軟件與服務-重塑未來自動化行業核心競爭力
http://www.debgrams.com 2022-12-23 14:45 來源：貝加萊
工業軟件正在成為中國制造業的熱門話題，無論是制造端、裝備制造、自動化領域，大家都開始意識到軟件的重要性，以及軟件背后的知識、基礎理論研究、工程實踐、數據的重要性。這是對于知識、工程、創新、服務、人才的價值認知基礎下的產業集體行動。這預示著產業的集體意識覺醒-使得我們走向了更為重要的競爭力重塑軌道上。
產業需求正在發生的變化
數字化轉型與高質量發展
企業的轉型，要將業務從低端邁向高端，從低附加值擴展到高附加值、從賺快錢到可持續發展的道路。國家層面倡導高質量發展，而對企業也同樣要轉型到更具競爭力、應對變化、差異化競爭力的道路上。
圖1-企業的轉型在于從低端到可持續的高附加值延伸
數字化對于企業轉型，首先，就是要以數字化的靈活性，代替人在制造中的不確定性，將人的知識和經驗轉換為可復用的軟件。其次，要具有應對市場變化的能力，要將制造實現數字化，因為數字化具有最大的靈活性，通過軟件定義即可實現產線的靈活變化，工業互聯、數字孿生、邊緣計算都是為解決這些問題。第三，數字化轉型更為看重在智能化技術的人才與服務能力的企業，因為專業細分與協作的利益共同體應對競爭成為了必然。
應用復雜性與專業復雜性
上世紀80年代前，制造業處于大規模標準件的生產，固定的機械結構，以及通過PLC邏輯控制和電氣傳動機構，即可控制一臺機器的應用。在那個年代，一個電氣工程師即可輕松掌控一臺機器的程序。即使到了90年代后，隨著機器的材料種類的復雜性提高，有了更多的控制工藝的需求，而在印刷、塑料等領域大量的伺服電機應用，也使得多軸同步、電子凸輪的應用變得更為普遍，但即使在這個階段，電氣工程師仍然能夠掌控一臺機器的程序—用IT產業的術語，這被稱為“全棧工程師”，即，一個工程師即可掌控整個機器的應用程序設計和測試。
圖2-裝備制造業的自動化與智能化的進程
隨著機器變得越來越復雜，自動化的疆域也在不斷的擴展，從過去的梯形圖到算法工程師，從僅需了解邏輯到復雜的工藝算法。從變頻傳動到大量的伺服系統，以及CNC和機器人的應用，乃至再到今天的機電一體化如貝加萊的ACOPOStrak柔性輸送技術、機器視覺，以及采用機器學習、深度學習的缺陷分析、尋優應用。
已經不存在全棧工程師，而是需要多專業協同、不同團隊的協作，才能滿足從機器到工廠的整體集成需求，這使得“規劃”、“集成”這類復雜工程問題的專家變得更為迫切的需求。
定制化，延伸到應用與服務
在30年前，機器還屬于賣方市場的年代，標準的機型是存在的，然而，今天，這已經不存在了，每一個客戶的機器都會不同，甚至一個客戶的不同工廠/車間不停，今年和去年的不同—這種變化來自于市場的壓力，細分市場的差異，也來自于差異化競爭的需要。
終端市場的彰顯個性，傳導為制造企業的個性化生產，而對于機器就變成如何應對變化。這種需求傳導到了自動化行業，就需要以模塊化的軟件和硬件來快速搭建應用系統。
這需要自動化企業，具有快速搭建應用的能力，這包括軟件的模塊化設計，以及豐富經驗的機電工程師—因為，測試驗證也需要經驗，才能縮短周期。經驗，能夠減少這個探索的過程。
應用軟件開發與工程咨詢與實施服務方面的能力，必然成為未來自動化企業最為重要的競爭力。因為硬件的差異已經不大，并且橫向科技資源也不具有稀缺性。但是，人才、行業知識、專業服務-可以形成自動化企業的軟實力。
自動化軟件與服務有哪些？
行業的工藝Know-How，被封裝為軟件的模塊，這正是工業軟件的本質-對知識的復用。而服務，則面向裝備的全生命周期，從機器的早期規劃與設計咨詢、方案開發、人員培訓、遠程運維、升級改造的全流程。
工程前期方案咨詢服務
在商業咨詢領域的顧問，通常擁有豐富的經驗，能夠快速的把握問題，并制定有效的經驗。而同樣，在電氣自動化領域，優秀的顧問也同樣能夠為用戶制定有效的系統咨詢服務。
以前，電氣系統比較簡單，只要選擇I/O種類、數量、類型、精度（模擬量）等，據此配置CPU和電源的供電能力，然后通信連接HMI、變頻器等。而現在，隨著大量的伺服應用、機器視覺、柔性輸送的應用，這使得前期方案咨詢變得更為復雜，對于自動化廠商的銷售、工程師咨詢服務能力提出了更大的挑戰。
精準的電機選型-性能與能耗
電機的選型受到機械系統的傳動方式、負載的變化、運動模式（連續與頻繁加減速）等多種工況場景的影響，這些需要專業的顧問依據機械系統、產品設定的加工性能（精度、速度、重復精度）等進行計算，并選擇合適的電機與驅動系統，它需要考慮的包括初始采購成本、能源效率、安全等多方面的因素。很多缺乏這方面經驗的，僅依據“銘牌”—參考之前的選型，會給機器帶來諸多的問題，這些服務都會造成損失。
圖3-采用仿真軟件進行精準選型
貝加萊的工程師可以借助豐富機器開發經驗，通過在Automation Studio中內嵌的ServoSoft，以及通過MapleSoft這樣的的軟件建模仿真，來對電機進行精準選型，如圖3。
機電融合-需求與能力的匹配
隨著ACOPOStrak/ACOPOS 6D的這樣的柔性輸送系統的推出，其必須與制造產線的組裝流程、各個工位的工藝、精益生產所需的節拍、負載均衡、單件流（One Piece Flow）的設計和調度相關。這需要不但有機電工程師，也同樣需要懂精益制造、行業工藝的工程師與用戶之間形成“共同語言”的交流。將“需求”與“能力”實現匹配。
圖4-通過發現生產中的浪費實現效率最大化
如圖4，機電工程師需要與工廠制程工程師/IE工程師，共同對生產中的浪費進行挖掘，并制定有效的布局、緩沖設計、分流/匯流、節拍控制器，來使得產線達到連續流、柔性化與均衡生產。
UI設計-簡約而不簡單
客戶總希望“功能足夠強大，而操作又極為簡單”，這來源于像iPhone這樣的簡約設計思想，以及今天“數字原生民”們的生活方式，在觸摸、滑動間的操作，無需操作手冊，即可使用。
圖5-UI設計不僅僅在于美觀
UI設計融合工業與藝術之美，工業在于能夠標準的操作結構，達到內部、行業的統一規范。就像圖5中的UI設計，其實其格局包括了今天“IT與OT”融合所需的參數與信息，在一個頁面內即可完成不同的配置，背后是建模的強大（工藝及信息建模），使得呈現出強大而又簡單的的平衡。
機器視覺應用-因地制宜
機器視覺并不同于普通的傳感器或I/O，它需要根據被檢測對象的各種特征（反光、透光、折射）、周圍的光源條件、采樣頻率，進行視距、頻閃等的計算，然后進行安裝測試驗證，優化。而如果這種經驗缺乏的話，那么，就會意味著大量的工程時間，以及測試中造成不良品帶來成本的上升。
圖6-視覺需要配置不同的場景
如圖6在制藥燈檢中，需要對瓶子的蓋子、肩部、底部多個位置進行缺陷檢測，以及瓶身裂紋、懸浮物、纖維等的檢測。而這就需要非常好的相機采樣特征提取、光源設計、學習與訓練模型的應用等，需要專業的工程師進行設計。
所謂“磨刀不誤砍柴工”，要想取得“事半功倍”的效果，而不是“事倍功半”的效果，必須在項目早期的規劃與設計階段，引入專業的咨詢，由于現在機器的復雜性，因此，更依賴于專業的自動化專家參與早期研發。
聯合技術攻關
除此前期的工程咨詢變得專業性不斷加深。而現在，隨著專業分工和領域知識的需求。很多用戶在開發創新性機型時，也會傾向于委托開發形式。因為培養專業的工程團隊需要長的時間，以及大量的成本，而專業的自動化企業，在這方面的經驗可以提高效率、品質，并且更為快速響應。另外，擔心人員流失導致技術的泄露，而不像自動化企業，其并不需要這樣的知識，并且是能力的輸出，以及采用契約、模塊化封裝來避免Know-How的流失。
機電仿真
圖7-機電協同仿真提升開發效率
貝加萊的機器開發應用中，也會大量應用到MATLAB/Simulink控制系統的建模仿真、MapleSim的機電仿真、IndustrialPhysics的過程仿真。Automation Studio的控制任務開發與這些軟件可以通過FMU/FMI、OPC UA實現動態的協同仿真，加速機器的開發。
這種時候，需要裝備開發者的機械工程師、工藝工程師可以與自動化行業的電氣工程師一同來實現聯合的開發。
數據應用
越來越多的基于數據驅動的建模（機器學習、深度學習）用于品質、預測性維護、參數尋優。基于這些方法的應用越來越多。
圖8-基于數據驅動建模封裝工業知識
Hypervisor的PC架構也讓實時控制與計算任務同一硬件架構上來實現，而最新發布的exOS提供了在這方面的軟件平臺能力支持。
培訓～不止于技術
術業有專攻，越來越多的用戶開始重視電氣團隊的培養，他們需要更為卓越的工程師，但是，由于工程師的幾個來源，導致了需要專業的培訓：
👉工程師來自于非機電工程專業；
👉缺乏軟件、視覺等新興技術培訓；
👉大學缺乏工程思維訓練；
卓越的工程師在于借助專業工具、工程思維與方法，高效的解決問題，如圖9，頂級的工程師在不同階段具有不同的能力需求。
圖9-卓越的工程師是好的頂層設計師
而專業從事機電開發的自動化企業，在這方面，訓練出非常強的工程師自我造血能力，這種能力的輸出，也會有助于裝備制造企業、終端生產企業來提升自身的機電能力。
什么樣的企業具有這樣的服務能力？
但是，也并非所有企業特別適合或勝任軟件與服務的競爭力打造，而這通常需要具備以下一些條件和特性的。
工欲善其事，必先利其器
軟件與服務咨詢，必須建立在一個集成架構上，能夠實現可持續的競爭力塑造。像貝加萊的Automation Studio，就是一個非常強大的的軟件架構支撐軟件與工程服務的能力。
圖10-軟件架構支撐全集成創新性開發
如圖10，在貝加萊的Automation Studio，為大量的基本應用提供mapp的直接復用，因為，這些都是機器的共性部分。而又可以采用C/C++等為“核心技術”、“算法”提供開放的開發支持，這些都是機器的“個性部分”。以及機電模型的協作開發，這是需要探索的部分。在今天，大量邊緣計算、人工智能應用中，exOS又為這種軟件提供工具與平臺支撐，它讓控制系統具有使用Linux世界的開放資源，如Python、Java的代碼及工程師資源。
懂你-解決方案型
解決方案型企業不同于產品型企業，它本身必須具備全局的看待問題的視野，以及在長期的系統級開發過程中形成的工程能力、行業認知、專業應用的積累。
圖11-貝加萊的軟件層次架構
貝加萊在中國20余年，一直致力于垂直的行業解決方案的開發，因此，訓練出強大的工程服務團隊。并且如圖11，在軟件工程、行業應用、模塊封裝非常強的積累，這確保提供工程服務的效率。
專業型團隊的養成
貝加萊的銷售顧問，幾乎都是機電相關專業。很多由內部工程師轉崗從事銷售崗位，他們本身對機械對象非常了解，因此，在機電咨詢方面也有著非常深的功底。他們作為與客戶直接的接口，按照垂直行業劃分，用行業的語言與行業用戶溝通，提供適合行業的機電控制方案。
圖12-專業的團隊與組織架構
按照垂直行業劃分的應用工程師團隊，可以對用戶所在行業有快速的需求把握能力、快速的開發支持，避免犯不必要的錯誤。為了提升橫向的能力，則由機器智能研究院來提供共性算法、機電建模、軟件標準化封裝工作。在工程實踐領域，由超過15年的專家建立底線屏障，他們會評估項目中的風險，難題并避免項目走錯路。
卓越工程師培訓
自進入中國，貝加萊的工程師就一直接受著領先的工程培訓，并且，通過直接的客戶開發服務打造出一對“機器”開發的完美能力。
圖13-專業的工程師團隊
工程師的經驗，能夠為用戶降低開發中的風險，避免走“彎路”，或者造成“推倒重來”的風險。這基于良好的工程思維訓練，用戶需求導向的設計思維訓練、解構與重構，以及在測試階段的方法與工具使用、實事求是的態度。
少走彎路，避免架構的推倒重來，都會為企業降低研發風險、避免成本的浪費、打造出高品質的，能夠贏得市場的產品。
專業的培訓
貝加萊的EC培訓（Engineering Camp）是高強度的機電工程師培訓計劃，它在持續為貝加萊及伙伴打造著專業的工程師。涵蓋機電控制、軟件規范、通信、項目管理、溝通等課程模塊。全方位打造工程師能力，這不但為貝加萊提供軟件與服務提供持續的兵力支撐，也為貝加萊的合作伙伴、用戶提供能力輸出。
圖14-工程師宿營培養卓越工程師團隊
專業培訓，就是打造可具有創新力、嚴格工程規范的工程師，降低企業裝備開發的風險、形成差異化競爭力、降低不穩定性。
軟件與服務成為未來競爭力的關鍵
今天，我們都已經習慣于為自己所購買的手機APP支付費用，也為像愛奇藝、優酷視頻、喜馬拉雅支付年費的方式—這種重視軟件和知識產權的氛圍正在形成。對于制造業而言，同樣如此，優秀的企業正在通過卓越服務贏得客戶，也依靠增值服務獲得新的收入來源。同樣，他們也更愿意為這些來自于專家的知識、企業積累的軟件、專業的服務而投入。這一切，代表著產業走向高質量發展的顯著信號，也代表著產業的逐漸成熟、理性和注重自身發展的品質。
自動化，也正在用更為專業、特色、新穎的服務創新，為用戶帶來其自身的獨特競爭力。并因此，打造軟件與服務能力，正在成為自己未來持續競爭力的關鍵。
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