机器制造商-软件视角的系统选择策略是什么

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机械设备作为一个复杂的机电一体化对象。有些行业，如印刷、纺织等，经历了上百年的发展，而新兴的电子半导体则有几十年的历史。它们不断走向自动化和智能化，使得机器的控制系统的重要性不断提高。此外，今天，领先的机器制造商更多地将工艺诀窍以软件的形式包装起来，他们的差异化竞争力大多来自于软件的能力。此时，作为控制系统，必然成为装备制造企业实施产品战略的关键，事关长远发展。

因此，需要仔细评估合伙人制度，它不同于组件的选择，可以通过数据表进行比较，而且该制度本身具有系统性、综合性和集成性的特点。因此，控制系统合作伙伴将成为一种战略资源引进，帮助企业促进产品战略的升级。所以，选择的是合作伙伴，而不仅仅是供应商。

避免数据表的比较。

用一些性能参数来对比看似客观，但其实这是纯硬件思维，不是全局思维。“强局部数据根本不代表全局优化”。对于机器制造商来说，控制系统的选择应避免传统遗留的问题，包括几个常见问题:

(1).用过去的产品结构来思考今天的问题:就像PLC被划分成大/中/小的局限性一样，其实这种划分方式只存在于对I/O处理能力的考虑，而对于机器控制来说，I/O处理响应并不高，真正要求高的是运动控制、机器人和数控的任务。与30年前相比，PLC的I/O容量时代已经到来。

(2).避免用单步指令执行来考虑性能，因为这是早期PLC硬件执行任务的指标，但基于分时多任务操作系统，不采用这个指标，因为用RTOS的任务调度和时间片划分机制，以任务周期为指标；

(3)系统的速度取决于最短的板。一些厂商过分夸大了通信任务的响应速度——但他们掩盖了一个事实，即他们的网络架构带来的同步只能在几个周期内完成——这是被迫的快。另一个问题是系统的性能往往受到最短板的影响，即最优系统是保持控制、通信和运动控制任务周期一致。

这种基于产品数据表的对比分析，绝不是对机器设备等产品进行战略决策的好策略。

硬件不再是障碍——软件竞争力

随着集成电路技术、存储、通信等技术的发展，控制系统不存在硬件瓶颈的问题。此外，由于自动化制造商提供了广泛的产品线可供选择，从这个意义上说，硬件只是根据需要进行选择的问题。

表1-多种应用场景匹配的控制器组合

就像BR的控制系统一样，X20系列其实包括了中小型机器的紧凑型PLC，以及电源板系列的HMI和PLC融合产品，特别适合机器制造行业。这在机械制造行业很受欢迎，因为它结构简单，稳定可靠(省略了PLC和HMI之间的通信——用连接器连接可靠性高)。以及PC和平板PC，包括用于工程机械的X90系列控制器，以及用于工厂的ARPOL DCS和SCDA系统。

这些控制器的RAM为MB-GB，而可扩展的CF卡可以达到100 GB/TB，通信还包括POWERLINK、TSN实时以太网和标准千兆以太网通信能力。

任务级别范围从100μS到10mS。所以不存在一种PLC不能胜任，而是配置了最适合你需要的硬件系统。

系统选择的几个重要方面

根据多年与机器厂商的合作，可以从几个方面考虑系统评测体系。当我们全面看待合作时，应该有一些考虑:

稳定可靠的系统

对于制造业来说，这是一个基准线，它的稳定性和可靠性主要取决于它是否经过了大量的“验证”——即有多少台机器被送到了这个领域或相关领域的现场，包括全世界的制造商和用户。

除了硬件的可靠性和稳定性，软件的稳定性和可靠性同样重要，这取决于使用标准化的模块，如PLCopen、IEC61131-3编程，以及经过大量软件工程测试验证的可靠软件。

工业软件依赖于高层次的软件规划和架构，以及工程师的工程能力，必须考虑合作伙伴在这方面的专业性。

开放为机器创新提供支持。

对于机器制造商来说，系统的开放性主要影响机器的几个方面:

(1).自研工艺诀窍的封装，一个相对封闭的体系往往缺乏机器厂商独立编写可用模块的能力，包括对高级语言的支持，这将导致机器厂商自主创新的实现无法有效实施。如图2所示，BR的软件包括提高开发速度的通用软件mapp，以及机器制造商Know-How打包的C/ST/C++自定义库，以及通过建模仿真开发的独立流程建模软件。

(2)与第三方工程软件的连接

因为它涉及到机械系统设计的一些模型，以及这些模型与控制系统之间的协同仿真，比如MATLAB/Simulink，MapleSim，IndustrialPhysics。通过FMU/FMI，你还可以与更多Modelica组织的软件合作。

(3).开放性也是总线的支持能力:图X显示，BR的一个控制器除了标准通信外，还可以通过与I/O大小相同的插槽和通信模块(CNA、IO-Link、RS485)进行扩展。

可扩展性-机器的灵活性

可扩展性体现在几个方面:

(1)硬件可扩展性，包括模块化——这在自动化工业中已经广泛实现，具有热插拔支持和总线支持能力；

(2)软件可扩展性:这主要体现在软硬件的独立性上，比如BR PLC上的程序，可以在电源板系列、APC、Panel PC上运行，这就是软件在硬件平台上的可扩展性。另一方面，可扩展性也指版本兼容性。

长期交付和服务支持能力，考虑到机器往往需要运行10年甚至更长时间，因此，程序的兼容性，即使更换新系统，也需要保持其可移植性，这也是必须考虑的。

如图5所示，从20世纪90年代的2000系列到今天的X20系列(也经历了奔腾/凌动/酷睿I系列多个阶段的CPU水平)，BR的Automation Studio已经能够提供技术服务支持，保证版本的兼容性和程序的可移植性。

(3)机器的数字化能力——可持续发展框架

机器的可持续发展包括机器的长期可用性。在很长一段时间内，你不能让系统落后，这样可以避免几年后，你的系统被淘汰，新系统与原系统不兼容。图6——BR采用的通用计算架构的控制器，基于Hypervisor的PC，在不同的CPU核上运行通用操作系统(Windows/Linux)和实时操作系统。

它可以在云端实现模型训练、本地计算推理等AI应用架构，还可以直接控制驱动和电机、I/O等实时控制任务..确保基本自动化应用和扩展智能应用之间的兼容性。

这就是开放式架构的优势。它采用了通用的芯片、网络通信架构、计算和云平台连接，保证了机器能够长期保持可持续发展能力。

集成-最佳系统设计和工程效率

机器是一个机-电-软件综合系统，所以必须作为一个整体来考虑，这包括几个方面:

(1).集成架构有利于内部优化:由不同分立元件组装而成的系统，最大的问题是无法发挥各个元件的最大性能。此外，接口处经常存在不稳定性，在软件实现方面，通常需要多个软件的配合，这就需要工程师掌握多个软件，并在其中进行切换。

(2)集成开发平台——提高工程效率

和Automation Studio一样，作为一个平台，可以为机器的不断创新提供长期的支持。这种平台架构已经商业运营了25年，仍然保持着很强的可扩展性，包括最新的智能化发展。

集成存在于两个维度:对象和流程，如图7所示。对于复杂多变的机器产品的管理，包括软件版本控制、基于组件的开发、厂商提供的mapp组件等，这些都是提高机器开发效率、保证长期投资安全的集成。

随着软件的日益复杂，工程师的资源和软件测试验证的工时是巨大的。因此，需要一个更好的工具平台来提高工程效率。俗话说“工欲善其事，必先利其器”。

(3)巧用架构，四两拨千斤。

控制系统的架构设计也很关键。事实上，集成架构使系统更加简洁，从而减少了不必要的连接和额外的软件测试成本。

在传统的伺服电子凸轮切割中，切割轴需要跟随外部编码器来测量材料速度，而PLC+运动控制模块的架构往往将编码器连接到I/O测量。如图8所示，BR的ACOPOS系列直接连接到伺服驱动器的插槽上，这样直接计算可以获得更快的响应能力，保证切割精度。

在某些情况下，就像机器的网络采用集中式网络架构，需要通过主站协调从站之间的同步一样，会导致网络需要几个分发周期才能完成同步任务，而分布式网络可以通过交叉通信实现从站之间的同步。表面上看，集中式网络的每次传输都很快，但其整体最终表现不一定快，人们很容易被这种数字速度误导。

其实这样的架构差异带来了很多不同，这里不一一列举。

行业专家-了解您的系统

从合作的角度来说，一个合作伙伴应该很了解机器开发。他们能很快抓住机器的关键问题，他们丰富的经验是一种资源。他们作为顾问与机器制造商分享他们的知识、经验和远见。

像BR，在各个装备制造行业都有非常深厚的专家，还有培训体系支撑的工程培训，行业内的专有技术软件积累，专用硬件，这些都是整机厂商可以有效利用的资源。

总拥有成本评估

对于任何一个机器厂商来说，其终端厂商往往有非常严格的指标来综合评价机器。如图10所示，TCO是一种综合评估方法，会涉及到整个设备运行中的问题，包括如图10所示的几个方面:TCO、预测性维护、OEE、产品变更带来的交付能力、ROI。不是设备购买价格的高低——因为对于工厂来说，设备是一项重要的资产投资，对投资的评估是基于回报和它在现场的表现。对于用户来说，其实任何时候稳定高质量的生产都是最核心的考虑，因为任何调整、等待、非正常停机都是成本。

终端企业，尤其是领先厂商，有非常强的计算能力，可以综合评估机器和系统的能力。在这一点上，机器的设计必须以这种“用户需求”为导向，每一个细节都要精心打磨，确保在机器的设计、开发、运营阶段都能考虑到“成本”的节约。可以提前设计和计划成本节约。

表2-全球系统成本视图

机械制造商应该处理

赖家湖

贝加莱西南

在设计和规划阶段降低成本

机器建模和仿真

X20系统

APC-工业电脑

ACOPOStrak

超级列车

阿科波斯·6D

自动化工作室

lMATLAB/Simulink

工业物理学

lMapleSIM

lFMU/FMI

快速机器交货

统一工具平台

对于所有物理硬件

自动化研究

快速机器应用开发

和标准化软件。

Mapp技术

设备调试阶段的成本方案

虚拟调试

可编程逻辑控制器/个人计算机/面板个人计算机

运营成本要素

操作人员学习成本

地图视图

机器的连接

控制器和IO站

OPC UA |各种现场总线支持

智能控制算法

ACOPOS伺服驱动系统

能源监控能力

电能计量模块

地图能量

数字连接能力

开放式总线连接

OPC UA发布/订阅

数据应用

所有控制器

mappDATA，mappSQL…

材料适应性

虚拟机管理程序+机器视觉

机器学习算法设计

减少计划外停机时间

预测性维护技术

振动传感器和信号处理

APROL EnMon

稳定的机器设计

ACOPOS系统

高次曲线处理能力

降低维护成本

安全远程维护

网站管理员

SRM-安全远程维护技术

远程诊断和程序升级

控制器

FTP服务器、Web服务器、VNC服务器

表2列出了BR的硬件和软件在不同阶段可以提供的节约成本的方案。对于机器制造商来说，每个细节都是事先考虑好的。

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