對于工業裝備的采購而言，它是一個復雜、專業的過程，其用戶決策往往關乎企業未來的盈利，尤其對于較大規模的制造企業來說，更是一個長期投資回報的評估，除了初始采購成本，越來越多的制造企業關注在長期運營中的成本。貝加萊，作為自動化領域綜合解決方案提供商，一直致力于為用戶提供具有競爭力的解決方案，而對于TCO的降低，其設計涵蓋整個機器的全生命周期的每個環節。

　　1 曲線的差異影響設備的壽命

　　有一次，貝加萊的技術專家陳工被機器制造商邀請，一同去終端工廠參觀，那是一個電子產品工廠，經過一臺注塑機的時候，陳工突然問工廠經理，這個設備是不是經常需要維修?工廠經理說道：“是的，這個設備經常需要大修，更換其中的絲杠，大概這個時間比其它設備間隔少半年，就是其它需要2年更換一次，它需要1.5年就得更換一次”，他問陳工如何知道?陳工說：“我聽到它的聲音，顯然它的運動曲線比較‘硬’，這會有比較大的機械沖擊，帶來了噪音，這種機器磨損就會比較大，壽命短”，他繼續說道：“其實，2階曲線和3階曲線雖然在定位精度、速度上沒有差別，但是，其對于機器的壽命影響卻是不同的，表面上看兩個設備看不到差異，但是，數學不會騙人”。當然，后來這個機器制造商因此也選用了貝加萊的系統，作為其控制器系統方案，原因當然不僅包括陳工提到的ACOPOSmulti所提供的曲線能力，也包括工藝、穩定性等綜合能力。

　　半年的機器大修間隔差異以及所造成的浪費、機會成本損耗，對于工廠而言，不難計算其成本影響有多大。

　　2 制造企業更關注長期運營成本

　　全球領先的制造企業，他們經歷數十年乃至上百年的運營，在如何評估產線投資方面積累了豐富的經驗，他們具有非常強的成本核算能力，他們并非是因為“財大氣粗”才買高端設備，而是他們經過數十年的制造經驗，建立了有效的評價體系，并不以價格作為唯一衡量指標，而是更為全局的看待成本。

　　對于工業裝備的采購而言，它是一個復雜、專業的過程，其用戶決策往往關乎企業未來的盈利，尤其對于較大規模的制造企業來說，更是一個長期投資回報的評估，除了初始采購成本，越來越多的制造企業關注在長期運營中的成本，市場競爭使得企業必須錙銖必較，而在大規模生產與制造領域，這個“錙銖”的累積，往往是巨大的成本節省，每個人工的節省、每個材料的節省、每1%的能耗降低都是巨大的數字，都會轉為盈利，每個良品率甚至0.1%的提升，都會帶來利潤的提升。

　　2.1電子行業為什么具有超強的成本評估能力

　　在各個行業中，電子及半導體、汽車工業本身對于TCO的計算能力非常強，這是由這類行業本身的“大規模定制化”制造的特性決定的，因為在這些領域，每1%的質量提升、1%的能耗節省，對于制造而言，其累計的成本節省都將是巨大的數字。

　　TCO(Total Costofownership)或者也有稱為COO(Costof Ownership)是在汽車、電子等離散制造領域里廣泛應用的指標，用于評估產線的綜合成本，在圖1，VDMA的SEMI 10規約中，定義了針對光伏、硅基相關電子半導體制造的TCO計算指南。

　　圖2則是VDMA SEMI對于設備的綜合使用能力的評估，其與OEE有較多重合的計算，當然也會包含了工程時間(工藝、裝備與軟件工程)幾個方面的差異，因此，其思想與OEE相同，而其計算又有著行業特殊屬性。

　　2.2TCO是終端生產企業的核心關注點

　　對于機器制造商而言，必須滿足終端制造企業的需求，他們對于成本的綜合考量，而非僅僅是機器的價格—如果機器的價格的話，因為如果僅僅考慮價格的話，那些高端設備是沒有市場的，因為，他們贏得市場靠綜合成本，以及客戶價值的創造。

　　為什么發展自動化、智能化?因為，他們關乎設備的質量、成本與交付能力，機器從最初的手動控制到基于繼電器邏輯的控制、PLC可編程邏輯控制，到今天基于智能控制器的控制，它都是為了解決質量、成本與交付問題，我們用伺服系統的工作任務來舉例：

　　(1)運行成本才是最大的成本

　　一個伺服電機，在其生命周期中，其最大的成本來自于電能的消耗，而其初始采購成本占比僅在5%，因此，這意味著，精準的選型會意味著更為長久的成本節省。

　　(2)低質量的產品就是成本

　　高性能的伺服驅動系統，它本身可以提供更高的采樣精度和控制精度，以及重復精度，控制精度和重復精度，保證了產品質量的一致性，而人們采用自動化系統，不就是為了提供質量一致性嗎?

　　高品質，才能帶來低成本，因為，不良品，本身就是成本。

　　(3)控制品質影響成本

　　貝加萊液壓控制專家李工精通于吹塑領域的壁厚控制，他對于技術對生產企業帶來的回報深有體會，按照他的較保守計算，對于一個桶裝水的塑料桶生產過程，大概需要45S，而每個桶容積為5加侖的話，需要達到2kG的塑料顆粒，采用貝加萊的鏡像壁厚控制器，可以為其節省3-5%的材料成本，那么，機器每小時可生產80個桶，咱們給機器合法的工作時間，每天只干8小時，5天工作制，那么，一年可以生產的桶數量為166,400個，每個桶節省原料僅按照下限3%來計算，就是9.984噸的材料節省，這個成本對于壁厚控制器所需的采購成本而言，是一個非常好的回報，并且李工說“高重復精度可以保證產品質量一致性，不良品率低，這本身又是一筆節省”。

　　2.3TCO能夠反映更為真實的全局成本

　　對于機器制造商來說，考慮初始的采購成本，但是，對于終端生產企業來說，TCO是更為有效的評估指標，因為:

　　任何微小的成本都經不起時間的積分;

　　今天，每kWh的能源節省、每g材料的節省、生產節拍中的每1秒鐘、每個人工的節省帶來的工時的節省，都會累積為巨大的成本節省。

　　在很多時候，初始的采購成本在整個機器的生命周期里，占據的成本反倒是最小的，而低端機器所帶來的浪費，卻是非常巨大的，因此，高性能的機器才能真正為企業帶來持續穩定的收益。

　　做企業，是一項長期的投資工程，因此，高性能機器保障了高投資安全。

　　3 貝加萊如何為機器降低TCO

　　貝加萊，作為自動化領域綜合解決方案提供商，一直致力于為用戶提供具有競爭力的解決方案，而對于TCO的降低，其設計涵蓋整個機器的全生命周期的每個環節。

　　3.1設計與規劃環節的成本

　　3.1.1通過精準選型

　　通常，在機器設計中，工程師會參考原有的機器選擇電機或傳動機構的參數，又為了考慮余量，設計人員通常會在原有的基礎上選擇一定的放大系數，這會造成浪費，另一方面，為了獲得匹配的動態響應能力，如果這個選擇不是基于精確計算，則會造成不必要的返工，因此，必須對整個機械傳動鏈進行基于數字化設計軟件的精確選型。

　　在貝加萊，可以通過MapleSim這樣的軟件接口，將機械的圖紙導入，并通過ServoSoft實現運動控制的精準選型，以獲得最優的電機規格，如圖3所示，并且，這些仿真所獲得的參數也可以與控制任務結合，通過FMU/FMI導入至Automation Studio開發平臺中，進行應用集成。

　　通過電機精準選型，可以確保獲得最佳的傳動控制性能，以及最小的功耗，而這些都避免在設計階段，缺乏精準選型造成的過大、過小(造成返工)等損失。

　　3.1.2建模仿真降低物理測試驗證成本

　　建模仿真，正是為了應對閉環，在機器開發的過程中，對機器的機械傳動、控制工藝、流程的驗證通常需要大量的物理測試，即對材料的消耗，無論對于機器開發，還是對于生產，這筆費用都是用“燒錢”來形容而不過分的，如果可以通過虛擬的環境中進行的測試驗證，則可以降低大量的物理機器與材料、工時等的消耗，這包括幾個方面：

　　(1)降低物理測試與驗證成本：通過虛擬環境下的仿真，可以避免直接的物理測試驗證中的材料消耗，并能夠獲得極限參數下的生產，挖掘機器潛能;

　　(2)降低安全風險，對一些較難進行的測試，可以低風險實現驗證;

　　(3)縮短機器的測試驗證時間，可以通過并行工程，在機械設計階段即可完成控制算法的驗證，縮短機器的開發時間，就可以快速上市獲得領先所帶來的收益;

　　在圖4中，可以通過Simulink Target for Automation Studio，可以在MATLAB/Simulink中進行建模仿真，并可自動代碼生成，獲得在各種場景中的最優匹配參數，以及控制算法，在基本模型與參數穩定下，進行少量物理測試即可獲得系列化的應用。

　　3.2學習環節如何降低成本

　　無論工程師學習新的平臺用于開發機器，還是機器到了現場需要對操作人員進行培訓，傳統的集中式的線下培訓，都會帶來大量的差旅成本，而2020年由于疫情，原本貝加萊擁有的遠程能力得到了充分的發揮，貝加萊快速加強了在“遠程培訓”與 “虛擬實驗室”方面的建設，利用無所不在的網絡，讓大家可以不用差旅勞頓，就可以一起進行學習，項目討論，即使對于工業這種系統，必須要“眼見為實”地學習，通過部署在客戶端的ETA(L)系統，我們的培訓師可以幫助工程師來學習，如圖5所示。

　　虛擬實驗室，則可以基于IndustrialPhysics進行建模仿真，通過這種方式來實現對機器的虛擬測試驗證，也可以通過這種方式對機器的培訓展開可視化教學，可以通過AR/VR的方式直觀的練習對機器的操作并反饋，安全又高效。

　　它帶來哪些成本的降低：

　　(1)人員差旅成本：可以降低工程師的培訓成本;

　　(2)更為可視化的虛擬實驗室，提升了培訓效率。

　　3.3如何在編程環節降低成本

　　今天，在中國，我們對“工業軟件”的討論非常熱烈，而就本質來說，任何產品、技術，如果它沒有經濟性的話，那么，它就沒有推廣的意義。

　　如圖6，mapp技術是貝加萊為提高機器開發效率，將過去數十年所積累與機器相關的基礎設施(文件、配方、報警、趨勢等)、行業(專業、行業庫)、連接(網絡與通信、服務)、機電對象(運動控制、CNC、機器人等)進行了標準化封裝，成為可復用的模塊，并提供給用戶開發。

　　工業軟件的本質，在于“知識復用”，而知識復用的目的是什么?

　　是的，軟件復用就是為了降低不必要的 “重復勞動”、以及將高值的工藝經驗與知識進行復用，它有哪些成本可以降低?

　　· 工程師不用頻繁的編寫代碼，通過mapp的模塊可以快速“配置”機器的應用;

　　· 工具本身也是“Know-How”，即如何高效開發機器的知識的封裝，包括為了復用的軟件開發;

　　· 工欲善其事，必先利其器——Automation Studio本身就是一個集成工具，用于降低開發成本，包括其機電故障診斷、模塊封裝、代碼測試、項目管理、版本控制等功能設計。

　　實際上，這些mapp的開發，較之以往的開發本身就可以降低67%的開發時間，同樣，對于每個機器制造商來說，在Automation Studio平臺，也可以為自身的應用提供自定義模塊封裝能力。

　　3.4如何在調試環節降低成本

　　基于在設計規劃階段的建模，在調試階段可以通過虛擬調試，提高效率，并降低物理材料浪費。在貝加萊，調試階段包括了各個層次的調試支持手段，提升調試效率：

　　(1)Automation Studio提供的調試手段：包括I/O仿真、程序仿真、軸測試、傅里葉變換、信號分析與處理等工具，可以協助更好的理解機器中存在的問題，無論是測量、控制還是機電傳動方面的問題，也包括程序本身的便捷調試工具。

　　(2)數字孿生的虛擬調試：通過構建數字孿生對象，如通過IndustrialPhysics，可以對機電對象建模，并通過與Automation Studio的控制邏輯、機電傳動交互，可以動態的觀測到程序的邏輯、機電傳動過程是否達到設計的要求，并進行調整，以獲得更優的效果，如圖7所示。

　　(3)貝加萊開發的機電產線優化工具：通過自主開發的CTO軟件，可以針對SuperTrak進行產線的性能最優規劃分析，并給出優化建議，通過可視化的量化指標，為產線集成人員提供智能的決策支持。

　　3.5如何降低運營維護成本

　　在生產環節，制造商的運營管理部門更為關注“人、機、料、法、環、測”，這些就包括了更為多樣與復雜的現場組合，而事實上，這一切都必須在機器的設計階段就予以考慮，而不是在現場再調整。

　　3.5.1材料消耗

　　更為精準的控制，可以帶來成本的節省，無論是傳動控制還是工藝，例如前面所提及的壁厚控制技術，在材料上可以達到3-5%的節省。

　　3.5.2人工消耗

　　通過機器人、視覺、柔性輸送系統的集成，可以在個性化時代，仍然獲得人工較低的消耗。

　　3.5.3能源消耗

　　解決能源消耗的辦法有很多種，比如：

　　(1)更好的溫度控制算法：

　　最有效的節能來自于“工藝”的節能，在實際中，一個“能用”的溫度控制，與一個“好用”的溫度控制，對于機器來說，有著很大的差別，一個好用的溫度控制，具有極強的自適應力，并能夠精準而不浪費的提供能量輸出。

　　(2)更好的能源計量

　　除了有專用的能源計量模塊來獲得能源數據，以獲得精準的“單位產品能耗”計量，能源數據還為生產者提供“可視化”的能源趨勢分析，以獲得商業BI，進而改進運營效率。

　　(3)更好的設備節能：例如采用更為高速動態響應能力的伺服泵技術、更高功率密度的ACOPOS系列伺服驅動系統、支持能源再生的共直流母線技術，都可以為能源節省獲得支撐。

　　3.5.4數字化技術提升運營效率

　　今天，工業互聯技術，使得這些數據都可以被有效利用，貝加萊提供了更為便捷的“數字化”收段，用于設備制造商來提供更為高效的數字化“監測”，以使得整個生產制造過程被“監測”，以實現“能觀能控”這樣的格局。

　　數字化的轉型，本身是指通過數字化手段來不斷迭代運營過程，通過可計量、可觀測的手段來發現生產運營中的問題，如圖8所示。

　　通過數字化互聯，可以在多個方面提供成本優化之道：

　　(1)對全局的生產調度優化，帶來的最優成本，例如：時間的匹配避免了不必要的浪費，來自一個機器的空轉等待的成本，通過發現其中的節拍不匹配，來提升整體協同效率;

　　(2)通過對生產中的故障進行監測，實現預測性維護;

　　(3)發現更優的參數：通過對運行過程的數字化監測，尋找獲得質量的最優參數，并持續改善;

　　(4)數據透明，以獲得溝通的成本下降，數字化的方式，提升了生產中的溝通成本，通過數字化方式，快速發現問題，并推動持續改善。

　　貝加萊通過OPC UA規范的集成，使得產線可以獲得連接，并可實現Pub/Sub機制的數據傳輸到云端、邊緣側，以實現整體的優化潛力。

　　4如何降低維護成本

　　如果系統是穩定的，那么維護是少的，那么，高可靠的系統帶來了生產的高度一致性，也降低了不良品帶來的成本，并通過相應的維護技術來實現整體運營效率的提升。

　　4.1預測性維護

　　預測性維護技術，不僅借助于機理模型的分析，通過對振動、溫度等生產機器參數的監測來反饋故障，也可以通過機器學習(監督、非監督學習、強化學習)手段來獲得預測性維護的方式，來代替傳統的預防性維護的事后處理機制，進而提升非計劃的宕機，也延長機器的壽命，提升投資回報。

　　4.2安全的遠程診斷技術

　　基于貝加萊的安全遠程維護技術，工程師可以通過IE瀏覽器，遠程對機器的故障進行診斷，并可以進行遠程故障診斷、程序升級等動作，這一切都是在安全(Security & Safety)的情況下進行。

　　整體而言，貝加萊的技術在不同的層面、不同的維度、不同的時間、采用不同的手法，來實現對整個機器從設計規劃到最終現場運行的全流程成本優化。