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宋華振（1976-）
男，畢業于武漢化工學院檢測技術及儀器儀表專業，現任貝加萊工業自動化（上海）有限公司行業銷售主管。

    2008年，B&R提出了GMC（Generic Motion Control）這一前瞻性概念，它著眼于建立面向整廠級的運動控制方案，力圖使得這個架構能夠適應未來市場不斷變化的需求和對成本不斷增加的壓力。

1 未來的機器設計

模塊化設計

    對于印刷、包裝、塑料、紡織機械等行業的OEM制造商而言，大批量生產可以顯著降低成本，而小批量、多品種的需求則要求機器的變化能力，這似乎是一個矛盾？而模塊化的機械設計能夠解決這一矛盾，與此同時，它也對電氣系統提出了要求，必須是硬件模塊化，而且，軟件也是模塊化設計的。

設備互聯

    今天，在一個飲料、礦泉水或者液體奶生產廠，我們可以看到整個生產線的過程：由吹瓶機生產的PET瓶被機械手輸送到灌裝線上，而灌裝頭為其提供精確的灌裝，然后壓蓋、貼標，再按照預先設計的包裝方案進行熱膜包裝，最后由機器人碼垛后裝箱。在整個過程中，我們會看到：吹瓶涉及液壓技術來實現壁厚控制，然后直線機械手抓取的定位控制，灌裝涉及閥島和快速的質量流量計信號采集，熱膜包含了送瓶、上膜、分瓶等運動控制，而機器人則需要多維度的空間坐標轉換，裝箱的定位，輸送單元的變頻，一些簡單機械位置調整可能會使用小型的直流伺服，這些融合了定位、CAM、CNC、液壓、Robotics技術的整個過程需要一個完整的解決方案來實施，誰能提供如此卓越的技術而又開放簡單呢？

    克朗斯、立樂或者SIG這些國際知名的廠商均在提供一個完整的包裝解決方案，海德堡、Man Roland則不斷創新的來為印刷廠提供建立在整廠架構下的商業印刷解決方案，簡單的機器控制已經不再是時代的潮流，而提供基于集成架構的設計則能滿足這種迫切的需求。

軟件時代的到來

    對于機械制造商而言，他們更加清醒的意識到，軟件扮演著越來越重要的角色，如何在語言之間選擇？其實并非如此，Ladder適合Logic部分的編寫，但是C則提供了更合適于復雜算法和軟件封裝滿足知識產權保護以及多種機型共享通用模塊的需求。IEC和PLCopen提供了開放的功能塊來供調用，這就使得軟件變得更加方便和開放，不但易于獲得，并且可以實現復雜的應用，而又無需支付高昂的費用。

2 什么是GMC

    GMC是一個大的框架，它由以下幾個層面構成，組成了一個完整的面向整廠解決方案的系統設計。

2.1 執行機構

    GMC的對象不僅僅是伺服電機了，它把運動控制進行了廣泛的外延，使得它具備適應各種現場實際需求的能力。步進、直流、電液伺服、變頻和安全技術，這樣，不同的性能應用所需的對象均在包含之中，使得客戶可以任意選擇和組織，獲得最優的配置選擇，以發揮各執行機構所具有的優勢和特點，而無需增加成本去獲得昂貴的伺服來控制。

2.2 應用層

2.2.1運動控制

    點到點移動

    電子齒輪

    電子凸輪仿形

    橫切

    飛鋸

    色標控制

    鼓序列發生器

    套印控制

    這些功能塊被封裝好，客戶只需為其提供簡單的參數入口，即可應用到系統中。

2.2.2 CNC

    CNC與普通的運動控制有所不同，例如CNC所需的G代碼，以及3D擴展應用、3D CNC 加工，可提供多種運動模型設計算法，并且能夠對工作空間監控，而與Logic PLC的任務高速同步來確保整機的完美運行，例如直線、圓弧、拋物線、螺旋線的插補等。

2.2.3機器人技術

    機器人則包含了機器人本身所需要的專業庫，例如SCARA、Articulated arm robot、Parallel SCARA機器人所需的控制策略與模塊均不相同，而這些可以由ARCN0功能包集成到整個系統中，運行于實時操作系統Automation Runtime之上提供了其實時操作的保證。

    人形機器人運動學

    SCARA運動學

    Steward平臺運動學

    工作空間監測

    視校功能設計

2.3 軟件接口

    GMC提供了對PLCopen的標準模塊調用支持，這包含了PLCopen Logic、Motion、Hydraulic和Safety技術的各個標準應用包，并且IEC61131所支持的編程工具和功能庫也可以被調用，開放的軟件調用獲得了通用性，而不受制于某項私有技術的制約，能夠獲得開放組織所提供的長期創新集成，獲得持續的可用性，保證了自身技術的獨立性的同時，而無需支付昂貴的軟件成本。

2.4 GMC診斷技術

    智能型的伺服需要具備自整定功能，而示波器功能則提供了工程應用中對于伺服對應參數的實時顯示以獲得機械工藝改善的參考以及調試方向的改善，通過與Mathworks的合作，在系統里也可以完成Simulink仿真和代碼自動生成功能。

2.5 Ethernet POWERLINK技術集成

    GMC融合了實時通信技術到運動控制中，通常來說，各種控制對象里運動控制對于總線的速度和實時性要求是最高的，基于總線型設計的運動控制需要借助于高速的通信技術來提供數據的交換以確保軸與軸之間的同步關系。在印刷機械無軸傳動、細紗超長車、高速經編，以及高速CNC加工和機器人應用中，采用高速數據總線來提供各個軸之間的速度、位置及坐標信號（X,Y,Z,Roll,Pitch,Yaw）至關重要，通過不斷的數據交換各個軸之間進行著高速的同步來確保控制目的的實現。

3 為什么采用GMC

    什么是GMC理念設計的源動力？顯然， OEM制造商的不斷變化的需求和對行業的精深理解使得B&R的設計師們通過集成原有的技術，使系統更加優化組合，設計出放眼全局的通用運動控制解決方案。

變化的需求

    在超市里我們看到，那些洗衣粉的包裝可謂千奇百怪，飲料、啤酒、煙草的包裝也在不斷地變化，這給設備制造商造成很大的壓力，因為，他們必須在大批量生產和非標設計的靈活性間平衡，這似乎是矛盾的，但是，運動控制很好的解決了這些問題。與傳統的機械設計相比，運動控制使得靈活性得到了大幅度的提升：

    如果采用傳統的機械方式裁切一卷紙，那么刀輥會根據尺寸不同而隨時更換，刀輥的成本加上更換調校所需的時間成本加起來會使生產成本加大，但我們不難發現，運動控制的靈活性使得所支付的成本變得微不足道，如果在經編機上采ELS電子橫移技術，那么重達2噸的鏈塊安裝和調校這項耗費巨大的工作將會被觸摸屏上的設置代替，不同的紗線其成型工藝有所不同，可是通過凸輪，不僅會出現機械的磨損，而且，變化一次所需要的時間和成本則會被運動控制的數分鐘的參數設置所替代，這就是運動控制的魅力。

    GMC不斷地響應這些需求，在其中集成了多種不同的功能。如上所述，CAM、色標、張力處理、CNC插補、機械手、定位等，GMC就是針對這些變化來設計的，因為，這是眾多OEM制造商所渴望的變化。

成本優化的集成架構

    什么是真正意義上的成本優化？集成架構對于成本的優化絕非空談，而是事實，那些應用各種技術的工程師最有貼身體會。

    復雜多變的機器需求帶來了內在性能的不匹配的同時也帶來了成本的壓力，因為，為了實現一個不同的銜接可能需要額外的投資。例如：在互聯這些設備時，GMC提供了一個再也不需要拼湊各家的系統，而這些系統由于互聯增加了額外的硬件開支，接口轉換器或者網關模塊，以及為了互聯而必須進行的設備調試成本。將機器人或者CNC這類專業而封閉的系統加入到系統中需要支付整個的成本，而事實上，對于很多應用而言，并非需要所有卻要為一部分支付所有的費用，顯然，GMC可以很好的解決這個問題。

    事實上，成本并非是一個靜止的參考值，潛在的浪費是可怕的，例如：對于不斷的加減速的應用，獨立的驅動技術使得那些制動的能量被以熱量的形式通過制動電阻消耗掉了，而GMC架構下的ACOPOSmulti共直流母線驅動技術則提供了一個DC-BUS的解決方式使得制動的能量回饋到直流母線并被提供到其它電動機狀態的軸，通過這一技術，成本被大量的節省，尤其是在工業領域，機器的運轉在一年里甚至幾乎不間斷，那是一個驚人的數字。

    持續的成本降低還在于系統提供了快速的數據分析和反饋能力，為整廠的質量分析和生產工藝優化提供了數據基礎，獲得持續改善的能力。

GMC-開放平臺提供縮短面市時間

    IEC+PLCopen標準應用庫提供了快速調用，而自定義庫提供了差異化設計的能力。

    當很多個廠商服務于一個客戶的時候，他們經常發現需要掌握很多方面的控制產品進行系統的配置、應用學習和培訓，并且，為如何使得系統之間能夠優化頗費腦筋。

    成本損耗總是那么容易被察覺，可是，市場的時機損耗卻并非那么直觀。如果采用模塊化的軟件設計+完整的通用控制平臺，那么，在貼標里的色標檢測就可以被應用到彩色膜包或者裁切單元，而CAM調用則使得裁切、熱封動作、燙金、模切、送紙這些不同的應用能夠采用相同的功能塊，然后根據實際情況來設計數據入口和出口，示波器和仿真功能則縮短了調試周期，通過實時在線數據反饋來獲得整機的性能調整方向，這一切都是為了快速而高效的投放市場，縮短響應市場的周期，以獲得優先的競爭力。

4 GMC-面向未來的機器設計

    GMC是一個面向未來的設計，它放眼全局、整體架構，在生產中扮演著越來越重要的角色。GMC并非是一個設計為單純地運動控制，它包含了與PLC、HMI的融合。它不斷的改善，以獲得在整個機器設計和整個工廠設計的一種柔性平衡，使得各個單元能夠具有獨立的性能評估和整線的性能匹配，并且使得他們完全不缺乏靈活性。