人們都說自動化行業(yè)正在變成一個軟件產(chǎn)業(yè)，這一點(diǎn)不為過，與20年前的工業(yè)控制產(chǎn)業(yè)而言，今天納入到智能制造架構(gòu)的工業(yè)軟件正在變得更為強(qiáng)大，擴(kuò)展到更多的方向，因此，我們從產(chǎn)業(yè)需求，以及實際的應(yīng)用場景分析來描述“為何工業(yè)軟件能夠傳遞巨大的制造業(yè)提升價值“。產(chǎn)業(yè)鏈條的傳遞

消費(fèi)者的需求變化會給制造商帶來生產(chǎn)的靈活性需求，而另一個方面，這種個性化相較于傳統(tǒng)的大規(guī)模標(biāo)準(zhǔn)化生產(chǎn)也需要更高的質(zhì)量迭代過程、更快的生產(chǎn)柔性切換，以及更為精準(zhǔn)的成本評估，這使得對于機(jī)器和系統(tǒng)集成提出了更為模塊化、快速測試與驗證、連接的需求。

來到自動化，需要更為智能架構(gòu)與可擴(kuò)展性來實現(xiàn)以應(yīng)對這種變化的挑戰(zhàn)，而另一方面，標(biāo)準(zhǔn)化才能降低成本，因此，為了平衡，自動化將焦點(diǎn)放在了如何更為采用“軟“的方法來提升系統(tǒng)的靈活應(yīng)變能力。

需求從消費(fèi)者->制造商->OEM/SI->自動化廠商，而換個視角反過來就是自動化的價值如何傳遞到消費(fèi)端的變化的響應(yīng)能力上。

個性化的挑戰(zhàn)一直在發(fā)生，這也驅(qū)動著自動化產(chǎn)業(yè)不斷的去構(gòu)建系統(tǒng)、融合跨界技術(shù)來實現(xiàn)對各種挑戰(zhàn)的應(yīng)對能力。

工業(yè)軟件價值體系

圖2-工業(yè)軟件價值體系

在這里，我們僅以工業(yè)生產(chǎn)運(yùn)營環(huán)節(jié)的軟件構(gòu)架來闡述，工業(yè)軟件價值體系的幾個部分

1、集成開發(fā)平臺：這一概念為了實現(xiàn)“集成“，由于被集成對象隨著機(jī)器與工廠系統(tǒng)變得復(fù)雜，包括傳統(tǒng)的PLC邏輯控制，傳動控制，以至于今天的CNC、機(jī)器人、視覺的集成，另一個方面，為了降低學(xué)習(xí)成本，將系統(tǒng)配置、編程、測試、運(yùn)維也集成在統(tǒng)一平臺架構(gòu)上，這都是為了降低工程中的成本，避免在各個不同的軟件間的切換。

平臺當(dāng)然也包括了RTOS用于實時任務(wù)以及Windows,Linux這樣的架構(gòu)來解決HMI，開放軟件集成的問題。

2、軟件工程能力：對于平臺必須能夠提供軟件復(fù)用的模塊封裝，以及基于組件的開發(fā)（Component-Based Development），這樣的好處同樣是為了降低工程量，因為，個性化的機(jī)器，以及隨著業(yè)務(wù)的擴(kuò)展，更多的領(lǐng)域復(fù)用相同的軟件能夠降低大量的代碼開發(fā)與測試驗證時間，就像貝加萊的張力控制算法，可以針對紙張、薄膜、紗線、金屬板材等各種場景開環(huán)、閉環(huán)、擺棍多種形式的場景。

3、行業(yè)工業(yè)Know-How：這是今天無論是哪家自動化、IT或者機(jī)器制造商贏得市場的關(guān)鍵，每個領(lǐng)域都有其獨(dú)特的“領(lǐng)域工程“，無論是金屬板材成型還是化工的多系統(tǒng)耦合解耦，都是需要經(jīng)過反復(fù)驗證各種場景下的成熟軟件，這些使得每個企業(yè)構(gòu)成了其差異化以及核心的競爭力，以軟件形式存在的核心算法與工藝往往具有非常高的客戶長期忠誠度。

4、開放的軟件集成能力：顯然，沒有一家公司可以為制造業(yè)全流程提供所有的軟件，但是，基于一個開放的接口，控制系統(tǒng)、IT、數(shù)字化設(shè)計軟件之間就可以達(dá)成一致，例如MATLAB/Simulink、Pro-engineering、CATIA與工業(yè)控制軟件即建立接口，包括類似于EPLAN這樣的軟件也同樣可以發(fā)揮電柜制造的角色，當(dāng)然，Web服務(wù)器的集成也使得基于IE、Chrome等客戶端可以訪問機(jī)器與產(chǎn)線。

5、標(biāo)準(zhǔn)化軟件的支持：對于機(jī)器的集中控制以及分布式架構(gòu)而言，PLCopen組織的IEC61131-3，以及IEC61499等都是適合于標(biāo)準(zhǔn)化開發(fā)的，學(xué)習(xí)了統(tǒng)一的思路即可實現(xiàn)高效的開發(fā)。

6、機(jī)器智能：事實上，傳統(tǒng)機(jī)理模型在一些非線性、無模型領(lǐng)域無法發(fā)揮效果，但基于人工智能、機(jī)器學(xué)習(xí)的算法則從數(shù)據(jù)驅(qū)動角度解決了傳統(tǒng)的模型復(fù)雜性、需要專業(yè)人員支撐的應(yīng)用。

從以上幾點(diǎn)，我們能夠看到，工業(yè)除了傳統(tǒng)的PLC、PC控制器、HMI、運(yùn)動控制、柔性輸送系統(tǒng)、視覺這些硬件外，而真正讓他們發(fā)揮變化、響應(yīng)能力、競爭力塑造的，卻是軟件，無論是機(jī)器的柔性還是產(chǎn)線的柔性，都是可以基于軟件來實現(xiàn)。

顯然，自動化已經(jīng)是一個軟件行業(yè)了！

建模仿真

建模仿真主要基于對物理對象模型的建模，并與控制系統(tǒng)建立聯(lián)系，控制系統(tǒng)將針對邏輯、運(yùn)動過程、工藝進(jìn)行仿真，以獲得最佳參數(shù)，并通過自動代碼生成下載到控制器，然后測試驗證系統(tǒng)控制模型的效果。

圖3-基于建模仿真的機(jī)器開發(fā)過程

圖3,所示的建模仿真機(jī)器開發(fā)過程，事實上，基于建模仿真主要是為了解決以下幾個問題：

（1）難以進(jìn)行物理驗證或驗證成本非常高的應(yīng)用場景；

（2）具有較多的參數(shù)調(diào)整的需求；

（3）為了開發(fā)可復(fù)用的軟件模塊；

建模仿真在原創(chuàng)性的設(shè)計中最有必要，因為，長期開發(fā)需要通過模型積累更多的機(jī)器與產(chǎn)線適用性，并虛擬環(huán)境中測試參數(shù)的最優(yōu)匹配。

工業(yè)通信

實際上，盡管傳統(tǒng)的現(xiàn)場總線是一個硬件的連接問題，但是，今天的智能制造時代，對于信息的需求更為側(cè)重于軟件應(yīng)用，無論是為了實現(xiàn)邊緣計算的應(yīng)用，還是為了智能的機(jī)器開發(fā)，都需要信息的傳遞，而軟件的開發(fā)需要大量的接口，而OPC UA實際上就提供了針對這些軟件連接的標(biāo)準(zhǔn)接口。

圖4-OPC UA的工業(yè)通信連接架構(gòu)

OPC UA實現(xiàn)從底層傳感到垂直的ERP/MES、云端的連接，并在機(jī)器-機(jī)器間實現(xiàn)信息傳遞的接口，它看上去是一個通信問題，也同時是一個軟件的工程量降低的規(guī)范與標(biāo)準(zhǔn)支撐。

軟件模塊化—降低工程成本

制造業(yè)無論是機(jī)器制造商，還是工廠制造商，對于軟件有幾個特別的需求：

（1）可復(fù)用的模塊，能夠降低開發(fā)工作量；

（2）行業(yè)Know-How的封裝，以提高核心技術(shù)的保護(hù)；

（3）標(biāo)準(zhǔn)化的模塊設(shè)計降低軟件的測試驗證風(fēng)險；

（4）高內(nèi)聚、低耦合的模塊提高系統(tǒng)的靈活性。

貝加萊的mapp技術(shù)即基于這些需求而設(shè)計，通過多個層次的軟件模塊開發(fā)，實現(xiàn)機(jī)器到工廠的任務(wù)集成—大部分時間需要的是“配置“，而非”編程“。

圖5-mapp的模塊化應(yīng)用開發(fā)

圖5是mapp的架構(gòu)，包括了mappControl，如張力、溫度、液壓等基礎(chǔ)的專業(yè)庫，行業(yè)庫包括了機(jī)器人、注塑機(jī)、立式包裝、集裝相關(guān)吊裝的防搖、印刷套色等功能算法庫，再包括了針對機(jī)器的配方、報警、文件操作、趨勢等基本的功能呈現(xiàn)，還有為智慧工廠提供的OEE計算、能源、維護(hù)模塊。

機(jī)器，是配置出來的，而不需要那么多編程！

機(jī)器學(xué)習(xí)怎么玩？

實際上，雖然人工智能非常的流行，但就工業(yè)而言，這并非是新鮮事，傳統(tǒng)上的自適應(yīng)控制、模糊控制本身也屬于學(xué)習(xí)類的方法，只是算力不足，因此，在工業(yè)場景里并未能大規(guī)模應(yīng)用。

今天的控制器，其實已經(jīng)完全可以實現(xiàn)這些問題的解決，貝加萊就為機(jī)器學(xué)習(xí)提供了多種解決方案。

（1）基于PLC的機(jī)器學(xué)習(xí)，其實對于很多機(jī)器學(xué)習(xí)而言，直接來自于控制的參數(shù)和一個學(xué)習(xí)算法完全可以運(yùn)行在一個控制器上，貝加萊的PLC一直運(yùn)行一個定性分時多任務(wù)的操作系統(tǒng)，這使得它具有高級語言的算法設(shè)計能力，基于C/C++開發(fā)一個學(xué)習(xí)算法監(jiān)測控制過程的參數(shù)，這本身就是可行的。

（2）PC架構(gòu)的APC/Panel PC則有采用新的HyperVisor技術(shù)，它可以支持Windows/Linux和RTOS在多核CPU中運(yùn)行，在PC上可以插入AI加速器，這個加速器可以直接由Windows/Linux來運(yùn)行應(yīng)用軟件，并通過虛擬網(wǎng)絡(luò)與RTOS的實時控制任務(wù)進(jìn)行交互，這樣的架構(gòu)更為適合于工業(yè)應(yīng)用場景，因為，數(shù)據(jù)可以被無縫的連接。

（3）工廠與流程：APROL屬于工廠與過程自動化的平臺架構(gòu)，它內(nèi)嵌Python解釋器，第三方開發(fā)的機(jī)器學(xué)習(xí)算法與模型可以直接運(yùn)行，最為有利的在于，它也與APROL本身的歷史數(shù)據(jù)庫、實時數(shù)據(jù)庫進(jìn)行數(shù)據(jù)交互。

圖6-貝加萊機(jī)器學(xué)習(xí)的解決方案架構(gòu)

從圖6的架構(gòu)我們可以看到，工業(yè)軟件本身融合了自身的優(yōu)勢，即，有控制對象與模型，有實時數(shù)據(jù)，也有可支持算法運(yùn)行的PC服務(wù)器環(huán)境，支持各種靈活架構(gòu)及軟件的能力。

因此，工業(yè)軟件已經(jīng)能夠涵蓋從控制到學(xué)習(xí)、平臺到標(biāo)準(zhǔn)化、專業(yè)的行業(yè)的完全方案架構(gòu)能力。