魚(yú)與熊掌難以兼得
    對(duì)于機(jī)器的開(kāi)發(fā)者而言，我們總是需要面對(duì)“快”與“準(zhǔn)”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(zhì)量可靠，又不能速度慢，機(jī)器控制如此，機(jī)器的開(kāi)發(fā)過(guò)程亦是如此，我們要高速的響應(yīng)市場(chǎng)的變化，而工藝以及那些具有附加值的創(chuàng)新設(shè)計(jì)卻需要時(shí)間積累。
    而“快”與“穩(wěn)”這樣類似的矛盾卻到處可見(jiàn)，正如同魚(yú)與熊掌一樣，二者通常難以兼得。
    軟件很重要，但它多復(fù)雜呢？
    相較于制造業(yè)，IT軟件開(kāi)發(fā)的復(fù)雜性更高，也使得其對(duì)軟件工程的研究最為深刻，許多軟件開(kāi)發(fā)項(xiàng)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(wú)法逃脫滅頂?shù)臑?zāi)難”，程序設(shè)計(jì)工作正像一個(gè)泥潭…這一問(wèn)題被形容為“軟件危機(jī)”，具體表現(xiàn)包括開(kāi)發(fā)進(jìn)度難以預(yù)測(cè)、開(kāi)發(fā)成本難以控制、用戶對(duì)產(chǎn)品功能難以滿意、產(chǎn)品質(zhì)量難以保證、軟件難以維護(hù)。

圖1-軟件成為機(jī)器開(kāi)發(fā)最為重要一環(huán)

對(duì)于軟件的重要性，目前在業(yè)界已經(jīng)是共識(shí)，它是Know-How的封裝容器用于保護(hù)知識(shí)產(chǎn)權(quán)，軟件也賦予了機(jī)器智能，根據(jù)變化來(lái)進(jìn)行生產(chǎn)的適應(yīng)與調(diào)整，然而，這也使得復(fù)雜性得以大幅度提高，傳統(tǒng)的自動(dòng)化行業(yè)順序邏輯控制一個(gè)工程師可以控制，而今天，機(jī)器變得復(fù)雜，運(yùn)動(dòng)控制、安全、網(wǎng)絡(luò)、IT連接、算法使得機(jī)器軟件的開(kāi)發(fā)變得更為復(fù)雜。
    IEEE的軟件工程知識(shí)體系對(duì)于軟件項(xiàng)目管理所面臨的特殊困難進(jìn)行了總結(jié)，具體如下：
    ①客戶經(jīng)常不知道需要什么或者哪些是可行的；
    ②客戶經(jīng)常缺少對(duì)于軟件工程所固有的復(fù)雜性的認(rèn)識(shí)，特別是需求變更的影響；
    ③對(duì)于問(wèn)題理解的不斷加深以及情況的變化經(jīng)常會(huì)產(chǎn)生新的軟件需求或需求的變化；
    ④由于需求變化，軟件經(jīng)常是以一種迭代化序列化的過(guò)程構(gòu)建的；
    ⑤軟件工程必須將創(chuàng)造性和規(guī)范性兩個(gè)方面相結(jié)合，在兩者之間維持平衡常常很困難；
    ⑥軟件開(kāi)發(fā)的創(chuàng)新性和復(fù)雜性經(jīng)常很高；
    ⑦軟件開(kāi)發(fā)的基礎(chǔ)技術(shù)變化非常快。
    隨著機(jī)器變得復(fù)雜，自動(dòng)化行業(yè)的軟件也復(fù)雜，如何又“快速”又能“高品質(zhì)”的開(kāi)發(fā)機(jī)器軟件成為了“魚(yú)與熊掌”一樣的問(wèn)題。
    魚(yú)我熊掌兼得—機(jī)器開(kāi)發(fā)效率提升方法
    自動(dòng)化不同于商業(yè)軟件如辦公軟件、管理軟件那么龐大，但在產(chǎn)業(yè)邁向智能的時(shí)代，其復(fù)雜性也大幅度提升，因此，重視軟件工程也成為了必然。針對(duì)機(jī)器開(kāi)發(fā)而言，通常其開(kāi)發(fā)效率提升方法有以下幾種。
    1.軟件復(fù)用與組件技術(shù)
    軟件復(fù)用指為了復(fù)用目的而開(kāi)發(fā)軟件的過(guò)程，即，對(duì)共性的軟件模塊進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)化封裝，以獲得重復(fù)利用，軟件復(fù)用主要為了解決兩個(gè)主要的問(wèn)題：①.軟件生產(chǎn)效率問(wèn)題：在軟件無(wú)需從零開(kāi)始的情況下，它可以大幅度縮短開(kāi)發(fā)周期，②.軟件質(zhì)量問(wèn)題：由于被復(fù)用的軟件往往已經(jīng)經(jīng)過(guò)了反復(fù)的應(yīng)用測(cè)試，較之新的模塊而言，其出錯(cuò)的概率將大幅度降低。
    《人月神話》的作者曾經(jīng)認(rèn)為軟件開(kāi)發(fā)沒(méi)有“銀彈”—一種寓意為解決問(wèn)題的徹底性方法，而隨著軟件工程的發(fā)展，他也意識(shí)到“軟件復(fù)用”是解決軟件問(wèn)題的“銀彈”。

圖2-基于軟件復(fù)用思想開(kāi)發(fā)的mapp是高效開(kāi)發(fā)機(jī)器的利器

貝加萊的mapp的設(shè)計(jì)思想基于PLCopen標(biāo)準(zhǔn)庫(kù)設(shè)計(jì)，采用標(biāo)準(zhǔn)化的設(shè)計(jì)在于降低成本，如同機(jī)械組件一樣，標(biāo)準(zhǔn)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(zhǎng)期使用，但是，設(shè)備的開(kāi)發(fā)同時(shí)也要實(shí)現(xiàn)個(gè)性化，解決這一問(wèn)題的方法即是模塊化，通過(guò)對(duì)模塊根據(jù)機(jī)器進(jìn)行共性劃分，然后使得每個(gè)獨(dú)立的模塊被標(biāo)準(zhǔn)化，進(jìn)而達(dá)到成本降低與機(jī)器的靈活性之間的平衡。圖2反映了mapp的幾個(gè)大的框架功能劃分。
    如圖3，基于mapp來(lái)開(kāi)發(fā)注塑機(jī)，各種模塊的組合構(gòu)成了不同機(jī)器的應(yīng)用集成，例如：針對(duì)油壓、帶伺服泵、全電動(dòng)注塑機(jī)等各種類型的機(jī)器，其共性的包括了配方、OEE、用戶管理、報(bào)警等，行業(yè)工藝模塊如注射循環(huán)、熔膠、鎖模等也被封裝為標(biāo)準(zhǔn)可服用功能塊，針對(duì)單軸、多軸來(lái)實(shí)現(xiàn)全電動(dòng)注塑機(jī)的開(kāi)發(fā)，機(jī)器人集成可以實(shí)現(xiàn)產(chǎn)線級(jí)的配合，通過(guò)能源監(jiān)測(cè)、OEE可以實(shí)現(xiàn)產(chǎn)線的生產(chǎn)運(yùn)營(yíng)管理。

圖3-基于mapp的注塑機(jī)開(kāi)發(fā)

mapp的思想解決“魚(yú)與熊掌”兼得的問(wèn)題：通過(guò)標(biāo)準(zhǔn)的軟件封裝解決快速開(kāi)發(fā)問(wèn)題，通過(guò)基于復(fù)用思想開(kāi)發(fā)的組件也同時(shí)解決了軟件的穩(wěn)定可靠問(wèn)題。
    2.集成開(kāi)發(fā)平臺(tái)
    當(dāng)然，像mapp這樣的機(jī)器開(kāi)發(fā)思想，必須基于Automation Studio這樣的集成開(kāi)發(fā)平臺(tái)來(lái)實(shí)現(xiàn)，集成開(kāi)發(fā)平臺(tái)也是一個(gè)解決軟件開(kāi)發(fā)效率的設(shè)計(jì)，它解決的問(wèn)題在于：
    --減少在多個(gè)開(kāi)發(fā)工具之間的切換；
    --通過(guò)工具的集成，節(jié)省開(kāi)發(fā)周期；
    --提供軟件封裝的基礎(chǔ)能力；
    --減少培訓(xùn)與教育的成本；
    貝加萊的Automation Studio即是一個(gè)典型的集成開(kāi)發(fā)平臺(tái)，如圖4，它包含了兩個(gè)維度的集成：

圖4-Automation Studio面向所有對(duì)象和整個(gè)流程的集成開(kāi)發(fā)

第一面向所有對(duì)象，PLC,PC,運(yùn)動(dòng)控制（CNC,機(jī)器人與液壓）,網(wǎng)絡(luò)配置,功能安全進(jìn)行集成，第二個(gè)是它從軟件的配置，選型（ServoSoft）、仿真接口（Matlab/Simulink,MapSim）、開(kāi)發(fā)（IEC61131-3,C,C++）、調(diào)試（軸測(cè)試，機(jī)械共振分析等）、維護(hù)（分布式程序下載，F(xiàn)TP Server,VNC Server,Web Server）全部集成在一個(gè)開(kāi)發(fā)環(huán)境里。
    面向智能時(shí)代的開(kāi)發(fā)

圖5-智能時(shí)代的機(jī)器開(kāi)發(fā)要素

在智能時(shí)代，集成開(kāi)發(fā)平臺(tái)不僅提供編程環(huán)境，也包括了以下一些與產(chǎn)線、智能相關(guān)的功能集成：
    --機(jī)電一體化：不僅包括定位同步控制，也包括機(jī)器人、SuperTrak智能輸送系統(tǒng)的集成；
    --IIoT集成：對(duì)OPC UA/MQTT/REST等集成的支持能力；
    --工廠集成：提供OEE、能源、維護(hù)等的數(shù)據(jù)訪問(wèn)與功能集成；
    集成開(kāi)發(fā)平臺(tái)就是讓高速開(kāi)發(fā)與穩(wěn)定可靠的項(xiàng)目得以平衡。
    3.仿真建模
    降低物理材料消耗，獲得無(wú)法現(xiàn)實(shí)獲得的場(chǎng)景，縮短開(kāi)發(fā)周期與時(shí)間，這是普遍在歐洲使用的設(shè)備開(kāi)發(fā)方法，通過(guò)MATLAB/Simulink、MapSim等仿真及自動(dòng)代碼生成功能生成的代碼可以直接被導(dǎo)入運(yùn)行于PLC上，對(duì)于復(fù)雜的工藝仿真而言，建模仿真對(duì)于提高開(kāi)發(fā)效率降低成本作用巨大。

圖6-MATLAB/Simulink仿真自動(dòng)代碼生成直接下載到PLC

例：如何吊裝的更快又更穩(wěn)？

圖7-集裝箱吊裝的搖擺問(wèn)題

集裝箱吊裝因?yàn)殓姅[效應(yīng)而無(wú)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(tǒng)”所需要完成的任務(wù)，通過(guò)在MATLAB/Simulink中對(duì)該系統(tǒng)進(jìn)行建模，然后生成代碼并下載到X20PLC，通過(guò)PLC對(duì)牽引變頻器的速度/位置控制進(jìn)而實(shí)現(xiàn)對(duì)搖擺的抑制。

圖8-基于建模的防搖系統(tǒng)開(kāi)發(fā)過(guò)程

圖8是基于貝加萊Automation Studio與MATLAB/Simulink的防搖系統(tǒng)開(kāi)發(fā)過(guò)程，通過(guò)電子防搖系統(tǒng)開(kāi)發(fā)，替代傳統(tǒng)機(jī)械、液壓等防搖系統(tǒng)的磨損，難以維護(hù)等缺點(diǎn)，并且在效率方面也能達(dá)到20%的提升。對(duì)于那些超過(guò)10000個(gè)標(biāo)準(zhǔn)箱的貨船而言，每個(gè)吊裝過(guò)程的時(shí)間節(jié)省意味著整個(gè)碼頭的吞吐能力，也意味著進(jìn)出口額的增加。
借助于Automation Studio平臺(tái)、仿真建模技術(shù)、mapp可以讓機(jī)器制造商更快的設(shè)計(jì)機(jī)器，并且，針對(duì)工廠客戶的需求提供面向大數(shù)據(jù)分析、工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)時(shí)代的應(yīng)用接口，讓機(jī)器制造商更快的響應(yīng)市場(chǎng)的需求，贏得先機(jī)。
    要了解mapp、Automation Studio、建模仿真，您可以來(lái)到貝加萊在廣州自動(dòng)化展的展臺(tái)，共同交流。
    歡迎光臨貝加萊SIAF廣州國(guó)際工業(yè)自動(dòng)化展展臺(tái)3.1-E17

關(guān)于貝加萊
    貝加萊是一個(gè)總部位于奧地利并擁有遍布全球分支機(jī)構(gòu)的創(chuàng)新驅(qū)動(dòng)型自動(dòng)化企業(yè)，2017年7月，貝加萊成為ABB集團(tuán)的一個(gè)業(yè)務(wù)單元。作為全球工業(yè)自動(dòng)化領(lǐng)域的領(lǐng)導(dǎo)者，貝加萊融合了前沿技術(shù)與先進(jìn)的工程能力，為各個(gè)產(chǎn)業(yè)客戶提供機(jī)器與工廠自動(dòng)化、運(yùn)動(dòng)控制、HMI以及集成安全技術(shù)的完整解決方案。通過(guò)工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)通信標(biāo)準(zhǔn)如OPC UA、POWERLINK和openSAFETY以及貝加萊強(qiáng)大的Automation Studio軟件開(kāi)發(fā)環(huán)境，貝加萊不斷重新定義自動(dòng)化工程的未來(lái)。貝加萊保持持續(xù)的創(chuàng)新精神，為客戶提供更為簡(jiǎn)化以及超出預(yù)期的工業(yè)自動(dòng)化領(lǐng)域前沿技術(shù)與方案。
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