軟體如何塑造機器智慧與創新的靈魂？

軟體，正在成為機器的靈魂，無論是在傳統意義上的工藝Know-How封裝，還是在現代意義的智慧演算法應用，機器製造業都在醞釀一場變革。

工業軟體何以重要？

工業軟體正在成為熱點，對於機器製造業來說，這已經有很多年的歷史，因為有三個顯著的原因：

軟體關乎競爭力

實際上，在很多年前，機器製造領域的先進廠商已經開始逐漸在用軟體“封裝”其Know-How，包括今天我們探討數字化轉型，其實它也有一個隱藏的戰略，就是它更易於封裝Know-How。

另一方面，我們會觀察到即使同樣的PLC，不同的廠商可以做出完全不同的機器，優秀的廠商更擅長髮揮軟體的力量，讓機器賦予更多功能和便利性設計，贏得使用者青睞。

圖1-軟體成為機器智慧與創新關鍵因素

軟體關乎創新與智慧

任何一個硬體產品、機器、產線，它的硬體部分所有的智慧實際上是由機器背後的軟體來實現的。無論我們希望機器有差異化，還是希望讓機器適應更多的生產場景，這些，都是依賴於人為機器提供軟體的設計。

軟體關乎效率

在30年前，一臺機器有PLC和變頻傳動已經是非常先進的了，一個工程師可以掌控整個機器的軟體開發，在很長一段時間，大家都認為中專畢業就可以。不過，今天，機器已經不是隻有邏輯，而是有高速回路控制、高精度定位與同步、CNC和機器人，也有機器視覺、像貝加萊還有ACOPOStrak這樣包含了機械融合的系統。

機器軟體也不侷限於機器內部，開始延伸到產線，延伸到車間、工廠，你還需要與IT軟體結合。

當軟體變得複雜的時候，軟體開發效率將成為企業決勝的關鍵—這使得“軟體工程”成為了一個必修課。

工業軟體的煉成

工業軟體，就其本質而言，它是一種知識的複用，就像圖2，材料、工藝、操作這些知識與經驗，被透過數學建模、測試驗證形成可複用的軟體模組，包括行業知識存在的工藝軟體，也包括作為工具本身的軟體。

圖2-軟體的煉成簡明過程

工業軟體與商業軟體顯著的不同在於，它和物理物件有較高的耦合關係，這使得它必須與硬體緊密結合，對於任何工藝如流體變形、金屬成型、印刷色彩控制、灌裝曲線等等，它都是一個軟硬體一體的反覆測試驗證過程，這也是它的難，也是它的價值所在，也是我們今天工業軟體發展的核心問題—真正掌握核心工藝，並非易事。

自動化大部分時間與軟體相關

儘管已經有人定義自動化是軟體行業了，雖不完全準確，畢竟還是有PLC、驅動、電機這樣的硬體，但是，工業自動化領域軟體的角色自PLC開始那一天就已經在不斷的佔比變大。而對於機器而言，機械、電氣與軟體在整個開發過程中的佔比中，軟體也變得更大—這是一種共識。我們從圖3可以看到其實，今天我們的工作已經大量的與軟體相關。

圖3-自動化行業的軟體價值體系

但是，即使如此，對於工業軟體，很多人仍然把它與CAD/CAE、工藝模擬軟體聯絡起來，然而，在自動化的世界裡，整合開發平臺也是非常關鍵的，因為，幾乎所有的機器與系統應用開發都無法離開。以貝加萊的Automation Studio為例，來分析軟體為機器智慧可以帶來什麼？

首先是執行任務的實時作業系統，對於貝加萊的PLC而言，早在90年代初即執行定性分時多工的作業系統，有了這樣的作業系統，它就可以盡最大努力發展CPU的資源和能力，並可執行直譯器和編譯器，支援BASIC、C高階語言開發，並具有Web Server/VNC Server/FTP Server這樣的IT能力，這已經有20餘年的發展歷史。今天，貝加萊將實時作業系統（RTOS）與通用作業系統融合（GPOS），RTOS處理運動控制任務確保實時性，而GPOS如Windows/Linux可以處理圖形影象、模擬、邊緣計算任務。

圖4-基於Hypervisor的PC混合作業系統架構

對於PC架構的控制器（工業PC）來說，透過Windows/Linux+RTOS各自實現複雜的圖形影象、資料監測與趨勢等任務，與運動控制、邏輯等實時任務的整合使得架構更為緊湊，提升價效比，如圖4所示為貝加萊Hypervisor架構。

這擴充套件了機器本身的能力，使得它不僅侷限於機器本身的邏輯與運動過程，也讓機器變得更為功能多樣性。

mapp-讓您分享各個產業智慧

mapp是模組化應用（

odular

App

lication），它是Automation Studio平臺的核心價值，其實在很多公司都會有一句類似的話，讓您從繁重的工作中脫離出來，專注於您自身的核心業務創新。是的，Automation Studio平臺上的模組化應用mapp，它讓您將精力放在“行業任務的組合”，就是如何為您的使用者搭建一個業務邏輯，而不是關注實現它的每個模組。

機器製造商在分享的是貝加萊在各個領域的知識，對於特定機器製造商而言，它需要專注在自身的行業工藝。而貝加萊則為各個行業提供服務，例如：張力控制技術，它在諸如紙張與薄膜印刷、流延膜生產、紡紗、彈簧成型、鋼板開卷校平等領域有廣泛應用，各種材料、各種工藝流程，閉環/開環，各種需求中，貝加萊積累了如何更好的去設計“張力控制”，如圖5所示，這個數位印刷機的張力處理也來自傳統印刷的張力控制。因此，當一個使用者在使用mapp中一個模組的時候，它已經有幾十年的迭代歷史了，經歷過各種嚴苛的場景，它曾經開到1000m/min分鐘的速度，像PE一樣非常容易變形的薄膜，也去為鋼捲進行過穩定的送料控制。

圖5-基於mapp的機器模組化開發

因此，當機器製造商使用到這些模組的時候，很多行業已經為此進行了大量測試驗證了，這樣的例子不勝列舉，Automation Studio平臺的力量來源於各個領域的專業庫積累，使得廠商可以快速“配置”而非“程式設計”的方式開發機器。

這些在各種場景下的應用最終被系統性的建模、測試成為一個標準的mapp模組，您不需要再考慮它，而是考慮您的機器如何按照使用者的流程、規格範圍、操作範圍來配置您的機器應用。

mapp不僅是張力控制，也有機器的mappVIEW-HMI設計、mappUser-使用者管理、mappData-處理機器資料、mappMotion-用於軸/軸組控制、mappTemperature-溫度控制、mappAudit-審計追蹤、mappPackML、mappTrak-柔性輸送系統應用……。

開放軟體的介面

對於機器的創新而言，其必須遵循嚴格的工程開發過程，尤其在變化的機器時代，每個機器都需要具有廣泛的生產適用性，例如針對不同的紙張、薄膜、複合材料的卷繞、複合、成型工藝。那麼，這需要大量的物理測試驗證成本，而“建模模擬”則讓這個成本大幅度下降，因為，你可以在軟體中對它的各種工藝引數進行測試，並且安全環境下，可以任意的選擇極限測試。而這些軟體，如果能夠與自動化控制演算法結合，則可以對機器進行機械、電氣與工藝的協同模擬，實現更為高效的機器創新開發。

而Automation Studio還可以讓您跟他們互動，以實現“基於模型的開發”過程，它對創新的貢獻在哪裡？

圖6-Automation Studio與模擬軟體之間的協同

可以將機械、電氣、工藝融合，開發新的機器功能，因為，在這個環境裡，這種虛擬測試驗證可以不花錢材料成本，一卷紙可能10分鐘就試完了，有些昂貴的材料測試費用—我相信有時候，那測試過程讓您膽戰心驚，它不是一卷料，它是一卷錢，區別可能在於它是多大面值。

有哪些介面可用？

Automation Studio是可以和MATLAB/Simulink、MapleSIM、IndustrialPhysics等軟體有介面，貝加萊也參與Modelica組織，支援在FMU/FMI介面上的支援能力，以確保與更多的軟體進行協同模擬。

對於機器這種典型的機電一體化物件來說，軟體之間的分工協作，也是智慧時代的要素。

整合-是工程的核心任務

作為一個工具平臺，Automation Studio也是全球市場為數不多的“整合開發平臺”。其實，在很多時候，創新實際上是技術的組合，它是對已有技術的組合，來解決新的問題。自動化從來都是一個面向問題解決的行業。而大部分漸進式的創新應用都是“整合”，硬體物件幾乎是一樣的，無非是I/O數量的差異，而軟體才是讓他們黏連在一個整體，並實現對生產製造的成本、效率的管控。