最近幾年，工業(yè)軟件成為產(chǎn)業(yè)熱議的焦點。然而更多的焦點放在了CAX、仿真類軟件。而作為制造工廠里最大資產(chǎn)占比的機器，它們所運行的嵌入式軟件，以及開發(fā)這些嵌入式應用的平臺軟件尚未得到重視。本文將以機器開發(fā)的軟件演進，以及開發(fā)平臺如何有效的構建機器的應用軟件的機制，來闡述自動化開發(fā)工業(yè)平臺軟件的價值和意義。
例：印刷的視角看機器的演進
為清晰說明機器的發(fā)展，我們可以選擇其中一個，例如，印刷技術來展示機器的控制技術的演進。
印刷，改變著人類文明的進程，通過印刷，文字所承載的文明得以被傳承。經(jīng)歷了雕版/活字，到古登堡的機械傳動印刷機、輪轉印刷機、卷筒印刷這個鉛與火的時代，在20世紀進入了電氣傳動控制，印刷也快速進入了發(fā)展變更期。
圖1-機器的控制演進舉例
自20世紀進入電氣時代，印刷機開始有了電機驅動機械長軸的傳動。約90年代，伺服電機被廣泛應用，電子軸開始逐步取代機械長軸，以提供更高速和靈活的印刷。隨著紙張的種類開始擴張，瓦楞紙、塑料薄膜、金屬材料也被用于包裝材料，印刷開始擴張到軟包裝、紙板、金屬等包裝領域。印刷的速度不斷突破極限（新聞紙輪轉印刷機組可以達到1200m/min速度），而精度也在不斷的提高。作為一個傳統(tǒng)領域，它在不斷的競爭中，對于成本也變得苛刻-這就要求更低的廢品率，以及快速切換中的浪費降低…凡此種種，都依賴于控制技術來保障。
如圖2所示，印刷機也需要更多的控制軟件支撐這些復雜的變化，以及更高的精度與速度要求。在印刷機里，包括張力控制、色標檢測、套色控制、視覺、智能調壓、智能學習等，都被應用于各種印刷機組的控制。
圖2-印刷關鍵控制工藝軟件
這種印刷領域的機器運行中的軟件，往往被忽視-而制造業(yè)的關鍵通常又在這里。這些被看不到的軟件，決定著機器的競爭力。更高的品質、更高速、更廣泛的材料適應性、更為全局的連接。
而在不同的機器制造業(yè)，這種電氣傳動從機械轉為伺服軸控制已經(jīng)被廣泛普及，例如全電動注塑機、全伺服熱膜包裝、多電機傳動紡紗、全伺服軸嬰兒紙尿褲…以及材料科技在不同領域的擴展應用，工藝與傳動控制變得越發(fā)復雜。這同樣意味著機器的程序不再是30年前那種簡單邏輯、電氣傳動控制，更多的工藝控制、智能優(yōu)化需要被開發(fā)。
工業(yè)軟件在其中扮演的角色
1997年，貝加萊的Automation Studio平臺軟件即投入運行，它的架構極為靈活。即使今天，20多年過去了，它依舊能夠不斷跟隨前沿技術進行擴張，成為一個全集成的自動化工程平臺。我們講制造業(yè)里的"工業(yè)軟件"，Automation Studio就是"軟件的軟件"，即，用于這些控制系統(tǒng)應用的開發(fā)，類似于半導體里的EDA設計軟件。
就如同PC在我們的生活中的應用一樣，它同樣需要一個開發(fā)平臺，無論是.Net、還是Java、Docker等，都需要開發(fā)工具。而裝備與這些軟件的開發(fā)更多的還在于它是一個跨平臺、學科的集成。
圖3-全集成開發(fā)平臺面向所有對象及全流程的任務
如圖3，Automation Studio對于裝本制造商而言，它有兩個維度的任務處理：
1控制對象的演進
在70-90年代的電氣發(fā)展時代，PLC雖然已經(jīng)很好的管理了機器，但那時候的機器還主要是邏輯控制，有些機器會有算法需求，比如注塑、單晶爐、PECVD這類設備。而且，大多數(shù)機器也就是純機械，電氣傳動也是靠主軸傳動的方式，所以，變頻器就可以了-能夠穩(wěn)定的提供速度環(huán)控制。
機器之所越來越復雜，在于越來越高的加工需求：
->運動控制：印刷機從機械軸改為電子軸，而注塑機也從液壓改為全電動、紡織機械從機械改為多電機傳動，連火車都由單一車頭牽引改為"動車組"-這些都是一種獨立驅動技術。他的目的在于為機器提供更為靈活的生產(chǎn)能力。
->視覺：今天，視覺成本越來越低，他本身可以獲得更多的檢測；
->機器人：被集成到了機器里，以配合生產(chǎn)的外圍撿取、上下料任務，有些是配合機器的加工任務。
柔性輸送
->安全：隨著機器的速度提高，以及連線生產(chǎn)、機器人的集成，它對于人的潛在傷害風險也隨之加大，而功能安全成為了機器人身安全的保障。它需要機器安裝獨立的采集與控制單元，并經(jīng)由安全測試與認證。
->HMI，以前僅從幾個按鈕，儀表，這顯然無法滿足較為復雜的圖形界面顯示如動畫，它會讓機器操作更為簡單。
->AI集成：在硬件上，控制器的算力得到了進一步提升，而另一方面作為一種軟件對象，它為機器提供了更為智能的動態(tài)迭代能力，因此，也成為了當前快速發(fā)展的領域。它需要與機器的實時控制交互來讓機器變得更聰明。
2.機器開發(fā)的流程
機器開發(fā)的過程，包含了很多個任務…
首先在工程方面的配置、代碼開發(fā)與封裝方面，需要平臺進行支持-在仿真方面，也需要與第三方的機械、工藝進行交互與協(xié)助，在測試驗證方面，需要針對邏輯、運動、機器人動作等進行聯(lián)調，以確保符合設計。
其次，在仿真方面，除了控制系統(tǒng)自身，也需要結合機電傳動控制、工藝建模與仿真，并實現(xiàn)機電、工藝與控制的協(xié)同仿真。采用虛擬測試驗證方式來降低物理測試驗證成本，以及并行開發(fā)來縮短機器開發(fā)周期。
其三，在機器的調試階段，針對邏輯、工藝、電氣傳動軸的程序、參數(shù)來進行調試，并能夠為工程師反饋機器本身的運行狀態(tài)及潛在的機械問題-進而有效的提升開發(fā)效率。
最后，在機器運行現(xiàn)場，平臺軟件可以進行診斷與維護，并提供現(xiàn)場人員的程序升級等任務。通過便捷的支持，實現(xiàn)遠程的機器運維工作。
Automation Studio對于機器研發(fā)的意義
Automation Studio設計為機器的開發(fā)者提供專業(yè)的開發(fā)平臺支持，它在機器開發(fā)的各個階段提供高效開發(fā)集成。
建模與仿真
它可以針對硬件、機器層面、生產(chǎn)過程多個級別的仿真，通過FMU/FMI或OPC UA接口，提供與第三方的仿真軟件之間的交互與協(xié)作。
圖4-多個層級的建模與仿真軟件接口
通過這些建模仿真軟件間的協(xié)作，可以實現(xiàn)機器開發(fā)中的各種仿真，以提高開發(fā)效率。
軟件與工藝集成
對于任何的機器而言，其實他們的應用軟件具有相同的分類：
圖5-Automation Studio的裝備應用軟件開發(fā)平臺
如圖5，我們可以看到，機器本身的運行平臺，實時操作系統(tǒng)確保機器的高速實時響應。
而機器的軟件，則由不同的應用構成。機器也同樣由大量的APP構成：
mappControl-主要聚焦在工藝控制類，溫度、壓力、張力等，這些構成了控制的工藝核心算法。
mappMotion-軸、軸同步、CNC、機器人、液壓庫等，提供機器的機電傳動控制。
mappVIEW-機器的可視化，基于Web技術，多終端訪問，并支持拖拽的畫面編排。
mappService-機器的基本功能、報警、趨勢、配方、用戶、數(shù)據(jù)等各種功能；
mappSafety-提供滿足功能安全的安全邏輯設計、測試與驗證。
…
如果mapp中沒有的行業(yè)或客戶獨特的算法，可以基于C/C++等開發(fā)，或采用MATLAB/Simulink的為復用的模塊開發(fā)，也可以被封裝為不同的app，與其它已有模塊共同構成機器應用。
連接-為了更高效率的機器
在任何時候，機器的速度與精度總是矛盾的-唯一可以協(xié)調這個矛盾的，就是通信的時間粒度，我們也稱為"實時性"。通過更快的采樣頻率，傳輸、控制循環(huán)達到更為高速、高精度的機器。
工程連接，必須有足夠的開放性，以支持跨供應商的協(xié)作-貝加萊提供了針對各個實時網(wǎng)絡的網(wǎng)絡模塊，包括硬件和軟件的。
連接的另一個應用在于"遠程"的診斷與維護，這可以通過無所不在的云資源來實現(xiàn)。
圖6-連接與服務
貝加萊不僅提供硬件的通信模塊，這些各種通信的配置、軟件調用都被封裝為可直接使用的模塊，通過簡單配置，即可與第三方系統(tǒng)實現(xiàn)連接。
AI-讓機器更聰明的
AI的相關方法，如機器學習、深度學習，其實很早就已經(jīng)被控制理論研究所應用于控制。但是，過去由于算力的成本高昂，另一方面，也因為機理下的競爭也"夠用"，因此，AI尚未被工業(yè)界有效的采用。
今天，首先是競爭的越來越走向物理的極限，這導致了在剩余的那些改善空間里的提升都是致勝的關鍵。其次，算力也不再那么昂貴。AI提供了一種對機器的動態(tài)持續(xù)改善。
自動化與AI的資源橋接-交互。畢竟一個是周期性任務(Cyclic Task)、一個是事件驅動型任務（Event-driven Task），其運行的平臺也通常為RTOS和GPOS，因此需要構建一個連接，讓IT和OT可以交互，以發(fā)揮各自的優(yōu)勢。
圖7-exOS連接AI世界
在貝加萊，exOS是一個可以將基于Linux平臺的算法打包為Automation Studio可調用的模塊導入，使得周期性的控制任務，可以為AI的學習系統(tǒng)提供數(shù)據(jù)。而另一方面，通過學習系統(tǒng)訓練的模型，也可以為實時任務提供新的"經(jīng)過優(yōu)化的參數(shù)"或"判斷和推理的規(guī)則"。
通過IT與OT融合，機器會變得更聰明，這就相當于過去的自動化任務是按照既定邏輯來調度紅綠燈，而現(xiàn)在，它可以根據(jù)檢測的流量，來為各個方向的紅綠燈配置最合適的時間，以達到整個交通流的效率最高。這里的關鍵詞是"更聰明"-因為，它在持續(xù)采樣，持續(xù)學習，持續(xù)分析決策。
打造裝備企業(yè)軟實力
Automation Studio是一款機器裝備開發(fā)的工具平臺，它能夠為不同領域的用戶提供高效的機器開發(fā)，打造企業(yè)自身的軟實力，它是機器控制領域的首選工業(yè)軟件平臺。總結它帶來的好處以下幾點：
->構建長期可用的高質量發(fā)展平臺
對于裝備企業(yè)的長期發(fā)展，的確需要一個穩(wěn)定的，能夠支撐其可持續(xù)的技術研發(fā)平臺。這可以確保企業(yè)的知識和資源能夠被有效的保存。進入一個良性的研發(fā)迭代過程，為企業(yè)的高質量發(fā)展奠定基礎。
->創(chuàng)新性開發(fā)
開放的架構，會讓裝備企業(yè)能夠通過與機電仿真、控制工藝建模軟件間形成創(chuàng)新性的設計。并且，在數(shù)字時代，可以與AI的應用資源結合。
->知識復用降低工程成本
Automation Studio的知識封裝，積累了行業(yè)數(shù)十年的經(jīng)驗-與用戶分享，同時，自主開發(fā)的功能也可以被復用。這都是降低工程成本的關鍵因素-也降低了人員流動帶來的知識流失風險。
->快速面市
讓機器能夠更為快速的迭代，并且升級的機器也節(jié)省大量開發(fā)時間，這就使得機器制造商，總能走在市場的前沿。
貝加萊Automation Studio自動化項目開發(fā)指南是本好書-可于網(wǎng)上購買（京東/當當網(wǎng)均有售）