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貝加萊工業自動化(中國)有限公司

工控機,工業以太網,嵌入式,測控通訊,I/O,網絡通訊,現場總線,...

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貝加萊新聞
創新永不止步-自動化技術進步的貝加萊視角
發布時間:2022-01-31        瀏覽次數:1191        返回列表

現在的制造業,比任何時候更為熱鬧,充滿了各種所謂的“智能”、“轉型”、“顛覆”的熱詞。一直默默服務于制造的自動化莫名經常被冠以“封閉”、“被顛覆”的力量。然而,這種純然的無明,并不能真實還原自動化行業持續不斷的創新。并且無法清晰理解自動化“工程”創新帶來的持續價值-這種力量在過去的數十年里已然被證實,且繼續發生。本文以貝加萊視角來看待制造業的自動化技術進步。

企業發展的五個力量

管理學大師邁克爾.波特早在競爭理論中闡述了企業所面臨的五個力量,稱為五力模型。同樣,對于任何一個企業或組織,其發展來自這幾個力量:

1-企業乃至行業發展的重要力量

其實,企業核心在于使命驅動下,為用戶提供所需的產品技術,為員工謀福利,以及為股東謀利益,這是企業自身發展的內生動力??蛻粜枨髮虻漠a品設計產生拉動力,橫向技術的進步產生推動力,通過工程創新,為用戶提供優于競爭者更高性價比的產品技術與解決方案。

回到制造的本質

無論賦予智能制造何種光鮮,制造本身都是要提供高品質產品、低成本與快速交付能力的。今天的技術并無新鮮,一切都是技術是否達到經濟的臨界點,因此,信息化、智能化都是附著于自動化之上的工具擴展,而非制造本身。圖2梳理了自動化、信息化與智能化之間的關系,他們作為一種方案工具共同服務于不斷變化的制造業需求。

2-質量/成本與交付是制造的本質訴求

更快、更高、更強的機器

對于制造業而言,其總是遵循著奧運會精神,那就是“更快、更高、更強”。對于機器而言,就是“更快的速度、更高的品質、更強的功能”,工廠對于機器的要求就是“既要品質高、又要省材料、還要一機多用生產不同的產品”,這就是“投資回報”。

機器控制何以變得越來越復雜?

控制,從機械傳動與手動操作、繼電器邏輯、PLC,再到PC算法設計,AI集成能力,這一切都是為了讓機器變得能夠勝任更為復雜的工作。一機多能,就意味著最快的調整,以生產不同的產品,越來越快的機器要更高的生產產能,而精度越來越高則為了更高的品質。

似乎大部分對機器的控制器的理解都不斷停留在PLC只能做邏輯控制,這似乎對于自動化有較過時的理解一直彌漫在制造業,然而事實并非如此,至少在貝加萊并非如此。貝加萊在80年代開始進入PLC市場,但起起點選擇了PCPLC融合的架構,即,選擇PLC的穩定可靠、又有PC的復雜算法設計、浮點運算能力,這使得貝加萊在90年代即可采用BASIC/C編程以實現復雜的算法設計,賦予機器更高的工藝實現能力。

3-多樣控制技術滿足各種需求

如圖3,今天,貝加萊的控制器按照用戶需求,提供了各種能力的擴展產品組合,涵蓋了機架式PLC、Power Panel控制顯示一體、APC-先進的工業PC、Panel PC-PLC、PC與面板集成,X90的移動裝備控制器,這些控制器基于Intel X86/ARM架構,可以支持RTOS,復雜算法實現。

通過本身的高性能處理器、以及豐富的網絡集成能力、內嵌的服務(FTP/Web,OPCUA)能力,在數字化時代,貝加萊的控制器依舊具有領先的數字化能力。在滿足控制任務的實時性同時,也提供數字化連接能力,以及邊緣計算任務處理能力。

工業通信-從機器到工廠集成

總線的歷史若從早期的儀表總線算起,也有大約60年的歷史,從IEC的“現場總線”這個定義也有近40年了。早期總線主要來自于流程工業的需求,因為流程工業像是一臺大機器(裝置),有對于工程接線、配置和診斷的需求。隨著機器也開始逐漸接入更多的傳感器、伺服軸、視覺系統等,更多需要連線生產,而離散制造業屬于“時間嚴苛型任務”,因此,它對實時性有著較高的要求。隨著機器的需求變得更為迫切,普遍采用了三層更為精簡的架構來滿足實時性要求,并借助于以太網將L1/L2統一,但保持了原有的L7應用層。

4-工業通信的發展路徑

當機器要進行連線生產的時候,就會遇到機器-機器(M2M)交互問題,異構網絡怎么集成。這使得OPC UA的語義互操作能力得到迫切需求,而另一方面,由于集成后的邊緣任務、數字孿生任務都會產生大量多業務數據流調度問題,而由于每個由廠商獨自掌控的網絡阻礙了這種集成,因此,由更為中立的IEEE發起的TSN就使得各個廠商終于聚在一起尋求新的網絡解決方案。

貝加萊早期的控制器已經集成了CAN總線,包括伺服短暫的經歷過脈沖與模擬量控制,即納入了分布式智能的架構下,在90年代推出的ACOPOS伺服驅動器就已經配置CAN接口。到2001年開發了POWERlink實時以太網技術,采用以太網+CANopen應用層架構,提供高實時性應用。而到了2017年開始逐漸進入TSN的研發中,在應用層,也開始采用OPC UA統一架構來規劃未來的系統通信架構,以確保機器與系統可以被容易集成到工廠整個架構,包括設備與管理系統的雙向交互。

靈活性需求—運動控制貢獻最大

從直流驅動,到交流,從變頻到伺服的大量應用,運動控制最重要的應用包括了定位與同步控制、CNC和機器人。

機器的靈活性變化需求使得采用機械方式需要費時費力的變化和調校,而伺服電機則以快速響應、高精度,使得機器的這種調校變得簡單,因此,越來越多的伺服電機不像最初主要聚焦定位精度和速度位置同步任務,而更多變成了滿足機器變化生產的需求。

2008年,貝加萊推出GMC,將定位同步、CNC和機器人納入統一架構。

5-滿足各種場景的ACOPOS系列

為了解決機器控制的各種需求,貝加萊的ACOPOS系列有針對性的提供了ACOPOSmulti雙軸共直流母線驅動、ACOPOSmotor分布式運動控制、ACOPOS P3三軸驅動,如圖5所示,而ACOPOStrak匯流分流的磁懸浮輸送,以及ACOPOS 6D具有平面磁懸浮輸送能力的運動控制產品,如圖6所示。

6-多維運動控制技術

而磁懸浮輸送技術又是一個更大的潮流,因為,它需要解決如何將整個生產連接起來,以將傳統的離散制造轉化為向流程工業一樣的連續型生產,進而縮短中間的搬運、輸送與等待時間。另一個問題在于“調度”,即,通過尋找在個性化產品的生產流程組合中,獲得最優(時間最短、路徑最短)的效率組合。這是由ACOPOStrakACOPOS 6D內置的智能調度算法來實現的。

軟件技術

軟件之所以變得重要就在于它可以賦予機器更多的靈活性,以應對變化,軟件作為一種Know-How封裝的容器,也被機器制造商所看重,從圖7我們可以看到,自動化包含了非常多與軟件相關的工作。

集成開發平臺的需求

機器越來越多的對象和任務集成,使得提升機器開發效率成為了必須,因此,貝加萊在1997年即推出了Automation Studio集成工具平臺。其實,在今天大家廣泛討論的工業軟件中,針對嵌入式系統應用開發的工具平臺往往會被忽略,但是,不要忘記,所有運行在機器上的控制系統必須有一個軟件集成工具。而Automation Studio的開放靈活是貝加萊形成各種解決方案的關鍵一環。

7-軟件的價值體系

建模仿真

為了滿足物理建模,貝加萊在很早就推出與MATLAB/Simulink的接口,而2008MathworksSimulink PLC支持C代碼自動生成,由于貝加萊PLC支持C開發,而批受益。之后為了加強與機械及產線仿真的集成,貝加萊又通過FMU/FMI接口與MapleSim、ISGVirtuos、IndustrialPhysics等軟件的交互,以實現協同仿真。

提升機器與系統開發效率的模塊化軟件

盡管工業軟件今天很熱,但是,其實,對于自動化廠商而言,提升開發效率,降低代碼的編寫,所謂的低代碼,其實本質就是用高內聚的模塊來提升機器軟件的“組織”,而貝加萊的mapp即基于組件的開發(Component-based Development)思想來實現標準化封裝,進而降低機器開發的編程量,從而快速配置機器的應用系統。主要是為了節省時間,降低開發成本。

智能算法的支持

就本質而言,AI也是工業知識的軟件化,因此,以軟件形式運行于嵌入式PLC還是PC,乃至未來所謂云化PLC均可,部署于哪里只是根據需要可自由靈活配置的問題。

對于自動化廠商來說,其實開發平臺工具軟件是一方面,另一方面也在于垂直行業的Know-How封裝,因此,這都是價值的體現。

自動化從未停止創新的步伐

事實上,自動化的疆界一直在擴展,從貝加萊的視角,我們可以看到自動化技術發展的幾個關鍵點:

橫向技術+縱向應用

借助于橫向技術來解決垂直行業問題,是自動化的使命與基本工作,因此,所謂的技術,只要它能滿足要求,并具有經濟性,那么,自動化就可以將其納入整個架構,并以工業的特殊性進行適當的改造,從而解決用戶行業的特定問題。

向兩個方向的延伸

首先,ACOPOStrakACOPOS 6D這樣的技術使得自動化開始向機械部分延伸,而OPC UA over TSN架構下的邊緣任務則向全局的工廠連接擴展。

自動化核心價值在塑造客戶巧實力

與炫耀工具平臺本身不同,自動化的創新都是在解決用戶工藝、質量、成本與交付能力幾個問題為其競爭力,而并非在平臺工具本身。

中國制造業的發展,自動化與智能化發展是必然趨勢,但是,一切都圍繞著技術的凝聚和沉淀,我們需要的是一種關注需求、打磨產品與技術的精益精神。

 

關于貝加萊

貝加萊是一家總部位于奧地利并在全球擁有分公司的創新型自動化企業。201776日,貝加萊成為ABB集團的機械自動化事業部。作為工業自動化領域的全球領導者,貝加萊將前沿技術與領先工程相結合,為幾乎每個行業的客戶提供面向機器與工廠自動化、運動控制、HMI和集成安全技術的完整解決方案。借助于OPC UA、POWERlink、openSAFETY等工業物聯網通信標準,以及強大的Automation Studio軟件開發平臺,貝加萊不斷重新定義自動化工程的未來。受簡化流程和超出客戶預期的承諾驅動,貝加萊始終保持創新精神并處于工業自動化領域的前沿。

獲取更多信息,請訪問www.br-automation.com

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