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自17世紀以來，還原論一直在科學中占據主導地位，其最早的倡議者之一笛卡爾這樣描述它“將面臨的所有問題盡可能地細分，細至能用最佳方式將其解決為止”，并且“以特定的順序引導我們的思維，從最簡單和最容易理解的對象開始，一步步逐漸上升，直至最復雜的知識”。

圖1-笛卡爾(René Descartes，1596-1650)

現代科技的發展離不開方法論的支撐，這些先賢們的思想至今依然熠熠生輝-對于今天的制造業乃至細到自動化行業的系統仍然有用。

1 簡單，簡單，再簡單是一種趨勢

2013年在Euroblech，筆者與貝加萊當時負責全球CNC與機器人業務同事請教他如何看待機床工業未來自動化發展趨勢，他僅說了一句“Simple，Simple，and Simple” ，在貝加萊（中國），肖維榮博士在內部也在不斷的推動著“簡單”自動化的工作，包括推動mapp-模塊化應用軟件的全球協作，以及在中國建立方案研究院進行方案的標準化工作，正如肖維榮博士經常說的“我們的系統功能無論如何強大，但是，必須讓用戶簡單使用—這是我們的使命”。

以簡單應對復雜—是自動化工程之道，否則，將使工程拖入泥潭。

2 工程思維解決復雜問題

在《像工程師一樣思考》一書中，作者也提到了工程師如何將問題解構—這是一個核心的能力，解構就是工程的核心能力，即，將一個復雜問題簡化為多個獨立的小問題，然后針對每個小問題來進行開發、測試與驗證，然后再構建為一個整體，進行測試與驗證。

圖2-工程師思維的三個特征（Guru Madhavan,Think like an Engineer）

工程師在開發項目中，最為重要的思維就在于“解構”，然后在“約束”條件下進行工作，約束條件可能包括了CPU資源（當然今天的PLC在處理能力、內存、網絡能力已經不成為話題）、材料、工期、機械的剛性等多種條件下進行“最經濟”的解決方案—這里的獲得最經濟，就是一個方案的“取舍”問題。

工程不同于科學，而是將復雜問題解構，并在客觀條件約束的情況下，把項目盡快高質量的完成，這也是工程創新的核心要旨。

3 簡單是自動化的使命

制造，無論是生產還是機器本身的制造，都是一個復雜問題—因為它顯然是一個跨學科的融合問題，每個機器都會牽扯到材料及其工藝、機械與傳動、控制與流程問題，這會造成非常大的復雜性—而且，其中包含著可以被解釋與描述的，也包括了無法被解釋和描述的“不確定”、“干擾”問題。

本文將以貝加萊的自動化系統來闡述，如何實現簡單自動化？

3.1 簡單自動化—通過建模仿真簡化設計

眾所周知，制造業的復雜性存在于材料與工藝的復雜性，包括工藝方法、參數與流程，這會為任何一個產品的制造帶來數以萬計的可能性組合，將復雜的工藝與流程進行建模，并通過建模仿真工具進行早期測試與驗證，是應對制造業復雜問題的不二法門，這也是歐美領先的制造商所關注的，這也引發了各種建模類軟件的大量發展，同時，這也是今天我們討論制造業中，我們所欠缺的。

圖3-不斷提高的制造業復雜性

貝加萊作為自動化廠商，自然關注點在控制模型與算法，但是，機器一定會牽扯到機器與材料工藝，因此，當面對復雜的變化的時候，我們需要一個與其它軟件協同的接口，貝加萊早在2008年即與Mathworks建立了Simulink PLC的C代碼自動生成與導入的接口，并在MapleSim合作中采用了基于FMU/FMI接口的軟件協同接口，為了產線的設計也與IndustrialPhysics進行了接口的連接，這些都使得機器設計與電氣控制可以快速的協同，以達到快速的參數調校，早期驗證與虛擬調試。

圖4-通過數字孿生實現高效開發

3.2 軟件復用與組件技術

在1968年，IT產業就因為越來越多的“軟件危機”，例如需求不清晰、軟件變更、代碼不規范等原因造成的軟件質量與交付問題，在NATO會議上定義了“軟件工程”這個概念，并推動軟件工程方法，1986年，知名專家佛瑞德.布魯克斯曾經在一篇文章中寫道“沒有銀彈（No Silver Bullet）”以說明沒有更好辦法解決軟件復雜性的本質問題。

圖5-基于組件的開發流程[Ehsan Kouroshfar，Process Patterns for Component-Based Software Development]

在傳統的自動化的可編程邏輯控制器PLC的年代，一個工程師對一臺機器的程序是完全可以掌握的，基本上不存在“軟件危機”問題，但是，顯然，今天的PLC已經不是這樣了，隨著更多的對象（運動控制、HMI、分布式I/O、邊緣控制、網絡）與任務（仿真接口、工藝算法、測試、遠程診斷與維護）被集成到整個機器與產線中，機器的軟件變得越來越復雜，因此，來自于IT產業的軟件工程的問題也必須引起自動化行業的重視，包括OEM和終端生產企業。

軟件的本質是對工業知識的“封裝”，以達到“復用”的目的，而模塊化的組件技術則是實現這一目標的重要方法，就是將各種工藝、操作、流程以蘋果的APP的形式，其設計思想基于“高內聚、低耦合”的軟件工程思想，以達到標準化降低成本，而模塊化實現靈活性，使得其在靈活與經濟間尋找一種平衡。

圖6-mapp就像AppStore一樣組織機器的應用

軟件正在不斷塑造著企業的核心競爭力—通過軟件，可以實現Konw-How的封裝，實現靈活的機器應用組織以應對變化，因此，今天，工業軟件被產業越來越重視。

3.3 簡單化方法--平臺集成
當然，解決軟件危機的另一個方法也包括集成開發平臺—這個對于今天的制造業尤其重要，因為我們需要“集成”，在機器與機器之間、控制與傳感器、運動控制之間，包括整個任務的協同，其主要作用表現在幾個方面：

圖7-Automation Studio集成開發平臺

平臺本身降低復雜性：傳統上需要在多個軟件間切換的工作變得更為便利；

平臺本身還封裝了各種工藝模塊；

降低在培訓與學習方面的人力消耗；

3.4 操作簡單化-mappVIEW的設計

現場生產的機器，總不能配置一個大學生吧？顯然是不現實的，因此，一定要設計的簡單易用，包括年輕一代生活在“觸控”時代，他們已經習慣了用手去拖拉這種操作，因此，機器必須設計的簡單、易于操作，才能贏得客戶信任，因為降低了培訓以及對人員的專業性要求—這些對應的都是成本。如果想要簡單，最好就是借助于IT領域軟件所積累的各種豐富的控件技術、Web技術來實現，畢竟自動化行業沒有必要自己開發這樣的軟件系統。

對于很多用戶來說，貝加萊的 mappVIEW所設計的HMI就很吸引眼球，它融合了開放的IT技術，可以讓用戶基于各種屏幕設計自適應的，大量精美設計的控件，支持Javascript,HTML5,CSS，讓操作人員以直觀、簡單的方式對機器進行操作，特別適合于機器制造商來開發精美的HMI畫面。

圖8-mappVIEW-操作簡單化的設計

圖8就是通過mappVIEW設計的畫面，其實，它并不復雜，如果您喜歡mappVIEW，可以訪問之前的文章：HMI設計的藝術與哲學思考

3.5 學習簡單化-Tutorials

對工程師而言，學習是持續的，如何更好的學習，簡單，直擊關鍵應用，直觀且互動的學習自然是上選的模式，而這些也是自動化廠商必須為用戶所考慮的。

圖9-基于Turtorials的交互式學習

貝加萊提供一種稱為Turtorials的交互學習（如圖9所示），讓用戶工程師可以通過一種并不枯燥的方式來學習，以達到自主開發基礎應用的能力，將基礎的入門快速、針對性的方式完成，實現任意時間學習而無需考慮培訓計劃，同時，貝加萊也會通過遠程實驗室加強高級培訓，這樣，使得用戶可以快速有效的學習自主的創新應用開發。

關于交互式學習，請參考前期文章：工程師如何更好的學習—交互式課程

4 用事實來說話

我們通過幾個例子來闡述貝加萊所在努力推進的“簡單自動化”思想：

數字孿生—設計簡單化

數字孿生基于建模仿真，強調動態雙向交互，以及對過程的仿真，而貝加萊與建模仿真軟件公司如Mathworks、MapleSim等共同致力于這樣的技術應用于機器的高效開發，圖10是基于MATLAB/Simulink與Automation Studio進行的交互，可以實現快速的建模仿真與硬件在環測試（Hardware In the Loop）。

圖10-Automation Studio Target for Simulink用于系統開發

在港口岸橋防搖、風力發電機組控制、印刷機械、機器人、注塑機控制等眾多領域，貝加萊都采用了基于MATLAB/Simulink建模仿真的開發方法，通過其自動代碼生成，與Automation Studio的接口，直接將代碼在Automation Studio編譯并下載到PLC運行，這樣可以任意的進行參數的測試驗證，不斷優化，形成優化的控制模型。

mapp技術-編程簡單化

mapp技術正是基于“組件技術與軟件復用”思想而開發的，在2012年貝加萊總部即開始了這個項目，當時稱為MAP it，自2016年，貝加萊將MAP it改為modular application，稱為mapp技術，它已經在眾多貝加萊提供解決方案的機器開發中得到了廣泛應用。

圖11-基于mapp的注塑機開發

我們可以看到mappPLASTIC包中包含了液壓、溫度，再細節的模塊包括了射膠、開合模等更為粒度低的軟件模塊。

圖12-采用mapp的吹膜機開發

圖12顯示了吹膜設備的開發中，同樣應用到了溫度控制、薄膜張力、收放卷的控制模塊，而在圖11的印刷機開發中，這些模塊是可以共用的，因為印刷機械也同樣包含了薄膜張力、收放卷控制。

圖13-采用mapp開發印刷機械控制

從圖11-13可以看到，mapp的模塊使得在不同行業的共性控制任務中得到了公用，當然，除此之外-mapp針對機電對象、文件操作、配方等基本的任務也為所有機器提供了共性模塊。

SmartMold 9-方案標準化

方案基于現有的硬件與軟件，如果經過一次再封裝，它又可以成為一個標準產品—貝加萊SmartMold 9即是如此，在貝加萊注塑機領域沉淀數十年經驗之后，將各種注塑機應用以mapp模塊方式封裝，可以讓用戶可以針對不同機型快速配置一臺機器，而無需復雜的程序開發，mapp技術能夠為各種注塑機（油壓、全電動、電液混合、二板機等）制定統一的軟件，用戶僅需“配置”即可實現快速出機-并且，對于用戶現場可以采用CodeBox技術（一種無需Automation Studio環境的在線編程方式）進行邏輯的修改。

圖14-SmartMOLD 9的標準化方案設計

圖14是SmartMold 9是針對注塑機行業的標準化硬件方案，它為注塑機配置了適應于各種機型的硬件標準，降低其成本，并按照塑料行業的操作習慣設計了操作按鍵、安裝方式等。

圖15-注塑機解決方案所采用的mapp模塊

從圖15可以看到，實際SmartMold 9大量的采用了各種螺桿控制、溫度/壓力控制閉環、射膠、熔膠、開合模、鎖模、保壓、頂出等各種針對塑料機械所開發的模塊，并且采用mappVIEW進行了HMI設計。

方案的標準化也是實現復雜機器的快速構建的關鍵一環。

維護簡單化-貝加萊安全遠程維護

圖16-安全遠程維護降低了維護的復雜性

在遠程維護領域，貝加萊推出了安全遠程連接，利用今天無所不在的云連接、LAN等技術，實現建立一個安全的遠程桌面系統，使得機器制造商的電氣工程師可以在本地對遠程的機器進行問題的診斷，以及程序的上傳下載等維護服務，降低了差旅成本和時間消耗，快速實現問題定位與解決。

請參考：工程師的痛與客戶的擔憂-如何安全的遠程維護？

5 貝加萊的簡單自動化支撐體系

真正的競爭力來自于人才，而要實現為用戶帶來更為簡單的自動化解決方案，離不開在人才方面的支撐，包括人才的培養和應用，貝加萊在產業界一直以有一支能戰斗的工程隊伍而著稱。

5.1 特種部隊--方案研究院

方案研究院是貝加萊的一支“特種部隊”，自2013年成立至今，由機電工程、算法、軟件架構、建模、等工程師組成，其旨在干幾件事情：

圖17-貝加萊方案研究院為機器自動化共性技術提供支撐

（1）方案的標準化封裝：將各個行業的應用

（2）解決方案架構的設計

（3）為應用工程師提供新算法的測試驗證

（4）人工智能與工業應用的結合：尋找除了機理模型之外的數據驅動模型來解決應用中的復雜問題；

方案研究院的工作都是將產業的復雜問題，以及對問題的解決方案匯集為一個整體，成為可復用的技術，然后分享給產業界,以達到為用戶提供持續競爭力的能力。

5.2 工程宿營

貝加萊一直致力于“優秀工程師”的訓練，自2012年啟動了工程宿營（Engineering Camp）他們掌握機械、電氣、軟件、工藝融為一體的，能夠為用戶解決問題的工程師，它是一個高強度、多維度、全面的工程師訓練，脫產達到3.5個月，近期為了更為靈活，讓工程師與實踐緊密結合，以模塊化方式進行培訓，1-2周為一個階段，中間以資深工程師帶領進行工程實際項目的訓練，整體形成完整的循環提升。 

圖18-基于工程訓練的EC培訓體系

EC的培訓核心在于讓工程師旨在快速訓練一個“規范與標準”的工程師，如何解構系統、模塊開發測試、代碼規范與標準，讓每個工程項目變得易于理解和可重用，這些都是基本的工程師素養訓練。

5.3 遠程實驗室

遠程實驗室是2020年貝加萊為了應對新的形勢下的人員培訓而啟動的培訓項目，這也是一種更為便利的人員培訓計劃，能夠進行在線的互動課堂方式，將機器與系統開發的經驗與用戶分享，用戶在本地即可由專業培訓師、資深行業應用工程師針對有針對性的培訓課程。

圖19-遠程實驗室進行用戶的交互學習

關于遠程實驗室請參考：貝加萊遠程實驗室—由遠而近

讓自動化變得簡單，需要借助于工程思維，解構問題，讓問題變得簡單，易于處理，另一方面，從經濟性角度思考問題—不斷為客戶尋找“更經濟”的解決之道，這是“工程”的使命。

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集團全球機器與工廠自動化業務單元。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。