一、軟件變得更為重要

智能制造是當前最為熱門的話題，然而，對于智能制造必須提及軟件的開發，整個產業界對于軟件的價值認識逐漸加深，然而，軟件在智能制造中的意義，以及如何更好的開發軟件成為了必須討論的話題，無論對于OEM機械制造商還是EndUser而言，智能機器的開發是構成智能制造的重要環節，如何高效的開發軟件，對于前沿的自動化廠商如貝加萊，有著深刻的理解和認識，軟件的價值在于：

（1）.軟件可以讓同一硬件平臺發揮最大的效益

國產機器從電氣控制硬件角度已然是采用了最為先進的控制系統，然而，仍然與歐美的機械開發有著差距，在軟件的能力方面，我們可以發現很大的差異，這種能力不僅包括軟件平臺的選用、軟件的開發、軟件的使用等，例如人性化的設計、易用性設計，都使得其機器較之我們更高的附加值，因為，比較完硬件系統后，我們發現它是相等的，那么構成系統的軟件就成為了溢價部分。

（2）.軟件是封裝Know-How的容器

對于不同的行業而言，其Know-How就硬件或者機械角度容易被復制，而軟件所設計的工藝封裝、功能設計等則是不易于被復制的，這使得歐美企業更傾向于在“軟”的方面下功夫來保護其知識產權，這已經是歐美企業的共識。

（3）.軟件使得機器更為智能

通過簡單的操作，即可使得機器實現不同的應用和加工規格等的切換，而后臺的運算均通過智能算法來實現，這就是軟件賦予的機器的智能，當然，更為重要的是軟件所蘊含的工程師對于機器的理解—這些人的智能傳遞到機器的能力。

二、智能制造的用戶視角定義

智能制造顯然有很多定義，但大多數是從智能制造技術本身去看待，而我們則試圖從用戶角度去評估什么是智能制造的定義：

S3MART

對S3MART，我們將分解如下：

1.S3的解析

1.1.簡單易用性設計（Simplicity）

簡單易用是一種客戶的需求—這是智能的集中體現，因為，正如iPhone的設計思想一樣，消費者僅需通過手指間的滑動即可實現對功能的操作，這就如同機器的設計一樣，必須對于使用機器的人易于操作，這種簡單體現在以下幾個方面：

①易于操作與維護

②易于開發

③易于學習

1.2.安全（Safety）表現在對人身的安全關注，比如：采用Safety-滿足IEC61508標準下的安全集成，然而，新的時代，也存在新的問題，如何解決機器的安全協同問題？因為設備已經并非單機生產狀態了。

①安全問題必須予以協同考慮

②安全必須與生產效率平衡

安全必須在未來予以考慮的重要原因在于：設備互聯時候單機的安全動作會對連續的生產帶來效率的降低風險，并帶來制成品的浪費等諸多問題。

1.3標準化（Standard）-必須確保機器能夠被納入到通用系統中，標準化是降低成本的方案，同時也是為了降低互聯的難度的關鍵一環，這包括了多個層次的標準化設計：

①通信的標準：例如：OPCUA、POWERLINK實時通信規約

②軟件的標準化：PLCopen

③數據的標準化：XML格式

④操作的標準化：OMAC/PackML的機器語言定義了相同的操作界面

例如：采用基于廣泛使用的IE瀏覽器對機器進行訪問、診斷、維護即可降低成本，且易于實現，并不過時。

2.模塊化設計（Modularity）

模塊化的機器設計為了提高效率，這是一個必須得以平衡的問題，因為在傳統的大規模定制生產中，批量較小，而種類不多，因此，這會帶來生產的成本降低，因此，多品種與小批量被認為是一種成本高昂的生產。

必須解決這個問題，最好的平衡方式是采用模塊化與標準化設計。

任何的自動化系統軟件包含了三個層面的模塊化設計：

①基礎的自動化庫

②專業庫

③行業庫

模塊化對于降低成本有幾個作用：

（1）.重用性代碼可以避免重新開發

（2）.經過測試與驗證的庫可以被安全使用，降低測試中的時間與材料浪費；

（3）.降低了開發難度：

例如：貝加萊的mapp設計即可降低67%的研發時間。

3高可用性（Avaliability）

對于OEM設備而言，顯然，一個設備的投資用于更多的產品制造會帶來巨大的競爭力，對于EndUser而言，這也意味著成本的節省，因為，越少的投資卻可以適應更多的產品生產，顯然是一個合算的投資。

通常：運動控制在這里扮演重要的角色。

（1）.運動控制帶來的柔性：運動控制首先是提供了高精度和高速的生產，然而，這遠遠不是高性能伺服系統帶給機器的作用，通過簡單的參數設置，不同的裁切尺寸、包裝規格、印刷長度、裝訂厚度、瓶子的類型均可實現變換，而這一切自動來完成。

在印刷工業我們稱之為“按需印刷“，在包裝工業我們也稱為”按需包裝“，最大的靈活性也是對設備投資的安全性保護。

（2）.早期故障診斷實現機器的高可用性，還包括機器的使用壽命，例如：采用預測性維護技術（基于早期診斷的狀態監測）可以對高值設備的關鍵零部件進行監測，可以實現對設備使用壽命的最大延續。

4穩定性（Reliability）

對于自動化系統而言，穩定性是必須的，很多時候，穩定性不僅包含了硬件系統的穩定，也包括了軟件系統的穩定性，選擇標準的，經過測試與大量實際應用驗證過的軟件功能塊對于系統的穩定也至關重要。

穩定性就是一種高附加值的投資保障，對于自動化行業而言，它與大部分工業領域一樣，穩定可靠就是基礎-是默認值。

反倒不用多言。

5工藝集成（Technology）

不同的行業，有不同的Know-How，這些是企業賴以生存的本錢，例如：印刷的套色控制、色標的檢測，漿紗機的牽伸比控制、梳棉機的勻整算法、吹瓶的壁厚控制、岸橋的防搖，每一個機器都存在其獨特的行業工藝，對于鈑金加工、沖壓、注塑、擠出、機器人，每個行業均是如此。

自動化行業必然以方案為導向的一個產業，所謂的方案集成，必須以行業工藝為核心，才能實現整個系統的集成，否則，只能截取邊緣而無法涉足核心。

對于智能裝備、制造系統的集成同樣如此，Know-How有時也不完全以專業工藝來體現，而以知識的積累，如何有效的組織生產對于MES就會至關重要，而不同行業的不同處理如醫藥的批次處理，流程行業的連續生產特性，離散行業的工藝順序，甚或夾具的設計都會成為Know-How的構成。

總結即：Know-How以工藝本身出現，也以不同的知識集合出現，或者大數據分析形式出現，智能制造必須掌握核心Know-How，即Technology-才能生存。

三、標準化與模塊化的意義

通過對S3MART的定義，我們可以發現，結合軟件，我們可以發現對于智能機器開發而言，標準化和模塊化是關鍵，因為標準化和模塊化的軟件帶來了我們所說的S3MART的每個環節要素。

1.標準化的意義

標準化（Standardization）對于機器開發而言就是要解決簡單（Simplictiy）、可靠（Reliablity）、Technology（工藝）的問題，標準化的軟件使得代碼重用性提高，通過封裝減少實現機器開發的簡化，并通過封裝的過程對其測試驗證確保其可靠的軟件應用，而標準封裝也確保了Technology-核心技術的保護，因此，標準化是智能機器開發的基礎。

2.模塊化設計

模塊化（Modularity）就是模塊化的軟件設計，它是為了解決可用性Avaliability的問題，智能機器集成至產線必須具有柔性，而模塊化軟件則讓機器的應用程序可以被按照需求搭建，這樣可以形成不同的應用組合，也使得機器實現智能—模塊化本身就是實現智能的一個方面。

機器開發的標準化和個性化本身就是矛盾的，標準化降低成本卻往往會使得靈活性受到限制，那么兩者的融合便是機器開發的未來，通過不同的標準模塊組合，可以實現機器開發的靈活性，例如：貝加萊的mapp技術，即是按此設計，而mapp則是結合PLCopen的標準化和其自身的擴展行業庫來實現機器應用的封裝。

四、PLCopen與智能機器開發的結合

我們對SMART進行了理解，也對標準化和模塊化進行了融合，我們再來看PLCopen，更有利于我們認識其價值。

事實上，基于PLCopen的開發是被廣泛應用的，目前國際知名的自動化廠商如SIEMENS、B&R等均對PLCopen進行了支持，PLCopen可以實現未來智能制造時代對于軟件開發的全面勝任能力：

PLCopenIEC61131-3包括了對邏輯控制的基礎語言與功能塊；

PLCopenMotion則包含了基礎運動控制、協同運動控制（機器人與CNC）、液壓控制；

PLCopenOPCUA實現了對M2M、B2M的互聯標準，滿足智能制造與工業4.0時代的機器互聯需求；

PLCopenXML則針對未來的設備描述，例如工藝配方、生產制程數據的管理等；

PLCopen組織是一個公益性組織，獨立性確保了在利益平衡上的優勢，也因此得以為眾多廠商普遍支持，未來，專業學生可以通過PLCopen的編程開發思想對不同的企業的控制器進行學習，并實際開發應用。

相對于傳統上學習某家廠商產品的模式，PLCopen更具潛力，更符合智能制造時代的產業需求。

PLCopen，例如圖中的狀態機即時PLCopenMotion對于機器控制的理解，它本身也是一種很好的系統設計方法論，運動控制是由不同的狀態來實現切換的，回零、連續運動、同步運動、間歇運動、急停、停止、待機，如果我們去理解機器的話，我們會發現不管是多么復雜的機器，其本身的過程均是由PLCopen所定義的不同狀態構成的，并且進行切換，那么，我們可以使用PLCopen的狀態機思想來開發設備的運動控制過程，無論使用哪家公司的產品，其設計思想卻是統一而且規范的，那么，對于學生而言，學習一個方法就可以應用于各種應用領域。

五、PLCopen庫的應用舉例

例1:印刷機的控制開發

對于印刷機械而言，其核心在于印刷套色，基于PLCopen的庫，我們可以通過圖中的功能塊RegMarkCapture001來進行色標的抓取，通過RegMarkCacl001進行色標偏差的計算和解耦算法，并通過Offset進行相位偏移的控制輸出，這三個功能塊可以實現對印刷的套色計算和控制，結合速度控制模塊、扭矩控制實現對張力控制的計算。

除了應用于凹版印刷機的套色控制，PLCopen在柔版、商業輪轉機等高性能卷筒紙印刷領域也得到了廣泛應用，大大降低了開發周期。

例2：PLCopen庫在旋蓋控制中的應用

在啤酒飲料灌裝系統中，如何實現更高效且高品質的旋蓋控制，即可借助于PLCopen的庫：

對于旋蓋而言，角度控制MC_MoveAdditive可以提高速度，它可以確保旋蓋過程以極大的速度進行，但是，卻不能保障每個旋蓋動作的扭矩控制質量，通過TorqueControl模塊，可以確保每個瓶蓋的相同力矩，確保旋蓋質量的一致性，但是，TorqueControl卻會降低效率，因為不能過高的速度，否則會將瓶子損壞。

因此，通過MC_MoveAdditive和MC_BR_TorqueControl的混合使用可以確保高品質同時高速的旋蓋控制。

例3：PLCopenSafety安全庫的應用

仍然以啤酒飲料灌裝設備來看，對于高速運轉的機器，必須考慮人身的安全以及設備的運行安全，尤其是對連續生產的智能產線而言，其由吹瓶、清洗、灌裝、旋蓋、貼標、膜包等一系列流程構成，如果某個單元出現安全動作，則整個生產線將因此停滯，帶來巨大的潛在浪費，而SLS和STO可以解決這一問題，通過PLCopenSafety庫設計，我們可以實現兩個安全功能來確保生產效率與安全的平衡。

1SLS降低產線速度，低速運行的機器將會帶給人身風險的極大下降，通常在人員進入機器的安全區則速度下降，如從10m/S的線速度下降到0.5m/S，則會大幅度降低傳動設備對人身的潛在傷害，而同時產線并不會因此停止帶來再開機的成本以及在制品的浪費。

2STO，通過伺服驅動的待機狀態，在人員進入工作區，僅切斷力矩輸出，而不切斷電源，確保機器處于安全狀態，在人員離開后，重新啟動工作，從當前位置繼續。

此兩者均是基于生產效率與安全的平衡設計，可以通過PLCopen的Safety庫軟件設計來實現。