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软件如何塑造机器智能与创新的灵魂?

www.cechina.cn2021.11.23阅读 827

  软件,正在成为机器的灵魂,无论是在传统意义上的工艺Know-How封装,还是在现代意义的智能算法应用,机器制造业都在酝酿一场变革。
  工业软件的炼成
  工业软件,就其本质而言,它是一种知识的复用,材料、工艺、操作这些知识与经验,被通过数学建模、测试验证形成可复用的软件模块,包括行业知识存在的工艺软件,也包括作为工具本身的软件(图1)。

图1:软件的炼成简明过程

  工业软件与商业软件显著的不同在于,它和物理对象有较高的耦合关系,这使得它必须与硬件紧密结合,对于任何工艺如流体变形、金属成型、印刷色彩控制、灌装曲线等等,它都是一个软硬件一体的反复测试验证过程,这也是它的难,也是它的价值所在,也是我们今天工业软件发展的核心问题——真正掌握核心工艺,并非易事。
  自动化大部分时间与软件相关
  尽管已经有人定义自动化是软件行业了,虽不完全准确,毕竟还是有PLC、驱动、电机这样的硬件,但是,工业自动化领域软件的角色自PLC开始那一天就已经在不断的占比变大。而对于机器而言,机械、电气与软件在整个开发过程中的占比中,软件也变得更大—这是一种共识。我们从图2可以看到其实,今天我们的工作已经大量的与软件相关。
  但是,即使如此,对于工业软件,很多人仍然把它与CAD/CAE、工艺仿真软件联系起来,然而,在自动化的世界里,集成开发平台也是非常关键的,因为,几乎所有的机器与系统应用开发都无法离开。以贝加莱的Automation Studio为例,来分析软件为机器智能可以带来什么?
  首先是运行任务的实时操作系统,对于贝加莱的PLC而言,早在90年代初即运行定性分时多任务的操作系统,有了这样的操作系统,它就可以尽最大努力发展CPU的资源和能力,并可运行解释器和编译器,支持BASIC、C高级语言开发,并具有Web Server/VNC Server/FTP Server这样的IT能力,这已经有20余年的发展历史。今天,贝加莱将实时操作系统(RTOS)与通用操作系统融合(GPOS),RTOS处理运动控制任务确保实时性,而GPOS如Windows/Linux可以处理图形图像、仿真、边缘计算任务。
  对于PC架构的控制器(工业PC)来说CONTROL ENGINEERING China版权所有,通过Windows/Linux+RTOS各自实现复杂的图形图像、数据监测与趋势等任务,与运动控制、逻辑等实时任务的集成使得架构更为紧凑,并提升了性价比。这扩展了机器本身的能力,使得它不仅局限于机器本身的逻辑与运动过程CONTROL ENGINEERING China版权所有,也让机器变得更为功能多样性。

图2:自动化行业的软件价值体系

  mapp-让您分享各个产业智慧
  mapp是模块化应用,这也是Automation Studio平台的核心价值,让您从繁重的工作中脱离出来,专注于您自身的核心业务创新。Automation Studio平台上的模块化应用mapp控制工程网版权所有,它让您将精力放在“行业任务的组合”,就是如何为您的用户搭建一个业务逻辑,而不是关注实现它的每个模块。
  机器制造商在分享的是贝加莱在各个领域的知识,对于特定机器制造商而言,它需要专注在自身的行业工艺。而贝加莱则为各个行业提供服务,例如:张力控制技术,它在诸如纸张与薄膜印刷、流延膜生产、纺纱、弹簧成型、钢板开卷校平等领域有广泛应用,对各种材料、需求和工艺流程,贝加莱积累了如何更好的去设计“张力控制”(图3)。因此,当一个用户在使用mapp中一个模块的时候,它已经有几十年的迭代历史了,经历过各种严苛的场景,它曾经开到1000m/min分钟的速度,像PE一样非常容易变形的薄膜,也去为钢卷进行过稳定的送料控制。

图3:基于mapp的机器模块化开发

  因此,当机器制造商使用到这些模块的时候,很多行业已经为此进行了大量测试验证了,这样的例子不胜枚举,Automation Studio平台的力量来源于各个领域的专业库积累,使得厂商可以快速“配置”而非“编程”的方式开发机器。
  这些在各种场景下的应用最终被系统性的建模、测试成为一个标准的mapp模块, 您不需要再考虑它,而是考虑您的机器如何按照用户的流程、规格范围、操作范围来配置您的机器应用。
  mapp不仅是张力控制,也有机器的mappVIEW-HMI设计、mappUser用户管理、mappData处理机器数据、mappMotion用于轴/轴组控制、mappTemperature温度控制、mappAudit审计追踪、mappPackML和mappTrak柔性输送系统应用等。
  开放软件的接口
  对于机器的创新而言,其必须遵循严格的工程开发过程,尤其在变化的机器时代,每个机器都需要具有广泛的生产适用性,例如针对不同的纸张、薄膜、复合材料的卷绕、复合、成型工艺。那么,这需要大量的物理测试验证成本,而“建模仿真”则让这个成本大幅度下降,因为,你可以在软件中对它的各种工艺参数进行测试,并且安全环境下,可以任意的选择极限测试。而这些软件,如果能够与自动化控制算法结合CONTROL ENGINEERING China版权所有,则可以对机器进行机械、电气与工艺的协同仿真,实现更为高效的机器创新开发。
  而Automation Studio还可以让您跟他们交互,以实现“基于模型的开发”过程,它对创新的贡献在哪里?
  可以将机械、电气、工艺融合,开发新的机器功能,因为在这个环境里,这种虚拟测试验证可以节省昂贵的材料测试费用。
  有哪些接口可用?
  Automation Studio是可以和MATLAB/Simulink、MapleSIM、IndustrialPhysics等软件有接口,贝加莱也参与Modelica组织,支持在FMU/FMI接口上的支持能力,以确保与更多的软件进行协同仿真。
  对于机器这种典型的机电一体化对象来说CONTROL ENGINEERING China版权所有,软件之间的分工协作,也是智能时代的要素。
  集成是工程的核心任务
  作为一个工具平台,Automation Studio也是全球市场为数不多的“集成开发平台”(图4)。其实,在很多时候,创新实际上是技术的组合,它是对已有技术的组合,来解决新的问题。自动化从来都是一个面向问题解决的行业。而大部分渐进式的创新应用都是“集成”,硬件对象几乎是一样的,无非是I/O数量的差异,而软件才是让他们黏连在一个整体,并实现对生产制造的成本、效率的管控。

图4:贝加莱的多种创新工具集成于Automation Studio

  Automation Studio为您机器创新的贡献主要在于效率,包括以下3个方面:
  开发者不必在多个软件间协调:如果没有集成开发平台,那么,需要在逻辑开发、HMI、SCADA、运动控制、机器人、视觉、输送系统等多个对象间分别进行配置和编程,然后编写接口,这会带来复杂的工程师工作任务与学习。
  它有很多宝藏功能可供使用:无论是要进行现场总线的连接与配置、SQL数据库的查询、基于Web的数据发布、OPC UA的设备互联,以及与管理系统(ERP/MES,云端)的交互,还是与第三方数字化设计软件、存储项目,开发应用,以及各种mapp的库,都可以由Automation Studio提供。
  全生命周期的工具平台:对于一个机器的开发而言,在最初的选型配置阶段、编程、仿真测试、电气与轴测试、现场的远程诊断与维护而言,Automation Studio对您的机器全程进行支持和服务。还有一个很重要的是,隐藏在这个背后的逻辑,Automation Studio赋予工程师全局的视野看待机器,因为,与分立组件的系统相比,工程师可以既考虑控制、运动控制、网络、视觉、智能算法等,它也让协同工作变得简单。
  适合企业构建持续发展的平台
  对于机器制造商,需要维护多个产品线,并在集团层级构建一个资源共享的平台,让其工艺知识、行业Know-How的机器操作、通信连接、规约、特殊工艺等能够在内部分享,以获得最大的利用效率,那么,Automation Studio平台提供了这种可能性。
  除了mapp这样的共性模块,也包括了自定义的模块,这些都可以以软件复用被资源最大化,避免投资在这些应用上的工程师资源,他们的智慧与努力,可以被重复利用。
  在本质意义上www.cechina.cn,机器的智能就是“知识复用”,而我们今天产业关注工业软件的原因,就在于它可以让我们积累自己的可持续发展的工艺知识,并在保护知识产权安全的同时不断迭代,提升开发效率。对于机器的智能化与创新开发,Automation Studio一定是可以帮到您的。
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