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人們都說自動(dòng)化行業(yè)正在變成一個(gè)軟件產(chǎn)業(yè)，這一點(diǎn)不為過，與20年前的工業(yè)控制產(chǎn)業(yè)而言，今天納入到智能制造架構(gòu)的工業(yè)軟件正在變得更為強(qiáng)大，擴(kuò)展到更多的方向，因此，我們從產(chǎn)業(yè)需求，以及實(shí)際的應(yīng)用場(chǎng)景分析來描述“為何工業(yè)軟件能夠傳遞巨大的制造業(yè)提升價(jià)值“。

產(chǎn)業(yè)鏈條的傳遞

消費(fèi)者的需求變化會(huì)給制造商帶來生產(chǎn)的靈活性需求，而另一個(gè)方面，這種個(gè)性化相較于傳統(tǒng)的大規(guī)模標(biāo)準(zhǔn)化生產(chǎn)也需要更高的質(zhì)量迭代過程、更快的生產(chǎn)柔性切換，以及更為精準(zhǔn)的成本評(píng)估，這使得對(duì)于機(jī)器和系統(tǒng)集成提出了更為模塊化、快速測(cè)試與驗(yàn)證、連接的需求。

來到自動(dòng)化，需要更為智能架構(gòu)與可擴(kuò)展性來實(shí)現(xiàn)以應(yīng)對(duì)這種變化的挑戰(zhàn)，而另一方面，標(biāo)準(zhǔn)化才能降低成本，因此，為了平衡，自動(dòng)化將焦點(diǎn)放在了如何更為采用“軟“的方法來提升系統(tǒng)的靈活應(yīng)變能力。

圖1-制造業(yè)產(chǎn)業(yè)鏈的挑戰(zhàn)傳遞

需求從消費(fèi)者->制造商->OEM/SI->自動(dòng)化廠商，而換個(gè)視角反過來就是自動(dòng)化的價(jià)值如何傳遞到消費(fèi)端的變化的響應(yīng)能力上。

個(gè)性化的挑戰(zhàn)一直在發(fā)生，這也驅(qū)動(dòng)著自動(dòng)化產(chǎn)業(yè)不斷的去構(gòu)建系統(tǒng)、融合跨界技術(shù)來實(shí)現(xiàn)對(duì)各種挑戰(zhàn)的應(yīng)對(duì)能力。

工業(yè)軟件價(jià)值體系

圖2-工業(yè)軟件價(jià)值體系

在這里，我們僅以工業(yè)生產(chǎn)運(yùn)營(yíng)環(huán)節(jié)的軟件構(gòu)架來闡述，工業(yè)軟件價(jià)值體系的幾個(gè)部分

1、集成開發(fā)平臺(tái)：這一概念為了實(shí)現(xiàn)“集成“，由于被集成對(duì)象隨著機(jī)器與工廠系統(tǒng)變得復(fù)雜，包括傳統(tǒng)的PLC邏輯控制，傳動(dòng)控制，以至于今天的CNC、機(jī)器人、視覺的集成，另一個(gè)方面，為了降低學(xué)習(xí)成本，將系統(tǒng)配置、編程、測(cè)試、運(yùn)維也集成在統(tǒng)一平臺(tái)架構(gòu)上，這都是為了降低工程中的成本，避免在各個(gè)不同的軟件間的切換。

平臺(tái)當(dāng)然也包括了RTOS用于實(shí)時(shí)任務(wù)以及Windows,Linux這樣的架構(gòu)來解決HMI，開放軟件集成的問題。

2、軟件工程能力：對(duì)于平臺(tái)必須能夠提供軟件復(fù)用的模塊封裝，以及基于組件的開發(fā)（Component-Based Development），這樣的好處同樣是為了降低工程量，因?yàn)椋瑐€(gè)性化的機(jī)器，以及隨著業(yè)務(wù)的擴(kuò)展 ，更多的領(lǐng)域復(fù)用相同的軟件能夠降低大量的代碼開發(fā)與測(cè)試驗(yàn)證時(shí)間，就像貝加萊的張力控制算法，可以針對(duì)紙張、薄膜、紗線、金屬板材等各種場(chǎng)景開環(huán)、閉環(huán)、擺棍多種形式的場(chǎng)景。

3、行業(yè)工業(yè)Know-How：這是今天無論是哪家自動(dòng)化、IT或者機(jī)器制造商贏得市場(chǎng)的關(guān)鍵，每個(gè)領(lǐng)域都有其獨(dú)特的“領(lǐng)域工程“，無論是金屬板材成型還是化工的多系統(tǒng)耦合解耦，都是需要經(jīng)過反復(fù)驗(yàn)證各種場(chǎng)景下的成熟軟件，這些使得每個(gè)企業(yè)構(gòu)成了其差異化以及核心的競(jìng)爭(zhēng)力，以軟件形式存在的核心算法與工藝往往具有非常高的客戶長(zhǎng)期忠誠(chéng)度。

4、開放的軟件集成能力：顯然，沒有一家公司可以為制造業(yè)全流程提供所有的軟件，但是，基于一個(gè)開放的接口，控制系統(tǒng)、IT、數(shù)字化設(shè)計(jì)軟件之間就可以達(dá)成一致，例如MATLAB/Simulink、Pro-engineering、CATIA與工業(yè)控制軟件即建立接口，包括類似于EPLAN這樣的軟件也同樣可以發(fā)揮電柜制造的角色，當(dāng)然，Web服務(wù)器的集成也使得基于IE、Chrome等客戶端可以訪問機(jī)器與產(chǎn)線。

5、標(biāo)準(zhǔn)化軟件的支持：對(duì)于機(jī)器的集中控制以及分布式架構(gòu)而言，PLCopen組織的IEC61131-3，以及IEC61499等都是適合于標(biāo)準(zhǔn)化開發(fā)的，學(xué)習(xí)了統(tǒng)一的思路即可實(shí)現(xiàn)高效的開發(fā)。

6、機(jī)器智能：事實(shí)上，傳統(tǒng)機(jī)理模型在一些非線性、無模型領(lǐng)域無法發(fā)揮效果，但基于人工智能、機(jī)器學(xué)習(xí)的算法則從數(shù)據(jù)驅(qū)動(dòng)角度解決了傳統(tǒng)的模型復(fù)雜性、需要專業(yè)人員支撐的應(yīng)用。

從以上幾點(diǎn)，我們能夠看到，工業(yè)除了傳統(tǒng)的PLC、PC控制器、HMI、運(yùn)動(dòng)控制、柔性輸送系統(tǒng)、視覺這些硬件外，而真正讓他們發(fā)揮變化、響應(yīng)能力、競(jìng)爭(zhēng)力塑造的，卻是軟件，無論是機(jī)器的柔性還是產(chǎn)線的柔性，都是可以基于軟件來實(shí)現(xiàn)。

顯然，自動(dòng)化已經(jīng)是一個(gè)軟件行業(yè)了！

建模仿真

建模仿真主要基于對(duì)物理對(duì)象模型的建模， 并與控制系統(tǒng)建立聯(lián)系，控制系統(tǒng)將針對(duì)邏輯、運(yùn)動(dòng)過程、工藝進(jìn)行仿真，以獲得最佳參數(shù)，并通過自動(dòng)代碼生成下載到控制器，然后測(cè)試驗(yàn)證系統(tǒng)控制模型的效果。

圖3-基于建模仿真的機(jī)器開發(fā)過程

圖3,所示的建模仿真機(jī)器開發(fā)過程，事實(shí)上，基于建模仿真主要是為了解決以下幾個(gè)問題：

（1）難以進(jìn)行物理驗(yàn)證或驗(yàn)證成本非常高的應(yīng)用場(chǎng)景；

（2）具有較多的參數(shù)調(diào)整的需求；

（3）為了開發(fā)可復(fù)用的軟件模塊；

建模仿真在原創(chuàng)性的設(shè)計(jì)中最有必要，因?yàn)?，長(zhǎng)期開發(fā)需要通過模型積累更多的機(jī)器與產(chǎn)線適用性，并虛擬環(huán)境中測(cè)試參數(shù)的最優(yōu)匹配。

工業(yè)通信

實(shí)際上，盡管傳統(tǒng)的現(xiàn)場(chǎng)總線是一個(gè)硬件的連接問題，但是，今天的智能制造時(shí)代，對(duì)于信息的需求更為側(cè)重于軟件應(yīng)用，無論是為了實(shí)現(xiàn)邊緣計(jì)算的應(yīng)用，還是為了智能的機(jī)器開發(fā)，都需要信息的傳遞，而軟件的開發(fā)需要大量的接口，而OPC UA實(shí)際上就提供了針對(duì)這些軟件連接的標(biāo)準(zhǔn)接口。

圖4-OPC UA的工業(yè)通信連接架構(gòu)

OPC UA實(shí)現(xiàn)從底層傳感到垂直的ERP/MES、云端的連接，并在機(jī)器-機(jī)器間實(shí)現(xiàn)信息傳遞的接口，它看上去是一個(gè)通信問題，也同時(shí)是一個(gè)軟件的工程量降低的規(guī)范與標(biāo)準(zhǔn)支撐。

軟件模塊化—降低工程成本

制造業(yè)無論是機(jī)器制造商，還是工廠制造商，對(duì)于軟件有幾個(gè)特別的需求：

（1）可復(fù)用的模塊，能夠降低開發(fā)工作量；

（2）行業(yè)Know-How的封裝，以提高核心技術(shù)的保護(hù)；

（3）標(biāo)準(zhǔn)化的模塊設(shè)計(jì)降低軟件的測(cè)試驗(yàn)證風(fēng)險(xiǎn)；

（4）高內(nèi)聚、低耦合的模塊提高系統(tǒng)的靈活性。

貝加萊的mapp技術(shù)即基于這些需求而設(shè)計(jì)，通過多個(gè)層次的軟件模塊開發(fā)，實(shí)現(xiàn)機(jī)器到工廠的任務(wù)集成—大部分時(shí)間需要的是“配置“，而非”編程“。

圖5-mapp的模塊化應(yīng)用開發(fā)

圖5是mapp的架構(gòu)，包括了mappControl，如張力、溫度、液壓等基礎(chǔ)的專業(yè)庫(kù)，行業(yè)庫(kù)包括了機(jī)器人、注塑機(jī)、立式包裝、集裝相關(guān)吊裝的防搖、印刷套色等功能算法庫(kù)，再包括了針對(duì)機(jī)器的配方、報(bào)警、文件操作、趨勢(shì)等基本的功能呈現(xiàn)，還有為智慧工廠提供的OEE計(jì)算、能源、維護(hù)模塊。

機(jī)器，是配置出來的，而不需要那么多編程！

機(jī)器學(xué)習(xí)怎么玩？

實(shí)際上，雖然人工智能非常的流行，但就工業(yè)而言，這并非是新鮮事，傳統(tǒng)上的自適應(yīng)控制、模糊控制本身也屬于學(xué)習(xí)類的方法，只是算力不足，因此，在工業(yè)場(chǎng)景里并未能大規(guī)模應(yīng)用。

今天的控制器，其實(shí)已經(jīng)完全可以實(shí)現(xiàn)這些問題的解決，貝加萊就為機(jī)器學(xué)習(xí)提供了多種解決方案。

（1）基于PLC的機(jī)器學(xué)習(xí)，其實(shí)對(duì)于很多機(jī)器學(xué)習(xí)而言，直接來自于控制的參數(shù)和一個(gè)學(xué)習(xí)算法完全可以運(yùn)行在一個(gè)控制器上，貝加萊的PLC一直運(yùn)行一個(gè)定性分時(shí)多任務(wù)的操作系統(tǒng)，這使得它具有高級(jí)語(yǔ)言的算法設(shè)計(jì)能力，基于C/C++開發(fā)一個(gè)學(xué)習(xí)算法監(jiān)測(cè)控制過程的參數(shù)，這本身就是可行的。

（2）PC架構(gòu)的APC/Panel PC則有采用新的HyperVisor技術(shù)，它可以支持Windows/Linux和RTOS在多核CPU中運(yùn)行，在PC上可以插入AI加速器，這個(gè)加速器可以直接由Windows/Linux來運(yùn)行應(yīng)用軟件，并通過虛擬網(wǎng)絡(luò)與RTOS的實(shí)時(shí)控制任務(wù)進(jìn)行交互，這樣的架構(gòu)更為適合于工業(yè)應(yīng)用場(chǎng)景，因?yàn)?，?shù)據(jù)可以被無縫的連接。

（3）工廠與流程：APROL屬于工廠與過程自動(dòng)化的平臺(tái)架構(gòu)，它內(nèi)嵌Python解釋器，第三方開發(fā)的機(jī)器學(xué)習(xí)算法與模型可以直接運(yùn)行，最為有利的在于，它也與APROL本身的歷史數(shù)據(jù)庫(kù)、實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫(kù)進(jìn)行數(shù)據(jù)交互。

圖6-貝加萊機(jī)器學(xué)習(xí)的解決方案架構(gòu)

從圖6的架構(gòu)我們可以看到，工業(yè)軟件本身融合了自身的優(yōu)勢(shì)，即，有控制對(duì)象與模型，有實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)，也有可支持算法運(yùn)行的PC服務(wù)器環(huán)境，支持各種靈活架構(gòu)及軟件的能力。

因此，工業(yè)軟件已經(jīng)能夠涵蓋從控制到學(xué)習(xí)、平臺(tái)到標(biāo)準(zhǔn)化、專業(yè)的行業(yè)的完全方案架構(gòu)能力。