自動化軟件價值體系構(gòu)成

貝加萊工業(yè)自動化（上海）有限公司 宋華振

1 自動化行業(yè)企業(yè)價值的轉(zhuǎn)移

對于傳統(tǒng)自動化廠商而言，正面臨新的挑戰(zhàn)，其不僅要提供硬件芯片，像Intel和FPGA廠商、存儲廠商還要為廠商提供實現(xiàn)I/O、控制器、總線的集成，包括軟件中間服務(wù)企業(yè)如Infoteam、KW-Software等，這也使得自動化企業(yè)間的控制器變得同質(zhì)化，價格競爭也成為了必然。

對于傳統(tǒng)自動化企業(yè)而言，還面臨另一個問題就是客戶需求的變化和內(nèi)部不同架構(gòu)的產(chǎn)品之間的融合問題，這個挑戰(zhàn)極其巨大，基于產(chǎn)品設(shè)計而非基于方案的考慮，使得產(chǎn)品在歷史上產(chǎn)生了局限性，很多時候這種局限性被賦予了更具價格競爭力的外衣。因此，這是一把雙刃劍，在客戶需求并不復(fù)雜時，這是優(yōu)勢，當(dāng)客戶的需求變化時，就是局限。

客戶的需求的確在不斷變化，產(chǎn)品生命周期變得更短，機器必須具有足夠的柔性，而系統(tǒng)必須快速響應(yīng)變化，這些如果依賴于硬件則意味著批量小而又種類多，造成成本上升，基于標(biāo)準(zhǔn)與通用的硬件，而由軟件形成差異化，則是新的價值實現(xiàn)。

貝加萊（Bernecker&Rainer）對于軟件的價值理解極為深刻，這來源于其客戶價值戰(zhàn)略的需求并具有最為完整的軟件體系設(shè)計。

2 軟件是企業(yè)綜合價值的載體

對于自動化企業(yè)而言，必須將其價值用軟件方式進行封裝，這包括工藝軟件、專業(yè)的功能庫，集成的開發(fā)平臺、開放的軟件和軟件的開放性、軟件安全與質(zhì)量保障等以及軟件工程與項目管理、服務(wù)等共同構(gòu)成企業(yè)的軟件價值體系，如圖1所示。

軟件價值體系非一日之功，這來源于前瞻的思想和架構(gòu)設(shè)計，并非是一蹴而就。

3 軟件平臺的集成能力

對于裝備自動化而言，控制系統(tǒng)除了性能要求越來越高，其功能變得更為復(fù)雜，新的智能型裝備對于自動化提出了如下的需求：

圖1 軟件價值體系

? 遠(yuǎn)程診斷與維護；

? 基于建模的仿真分析；

? 復(fù)雜控制，包括工藝算法集成、運動控制、安全、液壓、實時以太網(wǎng)技術(shù)、智能傳感器等；

? 具有管控一體化集成能力如OPC UA；

? 開放軟件集成功能如C++,Visual Studio軟件開發(fā)。

尤其在電子半導(dǎo)體設(shè)備領(lǐng)域，對于工藝的需求更為迫切。

在目前自動化市場，貝加萊的Automation Studio兼具這些前沿的軟件集成能力，它可以實現(xiàn)對復(fù)雜機器控制的開發(fā)。

4 開放軟件與軟件開放性

開放軟件是指來自IT技術(shù)、標(biāo)準(zhǔn)化的軟件集成能力，這代表著對開放市場資源的應(yīng)用能力，但是，這不意味著需要開發(fā)一個這樣的軟件，而是預(yù)留接口，使得其可以通過集成納入整個機器的開發(fā)，這包括以下幾方面的體現(xiàn)：

4.1 MATLAB/Simulink集成

對于Automation Studio而言，可以基于建模的方式設(shè)計控制器，并通過代碼生成工具生成C代碼、ST代碼，然后可以被導(dǎo)入至控制器從而實現(xiàn)硬件在環(huán)測試，直接運行控制器，進而提高開發(fā)效率，對于風(fēng)力發(fā)電、機器人慣量前饋、色標(biāo)套色等行業(yè)集成功能而言，這樣的集成能力會縮短開發(fā)周期和成本。

4.2 EPLAN導(dǎo)入

這使得由EPLAN這樣的電柜設(shè)計軟件配置的系統(tǒng)可以被導(dǎo)入導(dǎo)出，EPLAN被廣泛應(yīng)用于盤柜的設(shè)計，這樣縮短了工程過程。

軟件的開放性是指自定義庫的開發(fā)能力，對系統(tǒng)資源的使用，進而縮短開發(fā)所需周期，基于AutomationStudio可以實現(xiàn)開發(fā)者自己根據(jù)機器實際而自定義的專用功能塊，通過代碼重用率提高效率。

4.3 開放的軟件開發(fā)

Automation Studio開發(fā)者可以使用已有的標(biāo)準(zhǔn)庫，例如：

? G代碼自定義；

? CNC和機器人解釋器自定義；

? 液壓控制的控制自定義；

? 專業(yè)算法如套色、張力、勻整算法的自定義開發(fā)。

它提供了基礎(chǔ)庫的自定義開發(fā)、專業(yè)庫如濾波算法、溫控以及行業(yè)庫的算法設(shè)計，這些都是開放性的庫，可以被用于針對不同行業(yè)的應(yīng)用進行快速開發(fā)。

5 代碼重用思想——提高軟件開發(fā)效率必由之路

PLC、DCS的硬件模塊化已經(jīng)毋庸置疑，但是，機器與裝備的設(shè)計模塊化也帶來了新的需求，即，軟件的模塊化。當(dāng)機器根據(jù)客戶需求進行重組時，模塊化的軟件則需要能夠適應(yīng)這種變化來進行重組。因此，這對于軟件模塊化提出了新的需求——模塊化軟件遵循“高內(nèi)聚，低耦合”的設(shè)計思想，即，模塊之間耦合度低從而降低軟件設(shè)計中的模塊之間的重組所需的代價，從而實現(xiàn)模塊化軟件的重用。

5.1 高內(nèi)聚

高內(nèi)聚即這個模塊的內(nèi)部元素具有統(tǒng)一和高度一致性的功能，例如：為實現(xiàn)溫控的元素、整定、顯示接口等，能夠在一個功能塊較為完整地滿足應(yīng)用需求。

5.2 低耦合

簡言之，就是一個完整的子系統(tǒng)，模塊與模塊之間，盡可能地使其相互獨立存在。也就是說，讓每個模塊，盡可能地獨立完成某個特定的子功能。模塊與模塊之間的接口，盡量的少而簡單。如果某兩個模塊間的關(guān)系比較復(fù)雜的話，最好對之進一步模塊劃分，這樣有利于維護和組合，基于現(xiàn)場總線的開發(fā)更容易實現(xiàn)接口的標(biāo)準(zhǔn)化。

6 軟件質(zhì)量控制與代碼安全

6.1 質(zhì)量控制

標(biāo)準(zhǔn)化軟件，降低代碼的風(fēng)險，采用標(biāo)準(zhǔn)化軟件可以避免軟件不合理而造成的重復(fù)修改，提升代碼利用率，這包括PLCopen標(biāo)準(zhǔn)庫、廠商提供的標(biāo)準(zhǔn)庫，這些經(jīng)過長期工程驗證的代碼能夠確保代碼的質(zhì)量，不會造成潛在的軟件風(fēng)險。

6.2 代碼安全——Know-how的封裝

對于很多具有自主創(chuàng)新的企業(yè)而言，這是一個非常迫切的需求，在很多時候甚至是決定性的選擇系統(tǒng)的因素，B&R的Automation Studio為企業(yè)提供了不同級別的軟件安全控制機制，包括：

? 多級安全保護，項目和代碼的安全可以同時得到保障；

? 編譯機造成的無法復(fù)制，由于基于編譯器的二進制代碼生成和下載運行機制，使得復(fù)制與拷貝變得不可能，這樣也確保了代碼的安全和自主知識產(chǎn)權(quán)的安全。

7 行業(yè)庫的集成

軟件競爭力的核心在于行業(yè)工藝庫，針對印刷的張力、卷取、套色控制，紡織的勻整、吹瓶壁厚、金屬加工里的蛙跳等，這些構(gòu)成了一個公司對于行業(yè)的積累和深度理解，這正是一個公司能夠贏得客戶的核心競爭力與系統(tǒng)價值。

行業(yè)庫的集成基于軟件平臺來實現(xiàn)，具有一定的前提條件，將之前幾個軟件的考量因素均予以融合才能實現(xiàn)如此強大的軟件能力。

7.1 模塊化設(shè)計

高內(nèi)聚使得行業(yè)庫具有獨特的工藝特性元素構(gòu)成，滿足行業(yè)特定控制需求，例如：印刷套色、張力、采樣色標(biāo)、信號處理等模塊分別針對不同的情況，張力可以針對擺輥、開環(huán)等控制，色標(biāo)則針對不同的色標(biāo)進行處理，而套色則根據(jù)速度、加速度的變化、偏差值進行調(diào)節(jié)，這些由低耦合，而模塊內(nèi)高內(nèi)聚構(gòu)成的模塊為印刷行業(yè)實現(xiàn)快速的開發(fā)。

7.2 仿真與建模

模塊化功能可以基于MATLAB/Simulink進行建模生成，這種方式的開發(fā)會隨著不同機器的變化在仿真系統(tǒng)快速地實現(xiàn)原型分析，而無需硬件的反復(fù)測試，甚至是無頭緒的測試，可以模擬極端情況進行仿真而這些都是傳統(tǒng)開發(fā)所不具備的。

8 結(jié)語

軟件價值不僅僅是一個技術(shù)問題，也是一個全局把握機器開發(fā)的思想問題，只有那些滲透著創(chuàng)新精神的企業(yè)才能專注于這項卓越的智能開發(fā)平臺的建設(shè)。