AT与IT融合 演绎工控传奇

点击数:1094 发布时间:2016-10-21
无论是德国工业4.0所涉及的快速、小批量柔性化生产,还是中国制造2025的绿色、高效智能制造,与IT深度融合的工业自动化技术终将发挥核心作用。
AT与IT融合 演绎工控传奇

无论是德国工业4.0所涉及的快速、小批量柔性化生产,还是中国制造2025的绿色、高效智能制造,与IT深度融合的工业自动化技术终将发挥核心作用。德国倍福(Beckhoff)作为PC控制的领导者,始终以前瞻性思维积极实践着自动化(AT)与IT的完美融合。2016年时值倍福中国成立15周年,从最初的不为人知,到业务突破10亿元,成为开放式自动化系统和解决方案的引领者,本文通过对德国倍福(Beckhoff)中国区执行董事、总经理梁力强先生的采访,力求展现倍福在硬件平台、应用软件和互联通信等环节不断赋予自动化的新价值,探究缔造业界传奇的成因。

PC控制三原色

德国倍福诞生的八十年代正是PLC广泛取代继电器控制的激情岁月,面对快速增长的市场,如何着眼未来,另辟蹊径并形成独特的企业竞争力是生存与发展的关键。区别于众多从电气化跨入自动化的厂商,倍福大胆实践将控制由硬件转向软件,即用不同的软件平台取代不同的复杂硬件,这一思维打破了传统的工业化思维理念,开创了将PC应用到工业自动化领域的新时代。当时倍福选择MS-DOS操作系统的PC作为控制器,以C语言进行编程运算。1986年,倍福首台基于PC的控制器成功应用于门窗加工的双刀斜切锯上,生产数据和高效附加程序可通过软驱进行写入,确立了倍福借助开放硬件平台,以软件实现自动化功能的核心理念。开放的PC控制具备运算速度快、成本低、程序编写便捷等鲜明特点,更为重要的是让用户摆脱了传统模式对控制器厂商的依赖。梁总强调,PC控制器,连同陆续推出的EtherCAT实时以太网通讯技术和TwinCAT软件构成了倍福PC控制理念的“三原色”,而IT思维与工业应用创新则成为倍福重要的成长基因。

总线、系统和行业三部曲

回顾在华15年的发展历程,梁总认为准确的市场定位和执着坚守是打开市场突破口的关键。2001年,梁总创立Beckhoff北京代表处,将企业命名为“倍福”,寓意“Double Happiness”。梁总此前任职于电子工业部进出口总公司,负责机床和加工中心等核心设备的技术引进,对国内市场情况和国际机电一体化与自动化技术的发展有着深入了解。梁总指出,市场对任何新技术的接受都需要过程,当时基于PC的控制技术即使是在欧洲的接受度也只有10%~15%,现场总线I/O成为倍福进入中国的切入点。当年中国市场已经开始普及以Profibus为代表的现场总线技术,总线I/O产品的需求旺盛。倍福I/O产品支持众多总线协议,高度的灵活性提供用户多种选择,产品品质可靠,适用场合广泛,受益于顾问式销售模式与务实的价格策略,倍福中国的业务取得了快速增长。倍福通过与中国机电一体化技术应用协会、PLCopen组织密切合作,积极组织和参加每年的大型现场总线全国巡演和技术交流会,并在北京、上海、广州等地常年举办技术培训班,为培育市场做了不懈的努力。

随着PC控制的理念被越来越多的用户所接受,以及倍福硬实力和软实力的提升,倍福中国从2003年开始向市场推广系统方案,同时建立覆盖大中城市的营销网络,完成从分销到直销的转型。硬实力指的是2002年推出的导轨安装模块化PC—CX1000嵌入式控制器, CX1000不仅拥有传统PLC功能,还具有运动控制功能,可以集成人机界面(HMI),除标准配置集成了串口和以太网接口外,还可以选择各种现场总线主/从站接口,成为PC-Based Control挑战PLC的先锋。软实力则是2003年倍福开发的基于以太网的EtherCAT总线。EtherCAT研发得益于倍福PC控制的理念和IT融合的技术路线,高速实时通信克服了现场总线对于PC控制系统性能的制约。难能可贵的是,倍福以开放共享的胸怀将EtherCAT开放给整个行业,2003年底就牵头成立了ETG国际组织,目前全球会员公司3900家,中国突破500家,成为全球最大的现场总线协会。2014年10月,EtherCAT正式成为推荐性中国国家标准(GB/T31230-2014),2015年12月,EtherCAT入编工信部《国家智能制造标准体系建设指南》,为中国制造2025的核心—智能制造提供重要的技术支撑。

2007年5月,倍福全资中国分公司落户上海,与此同时,行业思维让倍福中国的发展步入新阶段。在强化行业应用的思路下,TwinCAT软件平台融合C++和Matlab算法,成为工程师们的开发利器,倍福不断将特定行业的专项功能库集成到TwinCAT平台中,最大限度节省用户的开发周期和成本,通过有效的技术培训和联合开发,让不同行业的用户受益良多。截止目前,来自不同行业技术工程师的“倍福技术之星俱乐部”已突破1600人。

为装备制造业服务,提升客户竞争力

梁总于2007年制定了以风电为代表,聚焦垂直行业的发展路线,倍福准确把握住了中国风电产业发展的战略机遇。倍福基于PC的控制技术在风机主控、变桨控制及风场网络监控方面得到了广泛应用,倍福推出的用于快速开发大型兆瓦级智能风机的TwinCAT Wind软件架构,将工业4.0技术与Beckhoff成熟的风电行业知识完美结合于一体,成为新一代风电控制系统的理想开发平台。此外,倍福强化对风电客户的现场服务与技术支持,为几十个风场的数百位现场服务工程师进行技术培训,为保证风电机组的高效、无故障运行创造了条件。目前,倍福基于 PC 的嵌入式系统已成为国内兆瓦级风力发电机组的主流控制器,市场占有率超过50%。

运动控制是众多工业应用的关键,2008年推出的XFC极速控制技术汇集了倍福多项核心技术:高性能工业PC、超高速I/O模块、EtherCAT以太网通信和TwinCAT软件,以I/O响应时间≤100 µS的高速控制方案,进一步打开了设备性能的提升空间。2009年,倍福采用XFC极速控制技术在烟草行业的高速卷烟机中成功替代专业进口控制器,打破了行业技术壁垒,使国产烟机自动化控制系统达到国际先进水平,受到中国烟草机械总公司的高度评价,于2015年被确定为全行业统一电控平台。

2015年,倍福进军快速增长的消费电子领域,凭借产品在非标设备开发过程中的开放性和便捷性,与深圳华为共同研制开发了多种类型的手机测试和组装设备。多年来,在金属加工行业的激光切割系统、光伏行业的PECVD电控平台等领域,倍福以面向行业的解决方案,有效支持了国内企业的自主创新,促进了产业数字化与智能化发展,缩短了我国装备制造业与国际先进水平的差距。与此同时,为了促进科学技术与自动化技术的相互融合,梁总积极倡导“科技自动化”理念,发起并共同创建中国科技自动化联盟,与联盟共同打造符合中国制造业现状的“智慧工厂1.0”目标框架,为制造业企业,尤其是中小企业指明了一条通向智慧工厂的现实路径。

传递工业4.0价值

在通往工业4.0的道路上,倍福积极进行多维度的创新实践。通过为欧洲最大的橱柜制造商“柏丽”(Nobilia)提供数字化工厂解决方案,满足小批量、多品种,柔性定制化市场需求。该项目采用倍福基于PC的控制技术,与Oracle,ERP之间建立数据互联,最大化实现了橱柜生产中的数据透明性,甚至能够完成单件定制的生产流程,TwinCAT软件可以对设备进行模块化设计,大大缩短了工程时间,这些正是工业4.0理念的鲜明特征。目前,柏丽工厂每天可生产2600套个性化的橱柜,完成88种不同的门板设计,橱柜年产量达58万套。

中国用户也成为倍福创新实践的受益者。在三一重工上海临港全球最大的挖掘机生产基地中,以工控机、控制面板、TwinCAT软件和总线I/O等倍福自动化产品打造的焊接、装配生产线和物流控制系统,采用高速无线通信技术,改变了工程机械行业传统物流和生产方式,极大地提高了企业的自动化水平和制造柔性。

梁总指出,在数字化与智能化的大趋势下,软件成为构建工业4.0的重要拼图。在TwinCAT诞生20年之际,倍福与时俱进地推出了针对物联网和工业4.0的TwinCAT解决方案。TwinCAT IoT包含标准化的云通讯协议,使所有现场层的控制器可以轻松、安全、快速地与云服务器通讯;倍福工业4.0软件解决方案的核心是TwinCAT Analytics,该软件具有全新的算法并自带数据库,它可以周期性地同步存储过程数据,以便进行在线和离线状态分析、预测性维护、模式检测和机器优化,所设计的数据格式可方便地通过微软或亚马逊提供的分析服务功能进行访问和处理,为制造业迈入云服务时代创造了条件。

结束语

回顾在华15年的发展历程,倍福的成功,不仅改变了中国工业自动化领域的产业格局,更是影响了业界的控制理念和AT与IT的融合思维。展望未来,梁总强调,中国制造2025明确了产业发展的主攻方向,而智慧工厂成为智能制造的载体和落脚点。大数据、物联网和云计算等IT技术的应用为制造业勾勒出数字化的蓝图,而在倍福主导下研发的OPC UA通讯构架以安全、可靠、独立于厂商的技术,使来自制造层级的原始数据与生产执行系统和ERP层级无缝贯通,为构建智慧工厂奠定了坚实的基础,而倍福演绎的工控传奇,正如当前的数字化进程一样,才刚刚开始。