确保由工业4.0驱动的设备自动化能实现大规模客制化的三大成功要素

网络时代的倡议例如工业4.0和物联网，对生产制造现场具有颠覆性的影响，但这与设备制造商为保持竞争力所面临的巨大冲击来比仍无法相提并论。虽然对工业4.0的主题已经有大量讨论，但对于设备制造商来说，真正的实际影响仍然令人困惑。简单来说，如果设备制造商希望打进新兴的即插即用智能工厂环境，设备自动化架构必须包含三个以集成为核心的关键特性。

如果我们简化到单纯的实践层面，工业4.0的目标简单来说就是实现大规模客制化的承诺。大规模客制化是最终极的商业策略，因为这能让公司根据每个客户的需求提供最高质量的客制化产品，同时仍能以大规模生产的价格制造这些产品。大规模客制化和工业4.0的概念最早应用于汽车产业，而现在已逐渐向其他产业扩展。

但这对设备制造商的机器自动化架构有什么影响呢？

如同业界专家大幅记载的那样，为了实现工业4.0，设备自动化必须采用新兴技术例如工业物联网（IIoT）、人工智能（AI）和确定性网络通讯，以便设备与工作单元或厂房内的其他设备协调运作。但其实远不止于此：除非设备控制器能与其他控制器和设备即插即用，能够适当响应来自云端或其他来源的实时数据，并根据可操作的见解(actionable insights)动态调整工作流程，否则这些设备将无法在工业4.0的环境中有良好表现。为了适应智能工厂的需求，设备制造商必须提供这些功能及更多特性，以确保客户能为个别的厂家以大量且相对低成本的方式，客制化高质量的商品或服务。

为了提供一个能在工业4.0环境中运作的产品，设备制造商必须优化或重新设计他们的设备控制器。这里有三个已逐渐为人所知的特性，经证明能为设备控制提供必要的灵活性，使设备在智能工厂的环境中发挥作用。

控制器必须包含以下几点：

1. 纯软件的设备自动化方法
2. 基于工业电脑的开放软件集成平台
3. 基于开放标准的软件兼容性

首先，当设备控制器成为纯软件解决方案的时候，即可消除所有专用硬件例如 I/O 或运动控制板并从中受益。这种方法的直接好处是能使设备控制摆脱特定供货商的限制，并降低即插即用的门槛。以工业总线为例，纯软件的 EtherCAT 主站能取代硬件 EtherCAT 主站，消除特定供货商专用缆线、I/O 和伺服驱动器的限制。EtherCAT 主站能支持来自不同供货商的混和伺服系统，因此能为高精度的流程购买高质量的伺服，而对于例如更换低精度的刀具，则购买性能较低的伺服驱动器。

但纯软件的设备控制方法还有一个更具价值的好处—消除硬件并使整个解决方案软件化，同时也符合工业4.0的需求。正如亚马逊数字化了经销商店一样，工业4.0致力于数字化设备和厂房，而软件正是这个数字化过程的关键，因此能共享信息，然后在发现可操作的见解时调整流程。硬件则无法像软件那样灵活地变化和适应。只有纯软件控制架构才能最佳实践工业4.0。

说到数字化，成功设备自动化架构的第二个要求是在工业电脑上提供开放的软件集成平台。市面上出现许多为了协助集成多个控制器过程的产品—在不需要设备之间精确协调的情况下，甚至打包各个独立的远程控制器。然而，集成多个控制器最有效的方法是将许多控制器集成到一台工业电脑上。如果所有控制器都在同一台电脑上运行，而不是尝试连接多个独立的硬件控制器，那么集成和协调控制器就会容易许多。想想看，如果所有控制器都在同一台 IPC ，就可以存取相同的系统时间，这对于集成多个设备的精确运动来说很重要，例如机器视觉引导的运动应用，像焊接机器人或表面贴装技术设备可能使用的那样。

而且，如果所有的控制器都在同一台 IPC 上运行，那么就有可能集成第三方的附加软件，例如智能边缘软件（如微软Power BI 或 施耐德 Machine Analysis），或者像OPC UA这样的通信产品以连接到云端服务器。这样就不需要购买硬件网关，因为 PC 本身就可以作为一个网关。

最后，支持基于标准的软件合规方法已成为工业4.0对设备控制的要求，因为这些标准大大简化了集成控制器、数字化和转换控制器产生的信息、与云端流程共享数据以及利用可操作的见解。然而并非所有的标准都是相同的，事实上，有些标准并不是真正的「开放」，没有被生态系统广泛采用的标准应被视为「封闭」，因为这些标准通常是大型自动化公司衍生的专用协议，会导致仍然被供货商所限制。要衡量一个标准的开放性、有效性和实用性，只需观察受影响的产业，并了解该标准被市场和供应链广泛采用的程度。

就像一个真正「开放」标准的例子：与许多高速数字总线形成对比，EtherCAT 已成为设备自动化领域最广泛接受的现场总线。网络通信与实时网络通信对于设备自动化来说非常重要，因此像 TSN、GigE、OPC UA 这样的标准，以及像 EtherCAT 这样的实时总线标准对于成功部署来说是不可或缺的。

总而言之，为了实现工业4.0的目标，包括满足即插即用或集成多个设备控制器的需求、数字化制造流程、并兑现当前与未来设备控制的承诺，将会需要一个纯软件的设备控制架构，才能运行在标准的工业电脑上，同时执行具有附加价值的物联网软件，并采用开放且重要的标准。

值得注意的是，这三项要求一直是每一代 KINGSTAR 设备自动化软件的指导原则。KINGSTAR 是一个纯软件机器自动化平台，致力于帮助我们的设备制造商客户实现工业 4.0、物联网和大规模定制化的承诺。