)在(zai)硬件(jian)平臺(tai)上的(de)(de)可(ke)擴展(zhan)性，另一(yi)個(ge)方面的(de)(de)可(ke)擴展(zhan)性也(ye)指版本的(de)(de)兼容性問題。

長周期的交(jiao)付(fu)與服(fu)務(wu)支(zhi)撐能力，考慮到機器往往需要(yao)運行10年甚至更久的時間，因此，程序(xu)的兼容(rong)性(xing)，即便更換到新的系統上(shang)，也(ye)需要(yao)保持(chi)它的可移(yi)植性(xing)也(ye)是必須予(yu)以考慮的。

如圖5所示，從90年(nian)代的2000系(xi)列到今(jin)天的X20系(xi)列（也經(jing)歷了Pentium/Atom/Core i系(xi)列多個階段的CPU等級），貝加萊的Automation Studio一直能夠為其提供技術的服務(wu)支撐，確保版本的兼容，以(yi)及(ji)程序的可移植(zhi)性(xing)。

（3）.機器的數字(zi)化能力-可(ke)持續(xu)性發展架構

機器的(de)(de)可(ke)(ke)持續發展(zhan)，包括(kuo)機器的(de)(de)長期可(ke)(ke)用(yong)性，在(zai)較長的(de)(de)時間，你不(bu)能讓系(xi)(xi)統(tong)(tong)(tong)落后，這(zhe)樣最大(da)的(de)(de)避免過(guo)幾(ji)年(nian)后，你的(de)(de)系(xi)(xi)統(tong)(tong)(tong)被(bei)淘汰(tai)了，而新的(de)(de)系(xi)(xi)統(tong)(tong)(tong)無法與(yu)原有系(xi)(xi)統(tong)(tong)(tong)兼容。像(xiang)圖6-貝加萊采(cai)用(yong)的(de)(de)通用(yong)計算架構的(de)(de)控制器，基于Hypervisor的(de)(de)PC，運行通用(yong)操(cao)作(zuo)系(xi)(xi)統(tong)(tong)(tong)（Windows/Linux）和實時操(cao)作(zuo)系(xi)(xi)統(tong)(tong)(tong)于不(bu)同的(de)(de)CPU核。

它(ta)可以(yi)實現云端(duan)的模型訓練(lian)，本(ben)地(di)的計算推(tui)理這樣的AI應(ying)用架構，也可以(yi)直接控制(zhi)驅動(dong)與(yu)電機、I/O實時控制(zhi)任務。確(que)保在(zai)自(zi)動(dong)化基(ji)礎應(ying)用與(yu)擴展(zhan)的智能化應(ying)用中得到兼容。

開放架構(gou)的(de)好處就(jiu)在于此，它(ta)采用(yong)了通用(yong)的(de)芯片、網絡通信架構(gou)、計算、云平臺的(de)連接能(neng)力(li)，這確保在較長的(de)時間(jian)里，機器都能(neng)保持(chi)可持(chi)續(xu)性(xing)的(de)發展能(neng)力(li)。

集成性-最優系統設計與工程效率

機器(qi)是一個機械-電氣(qi)-軟件(jian)一體化的系統，因此，它必須是一個整體來考慮(lv)，這里包含了幾個方面(mian)的問(wen)題：

（1）.集成架構利于(yu)內部(bu)最(zui)優(you)：通過不同的分立組件(jian)(jian)拼裝的系(xi)統(tong)，最(zui)大的問題就在于(yu)它無法發(fa)揮每個組件(jian)(jian)的最(zui)大性能(neng)，另(ling)外，在接口(kou)處往往存(cun)在不穩定性，而且在軟件(jian)(jian)實(shi)現方(fang)面，也通常會需要多個軟件(jian)(jian)的配合，這(zhe)需要工程(cheng)師掌握多個軟件(jian)(jian)，并(bing)在其(qi)間進行切換。

（2）集成開(kai)發平(ping)臺-提升工(gong)程(cheng)效(xiao)率

像Automation Studio，作為(wei)一個(ge)平臺(tai)，它(ta)可以為(wei)機器的持續創新提供長期(qi)支(zhi)撐，這個(ge)已經在商業(ye)運行25年的平臺(tai)架(jia)構依舊(jiu)保持著(zhu)強(qiang)的擴展(zhan)能力，包括與(yu)最新的智能型開(kai)發(fa)。

集成，在于對象和流程兩個維(wei)度，如圖7所(suo)示。對于復(fu)雜變化(hua)的機(ji)器產品類管(guan)理，包括軟件(jian)版本控(kong)制、復(fu)用(yong)的軟件(jian)組(zu)件(jian)（Component-Based Development）、由廠商提供的mapp組(zu)件(jian)，這些(xie)都是提升機(ji)器開發效率(lv)、并確保長(chang)期投資(zi)安(an)全的集成性。

隨(sui)著軟件(jian)的復雜(za)性提(ti)高(gao)，在軟件(jian)方面的工程師資(zi)源(yuan)、測試驗證工時都是巨大的，因此，提(ti)升工程效率(lv)需要較好(hao)的工具平(ping)臺，正(zheng)所(suo)謂(wei)“工欲善其事必先利其器”。

（3）.巧(qiao)用架構，四(si)兩撥(bo)千斤

控制系(xi)統的(de)架構(gou)設計(ji)也很(hen)關鍵(jian)，其實，集成架構(gou)，就使得系(xi)統更為簡潔(jie)，進(jin)而降低不必要的(de)連接和額外(wai)的(de)軟件(jian)測試(shi)成本。

在傳統的伺(si)服電子凸輪裁切中(zhong)，需(xu)要裁切軸跟隨外接的測量材(cai)料速(su)度的編(bian)碼器(qi)(qi)，PLC+運動(dong)控制模(mo)塊的架構往往將編(bian)碼器(qi)(qi)接入(ru)到I/O測。如圖8所示，貝加萊的ACOPOS系列則直接接入(ru)到伺(si)服驅動器的(de)插槽中，這樣直接的(de)計算就會獲得更(geng)快的(de)響應能(neng)力，確保裁切的(de)精度。

還有(you)一(yi)些(xie)情況，就(jiu)像(xiang)機器的(de)網絡(luo)(luo)采用集中式(shi)網絡(luo)(luo)架構，需要經由主站為從站之間進行同(tong)步關(guan)系(xi)的(de)協同(tong)，那(nei)么就(jiu)會導(dao)(dao)致這個網絡(luo)(luo)需要經過多(duo)個分發周(zhou)期(qi)才能完整(zheng)這個同(tong)步任務(wu)，而(er)分布式(shi)網絡(luo)(luo)則(ze)可(ke)以通(tong)過交叉(cha)通(tong)信來實現從站間的(de)同(tong)步，在表面(mian)上看，集中式(shi)網絡(luo)(luo)的(de)每個傳(chuan)輸都是非常快的(de)，但(dan)其整(zheng)體最終獲得的(de)性能卻并不一(yi)定快，人們很容易被這種數字上的(de)快所誤導(dao)(dao)。

其實，這樣架構的差異帶來很多(duo)的不同，在此不一一列舉。

行業專家-懂你的系統

從合(he)作(zuo)的視角來看，一個(ge)合(he)作(zuo)伙伴應該是(shi)一個(ge)非(fei)常懂得(de)機(ji)器(qi)開(kai)發的，他們快(kuai)速把握機(ji)器(qi)的關鍵問題，豐(feng)富的經(jing)驗，就是(shi)一種資源(yuan)，將(jiang)他們的知(zhi)識(shi)(shi)、經(jing)驗、遠見卓(zhuo)識(shi)(shi)，作(zuo)為一個(ge)顧(gu)問分享給機(ji)器(qi)制造商(shang)。

像貝(bei)加萊(lai)，在(zai)各個裝備(bei)制造(zao)業(ye)，有(you)非常(chang)深厚的(de)專(zhuan)(zhuan)家，以(yi)及培訓(xun)體(ti)系支(zhi)持的(de)工程訓(xun)練、行業(ye)Know-How的(de)軟(ruan)件(jian)(jian)積累、專(zhuan)(zhuan)用(yong)的(de)硬件(jian)(jian)，對于機器制造(zao)商(shang)來說，都是可被有(you)效利(li)用(yong)的(de)資源。 

總擁有成本的評價

對(dui)(dui)于任何一(yi)個機器(qi)制造商，其(qi)終端大廠(chang)往往有非常嚴(yan)格(ge)的(de)(de)(de)(de)(de)指標對(dui)(dui)機器(qi)進(jin)行綜合的(de)(de)(de)(de)(de)評(ping)(ping)估。如圖(tu)(tu)10，TCO是(shi)一(yi)個較為(wei)全面的(de)(de)(de)(de)(de)評(ping)(ping)價(jia)(jia)方式，它會牽扯到整(zheng)個設備的(de)(de)(de)(de)(de)運行中(zhong)的(de)(de)(de)(de)(de)問題，包括如圖(tu)(tu)所(suo)示的(de)(de)(de)(de)(de)幾個方面：TCO、預測性維(wei)護、OEE、產(chan)(chan)品換型帶來(lai)的(de)(de)(de)(de)(de)交付能力、ROI。而(er)不是(shi)設備的(de)(de)(de)(de)(de)采購價(jia)(jia)格(ge)的(de)(de)(de)(de)(de)高與(yu)低(di)—因(yin)為(wei)對(dui)(dui)于工廠(chang)，設備是(shi)重要的(de)(de)(de)(de)(de)資產(chan)(chan)投資，而(er)投資的(de)(de)(de)(de)(de)評(ping)(ping)價(jia)(jia)是(shi)按照(zhao)回報來(lai)評(ping)(ping)價(jia)(jia)，以(yi)及它在現(xian)場(chang)的(de)(de)(de)(de)(de)表現(xian)，對(dui)(dui)于用戶來(lai)說，其(qi)實，穩定而(er)高品質(zhi)的(de)(de)(de)(de)(de)生產(chan)(chan)，任何時候(hou)都是(shi)核(he)心的(de)(de)(de)(de)(de)考量(liang)，因(yin)為(wei)任何的(de)(de)(de)(de)(de)調(diao)校、等待、不正常宕機都是(shi)成本(ben)。

終端(duan)生產企業，尤其是領(ling)先(xian)的(de)(de)制造商(shang)，有非(fei)常強的(de)(de)計(ji)算力，來綜合(he)評(ping)估(gu)機(ji)器與系統的(de)(de)能(neng)力，這點上(shang)，必須在機(ji)器的(de)(de)設計(ji)中以(yi)這種“用戶(hu)需求(qiu)”為(wei)導向，在每(mei)個細節上(shang)，精(jing)心打磨，確保機(ji)器在設計(ji)、開(kai)發、運營(ying)階段，都能(neng)夠(gou)去考慮“成本(ben)”的(de)(de)節省(sheng)，成本(ben)節省(sheng)可以(yi)被設計(ji)出來，預先(xian)規劃。