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魚與熊掌難以兼得

對于機器的開發者而言，我們總是需要面對“快”與“準”的矛盾，就像旋蓋一樣，既要精確的力矩輸出以確保旋蓋的質量可靠，又不能速度慢，機器控制如此，機器的開發過程亦是如此，我們要高速的響應市場的變化，而工藝以及那些具有附加值的創新設計卻需要時間積累。

而“快”與“穩”這樣類似的矛盾卻到處可見，正如同魚與熊掌一樣，二者通常難以兼得。

軟件很重要，但它多復雜呢？

相較于制造業，IT軟件開發的復雜性更高，也使得其對軟件工程的研究最為深刻，許多軟件開發項目所遭遇的情形正如Brooks在其著作《人月神話》中所形容的：“……正像一只逃亡的野獸落到泥潭中做垂死掙扎，越是掙扎，陷得越深，最后無法逃脫滅頂的災難”，程序設計工作正像一個泥潭…這一問題被形容為“軟件危機”，具體表現包括開發進度難以預測、開發成本難以控制、用戶對產品功能難以滿意、產品質量難以保證、軟件難以維護 。

圖1-軟件成為機器開發最為重要一環

對于軟件的重要性，目前在業界已經是共識，它是Know-How的封裝容器用于保護知識產權，軟件也賦予了機器智能，根據變化來進行生產的適應與調整，然而，這也使得復雜性得以大幅度提高，傳統的自動化行業順序邏輯控制一個工程師可以控制，而今天，機器變得復雜，運動控制、安全、網絡、IT連接、算法使得機器軟件的開發變得更為復雜。

IEEE的軟件工程知識體系對于軟件項目管理所面臨的特殊困難進行了總結，具體如下：

1.客戶經常不知道需要什么或者哪些是可行的；

2.客戶經常缺少對于軟件工程所固有的復雜性的認識，特別是需求變更的影響；

3.對于問題理解的不斷加深以及情況的變化經常會產生新的軟件需求或需求的變化；

4.由于需求變化，軟件經常是以一種迭代化序列化的過程構建的；

5.軟件工程必須將創造性和規范性兩個方面相結合，在兩者之間維持平衡常常很困難；

6.軟件開發的創新性和復雜性經常很高；

7.軟件開發的基礎技術變化非?？?。

隨著機器變得復雜，自動化行業的軟件也復雜，如何又“快速”又能“高品質”的開發機器軟件成為了“魚與熊掌”一樣的問題。

魚我熊掌兼得—機器開發效率提升方法

自動化不同于商業軟件如辦公軟件、管理軟件那么龐大，但在產業邁向智能的時代，其復雜性也大幅度提升，因此，重視軟件工程也成為了必然。針對機器開發而言，通常其開發效率提升方法有以下幾種。

1.軟件復用與組件技術

軟件復用指為了復用目的而開發軟件的過程，即，對共性的軟件模塊進行標準化封裝，以獲得重復利用，軟件復用主要為了解決兩個主要的問題：①.軟件生產效率問題：在軟件無需從零開始的情況下，它可以大幅度縮短開發周期，②.軟件質量問題：由于被復用的軟件往往已經經過了反復的應用測試，較之新的模塊而言，其出錯的概率將大幅度降低。

《人月神話》的作者曾經認為軟件開發沒有“銀彈”—一種寓意為解決問題的徹底性方法，而隨著軟件工程的發展，他也意識到“軟件復用”是解決軟件問題的“銀彈”。

圖2-基于軟件復用思想開發的mapp是高效開發機器的利器

貝加萊的mapp的設計思想基于PLCopen標準庫設計，采用標準化的設計在于降低成本，如同機械組件一樣，標準化的配件制造成熟并可批量使用，因此，可以降低其使用成本，只需一次投入即可長期使用，但是，設備的開發同時也要實現個性化，解決這一問題的方法即是模塊化，通過對模塊根據機器進行共性劃分，然后使得每個獨立的模塊被標準化，進而達到成本降低與機器的靈活性之間的平衡。圖2反映了mapp的幾個大的框架功能劃分。

如圖3，基于mapp來開發注塑機，各種模塊的組合構成了不同機器的應用集成，例如：針對油壓、帶伺服泵、全電動注塑機等各種類型的機器，其共性的包括了配方、OEE、用戶管理、報警等，行業工藝模塊如注射循環、熔膠、鎖模等也被封裝為標準可服用功能塊，針對單軸、多軸來實現全電動注塑機的開發，機器人集成可以實現產線級的配合，通過能源監測、OEE可以實現產線的生產運營管理。

圖3-基于mapp的注塑機開發

mapp的思想解決“魚與熊掌”兼得的問題：通過標準的軟件封裝解決快速開發問題，通過基于復用思想開發的組件也同時解決了軟件的穩定可靠問題。

2.集成開發平臺

當然，像mapp這樣的機器開發思想，必須基于Automation Studio這樣的集成開發平臺來實現，集成開發平臺也是一個解決軟件開發效率的設計，它解決的問題在于：

--減少在多個開發工具之間的切換；

--通過工具的集成，節省開發周期；

--提供軟件封裝的基礎能力；

--減少培訓與教育的成本；

貝加萊的Automation Studio即是一個典型的集成開發平臺，如圖4，它包含了兩個維度的集成：

圖4-Automation Studio面向所有對象和整個流程的集成開發

第一面向所有對象，PLC,PC,運動控制（CNC,機器人與液壓）,網絡配置,功能安全進行集成，第二個是它從軟件的配置，選型（ServoSoft）、仿真接口（Matlab/Simulink,MapSim）、開發（IEC61131-3,C,C++）、調試（軸測試，機械共振分析等）、維護（分布式程序下載，FTP Server,VNC Server,Web Server）全部集成在一個開發環境里。

面向智能時代的開發

圖5-智能時代的機器開發要素

在智能時代，集成開發平臺不僅提供編程環境，也包括了以下一些與產線、智能相關的功能集成：

--機電一體化：不僅包括定位同步控制，也包括機器人、SuperTrak智能輸送系統的集成；

--IIoT集成：對OPC UA/MQTT/REST等集成的支持能力；

--工廠集成：提供OEE、能源、維護等的數據訪問與功能集成；

集成開發平臺就是讓高速開發與穩定可靠的項目得以平衡。

3.仿真建模

降低物理材料消耗，獲得無法現實獲得的場景，縮短開發周期與時間，這是普遍在歐洲使用的設備開發方法，通過MATLAB/Simulink、MapSim等仿真及自動代碼生成功能生成的代碼可以直接被導入運行于PLC上，對于復雜的工藝仿真而言，建模仿真對于提高開發效率降低成本作用巨大。

圖6-MATLAB/Simulink仿真自動代碼生成直接下載到PLC

例：如何吊裝的更快又更穩？

圖7-集裝箱吊裝的搖擺問題

集裝箱吊裝因為鐘擺效應而無法快速定位，如圖7所示，因此，如何讓集裝箱快速定位就是“防搖系統”所需要完成的任務，通過在MATLAB/Simulink中對該系統進行建模，然后生成代碼并下載到X20PLC，通過PLC對牽引變頻器的速度/位置控制進而實現對搖擺的抑制。

圖8-基于建模的防搖系統開發過程

圖8是基于貝加萊Automation Studio與MATLAB/Simulink的防搖系統開發過程，通過電子防搖系統開發，替代傳統機械、液壓等防搖系統的磨損，難以維護等缺點，并且在效率方面也能達到20%的提升。對于那些超過10000個標準箱的貨船而言，每個吊裝過程的時間節省意味著整個碼頭的吞吐能力，也意味著進出口額的增加。

借助于Automation Studio平臺、仿真建模技術、mapp可以讓機器制造商更快的設計機器，并且，針對工廠客戶的需求提供面向大數據分析、工業物聯網時代的應用接口，讓機器制造商更快的響應市場的需求，贏得先機。

要了解mapp、Automation Studio、建模仿真，您可以來到貝加萊在廣州自動化展的展臺，共同交流。

歡迎光臨貝加萊SIAF廣州國際工業自動化展展臺3.1-E17

關于貝加萊

貝加萊是一個總部位于奧地利并擁有遍布全球分支機構的創新驅動型自動化企業，2017年7月，貝加萊成為ABB集團的一個業務單元。作為全球工業自動化領域的領導者，貝加萊融合了前沿技術與先進的工程能力，為各個產業客戶提供機器與工廠自動化、運動控制、HMI以及集成安全技術的完整解決方案。通過工業物聯網通信標準如OPC UA、POWERLINK和openSAFETY以及貝加萊強大的Automation Studio軟件開發環境，貝加萊不斷重新定義自動化工程的未來。貝加萊保持持續的創新精神，為客戶提供更為簡化以及超出預期的工業自動化領域前沿技術與方案。