宋華振 貝加萊工業(yè)自動(dòng)化（上海）有限公司

1 OEM的需求多樣性

控制器的軟件開發(fā)一直是一個(gè)被忽略的重點(diǎn)，而事實(shí)上，軟件的重要性對(duì)于OEM設(shè)備開發(fā)而言更為重要。因?yàn)椋瑢?duì)于通用的PLC或其它控制器而言，其具有可適應(yīng)于各個(gè)行業(yè)的特性，畢竟專業(yè)開發(fā)的控制器存在批量小且穩(wěn)定性和可靠性較弱的問(wèn)題，而廣泛被使用的PLC則可以實(shí)現(xiàn)針對(duì)不同應(yīng)用的硬件組合。但是，什么是區(qū)分不同行業(yè)應(yīng)用的核心呢？顯然，是軟件。每個(gè)行業(yè)都有其獨(dú)特的工藝、操作習(xí)慣等方面的需求，這些需求必然是依靠軟件的作用而進(jìn)行劃分的。

1.1 行業(yè)特殊性

OEM的機(jī)器設(shè)計(jì)涉及太多的行業(yè)，印刷、紡織、塑料、包裝、工程機(jī)械、風(fēng)電等，每個(gè)行業(yè)都有其獨(dú)特的工藝需求，而這些變化對(duì)于自動(dòng)化系統(tǒng)而言核心差別在于軟件。

1.2 集成性需求

機(jī)器本身是一個(gè)復(fù)雜系統(tǒng)，隨著技術(shù)的發(fā)展，設(shè)備互聯(lián)、運(yùn)動(dòng)控制與機(jī)器人、視覺(jué)等越來(lái)越多地集成到系統(tǒng)中，從而提升系統(tǒng)的功能設(shè)計(jì)和加工效率等，這些使得機(jī)器控制變得更加復(fù)雜。在同一臺(tái)機(jī)器上不僅包含了傳統(tǒng)的邏輯也包括了回路調(diào)節(jié)、液壓、安全技術(shù)、運(yùn)動(dòng)控制、CNC和機(jī)器人、視覺(jué)系統(tǒng)、冗余系統(tǒng)等，因此，現(xiàn)代機(jī)器控制有更為復(fù)雜的設(shè)計(jì)需求。

2 存在的問(wèn)題有哪些？

對(duì)于OEM機(jī)械企業(yè)而言，如何開發(fā)可靠而強(qiáng)大的電氣控制系統(tǒng)是其面臨的巨大挑戰(zhàn)。

（1）如何能夠快速的構(gòu)建系統(tǒng)，降低開發(fā)難度？

對(duì)于機(jī)器設(shè)備的開發(fā)而言，其最大的難點(diǎn)在于變化，如何能夠提升開發(fā)效率，使得新的機(jī)型和應(yīng)用被快速實(shí)現(xiàn)？現(xiàn)在，機(jī)器的功能和性能需求隨著客戶的需求有了越來(lái)越多的變化。

（2）在人員變動(dòng)時(shí)，如何確保知識(shí)產(chǎn)權(quán)的延續(xù)和把握自主的知識(shí)？

確保代碼的安全是對(duì)于擁有核心軟件算法公司最為關(guān)注的問(wèn)題，如何實(shí)現(xiàn)多人不同的開發(fā)和代碼的安全等級(jí)分配尤為關(guān)鍵，這個(gè)可能會(huì)涉及到企業(yè)內(nèi)部的技術(shù)機(jī)密和重要的知識(shí)產(chǎn)權(quán)。

（3）如何提高代碼的穩(wěn)定與可靠？

事實(shí)上，軟件與硬件一樣，同樣存在著穩(wěn)定性與可靠性問(wèn)題。在很多時(shí)候，來(lái)自軟件的不穩(wěn)定問(wèn)題可能比硬件更多，這是由于架構(gòu)設(shè)計(jì)的不嚴(yán)謹(jǐn)，以及開發(fā)人員的經(jīng)驗(yàn)在全局考慮時(shí)的疏忽所導(dǎo)致，這會(huì)造成代碼的不安全。而經(jīng)過(guò)標(biāo)準(zhǔn)化設(shè)計(jì)和反復(fù)測(cè)試過(guò)的軟件，多年的應(yīng)用證明它的代碼是可靠而穩(wěn)定的。

（4）反復(fù)修改帶來(lái)的效率低下

在很多OEM的機(jī)器開發(fā)中，由于架構(gòu)設(shè)計(jì)的不合理，使用了不嚴(yán)謹(jǐn)?shù)慕Y(jié)構(gòu)，以及功能接口設(shè)計(jì)考慮欠缺，造成需要反復(fù)地根據(jù)新的應(yīng)用去調(diào)整，同時(shí)又因?yàn)槿狈ψ哉ǖ乃惴ㄔO(shè)計(jì)而使得很多參數(shù)的調(diào)整必須人工進(jìn)行。

（5）仿真與建模

對(duì)于那些復(fù)雜的算法和需要大量測(cè)試的應(yīng)用而言，如果能夠基于建模的話，那么就會(huì)帶給開發(fā)者諸多便利和節(jié)省大量成本。

（6）反復(fù)地學(xué)習(xí)不同軟件，復(fù)雜的接口設(shè)計(jì)

對(duì)于那些采用不同系統(tǒng)的應(yīng)用而言，開發(fā)者必須為不同的硬件和軟件架構(gòu)學(xué)習(xí)不同的開發(fā)軟件，而且這中間會(huì)損耗一些功能和性能，因?yàn)檫@未必是最匹配的系統(tǒng)。

3 軟件的重要性不斷提升

關(guān)于軟件對(duì)于OEM的意義可以概括為以下幾點(diǎn)：

（1） 軟件封裝客戶Know-how

傳統(tǒng)意義上，客戶的專利技術(shù)都是通過(guò)機(jī)械設(shè)計(jì)來(lái)實(shí)現(xiàn)，但是這種方法比較容易被抄襲。隨著電子電氣及信息技術(shù)的發(fā)展，軟件成為了一種更好的封裝Know-how的容器，工藝參數(shù)、算法、特殊的功能設(shè)計(jì)均可以被封裝為功能塊或以固件形式固化在嵌入式的控制器上，這使得無(wú)法實(shí)現(xiàn)拷貝，因?yàn)檐浖菬o(wú)形存在的。

（2）軟件使得同一硬件平臺(tái)最大化發(fā)揮其功能

我們可以看到，不同的機(jī)器可能使用了同一套相同配置的控制器，但是，其可以實(shí)現(xiàn)不同的應(yīng)用，或者只是局部的小的變化。軟件的功能設(shè)計(jì)可以讓同一硬件平臺(tái)發(fā)揮最大的可能性，在不增加額外硬件投資的情況下，OEM廠商可以賦予機(jī)器更多的功能設(shè)計(jì)和更為個(gè)性化的設(shè)計(jì)。例如：簡(jiǎn)單的操作畫面設(shè)計(jì)、按照客戶要求定制的顏色、圖標(biāo)，或者視覺(jué)化的機(jī)器三維嵌入，這些讓操作者可以更為直觀地看到機(jī)器的運(yùn)行。

（3）軟件塑造差異化競(jìng)爭(zhēng)力

差異化正是在軟件的功能與個(gè)性化設(shè)計(jì)上實(shí)現(xiàn)的，而硬件卻可能完全相同，或者僅僅增加一個(gè)模塊，例如：增加一個(gè)稱重模塊，就可以實(shí)現(xiàn)擠出機(jī)的計(jì)量控制，增加一個(gè)色標(biāo)傳感器輸入模塊，就可以實(shí)現(xiàn)套色的控制，而這些對(duì)客戶極具競(jìng)爭(zhēng)力的解決方案在硬件上卻只是通過(guò)額外的很少的投資（千元甚至數(shù)百元的投資），以獲得巨大的市場(chǎng)收益，因?yàn)?，軟件賦予了機(jī)器更高的價(jià)值。

4 集成開發(fā)平臺(tái)面向OEM設(shè)備的全生命周期

4.1 方案集成的需求

如果要為客戶提供解決方案，那么，集成的開發(fā)平臺(tái)是必須的，因?yàn)榻鉀Q方案是一個(gè)涵蓋了產(chǎn)品的配置、項(xiàng)目管理、仿真與測(cè)試、編程、測(cè)試、系統(tǒng)維護(hù)的需求，因此，與傳統(tǒng)的開發(fā)工具概念不同，它是一個(gè)從全局面向整體方案的概念，以自動(dòng)化企業(yè)所提供的完整硬件支撐平臺(tái)為基礎(chǔ)，并以提供其內(nèi)在的流程與系統(tǒng)架構(gòu)內(nèi)的無(wú)縫連接為目的，從而在整體上實(shí)現(xiàn)方案的集成。

4.2 功能與流程

4.2.1 項(xiàng)目配置與管理

集成開發(fā)平臺(tái)提供更為直觀的系統(tǒng)硬件配置和連接，以及自動(dòng)的檢查，從而讓使用者在輕松而簡(jiǎn)單的情況下來(lái)實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)的平臺(tái)組建，這更多是管理項(xiàng)目的功能而并非是開發(fā)。但是，這可以有效地提升客戶多種機(jī)器的應(yīng)用管理，并應(yīng)該具備以下的功能。

配置管理；

版本管理——可以按照標(biāo)準(zhǔn)的項(xiàng)目管理來(lái)實(shí)現(xiàn)版本管理；

協(xié)同工作；

代碼的安全設(shè)置。

另外，也可以接受來(lái)自其它應(yīng)用的集成與導(dǎo)入。

例如：Automation Studio就支持對(duì)EPLAN圖紙的導(dǎo)入，可以實(shí)現(xiàn)對(duì)電氣連接圖的導(dǎo)入和生成；

4.2.2 仿真與測(cè)試

對(duì)于機(jī)器開發(fā)而言，基于建模（Modeling Based）是非常流行于德國(guó)、奧地利等歐美高端機(jī)器系統(tǒng)應(yīng)用中的，針對(duì)物理和每個(gè)組件均可實(shí)現(xiàn)建模，并且支持HIL(Hardware In the Loop)的硬件在環(huán)測(cè)試，以及自動(dòng)代碼生成功能，使得開發(fā)過(guò)程變得更為簡(jiǎn)化和快速，能夠有效地降低開發(fā)周期和成本。

自2008年開始，貝加萊首個(gè)推出MATLAB/Simulink的集成，包括Rockwell AB和Bachmann等也都在其開發(fā)系統(tǒng)中實(shí)現(xiàn)了MATLAB的集成。MATLAB/Simulink是廣為使用的仿真軟件，它是一個(gè)基于建模的設(shè)計(jì)，通過(guò)建模，可以快速地設(shè)計(jì)控制器的調(diào)節(jié)功能，并對(duì)模型進(jìn)行優(yōu)化，通過(guò)自動(dòng)代碼生成功能，可以自動(dòng)生成高效的應(yīng)用代碼，并直接運(yùn)行于PLC之上，這帶來(lái)了以下好處：

（1）節(jié)省開發(fā)周期

如果能夠快速地給系統(tǒng)建模，則開發(fā)過(guò)程可以在MATLAB/Simulink的可視化環(huán)境中被建模，并且每個(gè)物理對(duì)象都可以被視為建模對(duì)象，從而提升系統(tǒng)的性能。

（2）降低測(cè)試成本

由于MATLAB/Simulink的反復(fù)測(cè)試可以對(duì)控制器實(shí)現(xiàn)最優(yōu)化設(shè)計(jì)，使得測(cè)試過(guò)程被快速完成從而降低成本，對(duì)于原來(lái)需要大量測(cè)試和原材料浪費(fèi)的系統(tǒng)，可以通過(guò)較少的測(cè)試即可完成可靠的系統(tǒng)設(shè)計(jì)。

（3）效率更高的開發(fā)

4.2.3 編程

編程作為核心常被傳統(tǒng)的開發(fā)工具所強(qiáng)調(diào)，對(duì)于OEM機(jī)械設(shè)計(jì)而言，編程則必須利用發(fā)揮各種語(yǔ)言的最大特點(diǎn)去實(shí)現(xiàn)，傳統(tǒng)的IEC61131-3已經(jīng)是默認(rèn)的編程工具。

（1）高級(jí)語(yǔ)言的算法設(shè)計(jì)能力

對(duì)于那些復(fù)雜的算法設(shè)計(jì)而言，高級(jí)語(yǔ)言更為合適，例如C Basic對(duì)于行業(yè)的算法設(shè)計(jì)而言是比較有效的。而對(duì)于Java可用于網(wǎng)絡(luò)的編程，C++和C#由于可以實(shí)現(xiàn)對(duì)類和對(duì)象的很好操作及軟件功能塊的封裝方面的能力，因此，更為勝任機(jī)器行業(yè)的模塊化軟件設(shè)計(jì)需求。

（2）面向?qū)ο蟮木幊虅偃文K化軟件設(shè)計(jì)

面向?qū)ο?OOP)編程是目前廣泛應(yīng)用于IT業(yè)界的開發(fā)技術(shù)，它能夠直觀且模塊化地開發(fā)應(yīng)用，這給開發(fā)帶來(lái)了非常大的便利，尤其是針對(duì)系列化機(jī)器的應(yīng)用開發(fā)。

（3）PLCopen軟件功能塊

針對(duì)應(yīng)用，PLCopen提供了大量針對(duì)機(jī)器行業(yè)所需的色標(biāo)、張力、CNC等操作的功能塊，集成開發(fā)平臺(tái)也必須面對(duì)未來(lái)這一變化，提供更為面向行業(yè)而非僅僅面對(duì)開發(fā)本身的功能設(shè)計(jì)，這包括了PLCopen的Motion、Logic、Hydraulic、XML等應(yīng)用，另外，一些集成開發(fā)平臺(tái)如B&R Automation Studio，Rockwell AB的Logix也支持OMAC PackML的包裝機(jī)械行業(yè)功能塊開發(fā)。

新一代的PLCopen則將CNC和機(jī)器人集成到整個(gè)控制中，構(gòu)成GMC的應(yīng)用架構(gòu)，而這一點(diǎn)上，在B&R的Automation Studio中將CNC和機(jī)器人的庫(kù)，包括機(jī)器人的正逆變換均進(jìn)行了集成，解釋器、軸控制，并且可以與點(diǎn)到點(diǎn)的定位控制集成于一個(gè)系統(tǒng)中，使得機(jī)器的設(shè)計(jì)更為全局而非面對(duì)單個(gè)組件。

4.2.4 系統(tǒng)測(cè)試與診斷

對(duì)于OEM的應(yīng)用而言，系統(tǒng)開發(fā)過(guò)程中除了包含機(jī)器的軟件與硬件調(diào)試的方便外，還要能夠提供一些功能有助于機(jī)器本身對(duì)機(jī)械系統(tǒng)的分析，從而為機(jī)器的改善也提供技術(shù)支持。

（1）編程測(cè)試

通過(guò)諸如變量觀測(cè)器、交叉引用、示波器功能可以對(duì)機(jī)器的電氣系統(tǒng)進(jìn)行測(cè)試分析，從而改善工藝。

（2）軸的測(cè)試

可以對(duì)每個(gè)伺服軸在無(wú)需編程情況下測(cè)試其動(dòng)作，或者通過(guò)軸的電流、電壓、位置等數(shù)據(jù)反饋來(lái)發(fā)現(xiàn)機(jī)械系統(tǒng)所存在的問(wèn)題，同時(shí)有利于機(jī)械的改進(jìn)分析。

（3）系統(tǒng)診斷管理器

可以對(duì)控制系統(tǒng)本身的硬件到I/O級(jí)的端口進(jìn)行診斷，便于進(jìn)行I/O的分析和顯示故障，并且通過(guò)網(wǎng)絡(luò)對(duì)IP路由進(jìn)行分析，通過(guò)日志對(duì)運(yùn)行過(guò)程中的問(wèn)題進(jìn)行記錄等，這些都是為了讓系統(tǒng)更為便捷地調(diào)試與運(yùn)行。

4.2.5 生產(chǎn)與維護(hù)

當(dāng)OEM客戶的設(shè)備運(yùn)行到了終端客戶現(xiàn)場(chǎng)后，將會(huì)面臨著諸多服務(wù)問(wèn)題，比如，程序的下載、硬件故障、系統(tǒng)運(yùn)行故障，而集成開發(fā)平臺(tái)也提供諸如這些服務(wù)的能力，通常而言，基于RTOS和PLC或帶實(shí)時(shí)擴(kuò)展的PC技術(shù)可以輕松勝任這些功能，這包含了兩個(gè)方面的問(wèn)題。

（1）為管理系統(tǒng)生產(chǎn)數(shù)據(jù)

開發(fā)平臺(tái)應(yīng)該能夠支持OPC Server的功能和訪問(wèn)接口，為ERP提供數(shù)據(jù)的支撐。另外，也可以為開放架構(gòu)下的ActiveX控件提供數(shù)據(jù)的訪問(wèn)接口。

（2）基于遠(yuǎn)程訪問(wèn)的技術(shù)

這些包括VNC Server、Web Server、FTP Server、郵件服務(wù)等。

對(duì)于OEM而言，大量的售后服務(wù)其實(shí)可以通過(guò)遠(yuǎn)程的測(cè)試解決，無(wú)需到達(dá)現(xiàn)場(chǎng)，這降低了服務(wù)量。通過(guò)FTP Server為遠(yuǎn)程的機(jī)器下載優(yōu)化和升級(jí)的程序代碼，通過(guò)郵件或GSM網(wǎng)絡(luò)返回重要的報(bào)警數(shù)據(jù)，這些不僅針對(duì)OEM廠商，對(duì)于最終用戶也同樣重要。大的管理中心可以通過(guò)IE瀏覽器訪問(wèn)遠(yuǎn)程的PLC或DCS分布式控制站，通過(guò)手機(jī)獲取報(bào)警信息以及用郵件獲取后續(xù)的分析數(shù)據(jù)，程序的優(yōu)化升級(jí)均可通過(guò)遠(yuǎn)程的方式來(lái)實(shí)現(xiàn)。

5 集成架構(gòu)的意義

集成開發(fā)平臺(tái)具有重要的現(xiàn)實(shí)意義，尤其是對(duì)于OEM，羅列如下。

5.1 整體解決方案的平臺(tái)

集成開發(fā)平臺(tái)是面向全局的機(jī)器設(shè)計(jì)而非局部，如果考慮到全局，則會(huì)將邏輯、運(yùn)動(dòng)、網(wǎng)絡(luò)、安全、機(jī)器人和CNC視為一個(gè)整體，其內(nèi)在的邏輯與模型則更為全局考慮。與傳統(tǒng)分立的產(chǎn)品概念不同，它是一種真正意義上的解決方案平臺(tái)支撐，因?yàn)?，所謂解決方案，就必須是完整、全面而非局部的考慮。

5.2 自主研發(fā)與持續(xù)創(chuàng)新的平臺(tái)

對(duì)于OEM而言，通過(guò)集成開發(fā)平臺(tái)，能夠重復(fù)使用原有的軟件開發(fā)投資，可以縮短開發(fā)周期，并且，集成開發(fā)平臺(tái)的功能和開放性使得企業(yè)最大限度地使用開放的軟件資源，模塊化和標(biāo)準(zhǔn)化的軟件使得OEM可以實(shí)現(xiàn)技術(shù)的持續(xù)創(chuàng)新。

5.3 集成開發(fā)平臺(tái)降低成本

（1）培訓(xùn)成本降低。顯然，一個(gè)平臺(tái)，同一風(fēng)格，可以使工程師不在多個(gè)平臺(tái)間切換，一個(gè)軟件可實(shí)現(xiàn)面向所有對(duì)象的功能。

（2）通過(guò)代碼重用降低成本。對(duì)于OEM而言，濾波、通信、工藝算法，甚至顯示畫面等均可封裝，可以被不同的機(jī)器重復(fù)使用，顯然，無(wú)需額外反復(fù)的開發(fā)。

（3）標(biāo)準(zhǔn)化的軟件降低了成本。不僅是代碼的穩(wěn)定性，同時(shí)還降低開發(fā)時(shí)間，這為OEM降低了大量的成本。

由上述可知，集成開發(fā)平臺(tái)對(duì)于OEM有非常重要的意義，發(fā)展集成開發(fā)平臺(tái)是未來(lái)的必然趨勢(shì)。