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。工业软件何以重要？工业软件正在成为热点，对于机器制造业来说，这已经有很多年的历史，因为有三个显著的原因：01 软件关乎竞争力实际上，在很多年前，机器制造领域的先进厂商已经开始逐渐在用软件“封装”其Know-How，包括今天我们探讨数字化转型，其实它也有一个隐藏的战略，就是它更易于封装Know-How。另一方面，我们会观察到即使同样的PLC，不同的厂商可以做出完全不同的机器，优秀的厂商更擅长发挥软件的力量，让机器赋予更多功能和便利性设计，赢得用户青睐。图1-软件成为机器智能与创新关键因素02 软件关乎创新与智能任何一个硬件产品、机器、产线，它的硬件部分所有的智能实际上是由机器背后的软件来实现的。无论我们希望机器有差异化，还是希望让机器适应更多的生产场景，这些，都是依赖于人为机器提供软件的设计。03 软件关乎效率在30年前，一台机器有PLC和变频传动已经是非常先进的了，一个工程师可以掌控整个机器的软件开发，在很长一段时间，大家都认为中专毕业就可以。不过，今天，机器已经不是只有逻辑，而是有高速回路控制、高精度定位与同步、CNC和机器人，也有机器视觉、像贝加莱还有ACOPOStrak这样包含了机械融合的系统。机器软件也不局限于机器内部，开始延伸到产线，延伸到车间、工厂，你还需要与IT软件结合。当软件变得复杂的时候，软件开发效率将成为企业决胜的关键—这使得“软件工程”成为了一个必修课。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，就像图2，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2-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3可以看到其实，今天我们的工作已经大量的与软件相关。图3-自动化行业的软件价值体系但是，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。图4-基于Hypervisor的PC混合操作系统架构对于PC架构的控制器（工业PC）来说，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，提升性价比，如图4所示为贝加莱Hypervisor架构。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，也让机器变得更为功能多样性。mapp-让您分享各个产业智慧mapp是模块化应用（modular Application）,它是Automation Studio平台的核心价值，其实在很多公司都会有一句类似的话，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。是的，Automation Studio平台上的模块化应用mapp，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，各种材料、各种工艺流程，闭环/开环，各种需求中，贝加莱积累了如何更好的去设计“张力控制”，如图5所示，这个数字印刷机的张力处理也来自传统印刷的张力控制。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5-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、mappTrak-柔性输送系统应用……。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，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？图6-Automation Studio与仿真软件之间的协同可以将机械、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不花钱材料成本，一卷纸可能10分钟就试完了，有些昂贵的材料测试费用—我相信有时候，那测试过程让您胆战心惊，它不是一卷料，它是一卷钱，区别可能在于它是多大面值。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，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”。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7-集成工具平台面向所有对象与任务图7显示了Automation Studio的集成能力，包括所有对象，如PLC逻辑任务、算法，运动控制（定位同步控制、CNC和机器人）、HMI画面。另一个维度是在机器的编程、调试、维护阶段都可以采用这个单一平台来实现。Automation Studio的为您机器创新的贡献主要在于效率：01 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。02 它有很多宝藏可以供您使用，各种各样图8-贝加莱的多种武器集成于Automation Studio像图8一样，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，各种mapp的库，都是由Automation Studio可以提供。03 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。如图9所示，您可以在现场通过它来测试您的轴控制，而这能够更有效让您了解机械设计中存在的问题，例如共振与刚性问题。图9-轴测试与诊断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。它适合您的企业构建持续发展的平台其实，对于机器制造商，需要维护多个产品线，并在集团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，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，并被不断迭代，提升开发效率。Automation Studio可以像图10所示一样保护您公司内部的知识产权安全，它的编译系统会让运行于PLC的程序成为二进制代码。图10-程序安全
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