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    mapp-自动化软件开发的革命
    工业4.0时代,智能设备的开发必须更多的投入软件的研发已成业界共识,然而,如何实现软件与未来设备开发的匹配,先进的自动化厂商正在不断的寻求解决之道,我们将以来自奥地利贝加莱工业自动化的mapp为例,来呈现其具有革命性的创新,使得自动化更为自动化。
     
    1、软件变得越来越重要
    越来越多的我们发现,软件正在自动化系统中扮演着更为重要的角色,而随着芯片技术的快速发展,软件的角色重要性体现在以下几个方面:
    (1).软件是核心竞争力的容器
    越来越多的欧美企业将其对行业的工艺Know-How、操作流程、配方以软件的形式进行了封装,不仅使得操作变得更为简单,也使得其核心竞争力得以以软件形式保存。
    (2).软件让同一硬件平台实现了最大的可能性;
    即使采用同样控制系统硬件平台,我们仍然发现设备之间的差异化,这就是发挥了软件的能力—通过软件的设计使得操作变得简单,使得原有硬件基础上更友好的机器操作,更智能的设备实现。
     
    2、软件开发中的困境
    对于机器的开发工程师而言,必须面对众多的挑战,陷入困境是时常的事情,这表现在以下方面:
    2.1在生产现场进行设备调试
    在生产现场进行调试往往挑战巨大,因为,与其连线的设备只有较短的时间可以调试,并且很多调试材料的成本消耗巨大(如纸张的收放卷、橡胶材料的使用、多线切割所切割的蓝宝石材料均是价格昂贵),因此,往往给现场设备调试人员巨大的心理压力,只能开发可用为前提的设备,而无法对设备有充足的时间进行优化的设计。
    2.2在现场进行售后服务
    传统来说,售后服务必须对程序进行逐步的排查或者参数进行诊断,而基于mapp的远程维护与诊断可以使得工程师借助于IE浏览器即可对设备进行诊断,并且,程序可以通过FTP方式远程传送到机器上。
    2.3满足客户特殊要求
    客户的变更以及特殊的需求往往带来设备开发的巨大投入,新增一台设备加入到整个生产中往往额外的程序编写量,以及可能产生的出错。
    2.4控制项目周期和预算
    显然,设备尽快投入使用能够为用户带来生产的利益,而项目周期由于机械开发、硬件调试被耽搁,软件也变得滞后,如果不能快速的软件开发,则项目周期带来的人员成本、配套材料测试等会高昂,从而使得再为先进的设备也会付出高昂的代价。
     
    如何解决这个问题已经变得非常迫切,尤其是在智能制造的时代—设备更为复杂、集成度更高,订单的变化(插入、增加、减少)对机械的调整、安全的需求、机器人的集成、视觉的集成均使得系统开发变得更为复杂,如何高效的机器开发成为了当前自动化行业普遍面临的问题。
     
    3mapp-革命性的软件设计
    作为自动化业界最具创新力的公司,贝加莱工业自动化于2014年推出其最新的mapp产品,其基于Automation Studio平台实现针对智能机器开发的模块化应用开发(Modular Application)的智能软件产品,目前已经开始提供实际的使用。
    3.1聚焦迫切的应用需求
    其设计聚焦于以下机器开发的关键问题:
    (1)聚焦工艺 know-how
    (2)将机器工艺集成到软件中
    (3)提升竞争优势
     
     
    图1
     
    3.2标准化与模块化思想-平衡成本与灵活性
    Mapp的设计思想基于PLCopen标准库设计,采用标准化的设计在于降低成本,如同机械组件一样,标准化的配件制造成熟并可批量使用,因此,可以降低其使用成本,只需一次投入即可长期使用,但是,设备的开发同时也要实现个性化,解决这一问题的方法即是模块化,通过对模块根据机器进行共性划分,然后使得每个独立的模块被标准化,进而达到成本降低与机器的灵活性之间的平衡。
     
    4mapp的智能机器软件构件构成
    我们全局的理解各个行业的智能设备,我们可以按照mapp设计思想将其划分为以下几个部分:
    4.1.机电一体化对象工艺
    在机电一体化组件里主要针对运动控制与传动提供了高级的库,其遵循PLCopen Part 4协同运动控制,使得机器人、CNC、运动控制(定位与同步控制)在同一架构之下。
    4.2.行业工艺组件
    为各个应用行业提供的工艺库,如包装工业里的PackML、印刷工业的色标检测与套色控制、电子凸轮裁切功能、旋盖与贴标、膜包、码垛算法、张力控制(收放卷)等。
    4.3基础操作
    所有的设备均包含了统一的操作画面设计,包括:
    --报警
    --变量的监控
    --产量统计
    --基于XML的配方管理
    --文件管理
    --用户权限管理
    4.4远程诊断与维护
    对于现场运行的设备,终端用户、OEM设备制造商可以采用基于IE浏览器的访问方式来对控制器、机器状态、工艺状态进行访问,控制系统可以内嵌VNC Server、FTP Server、Web Server来由远程的客户端来访问并实现对设备的诊断。
    4.5软件互联的配置
    Mapp Link则是用于对不同的软件组件进行配置互联的工具,它可以实现对机器的
     
    图2
     
    5mapp的可视化的开发
    所有的开发均在Automation Studio中以可视化的方式来实现编程,对于用户而言,这个过程主要是对机器本身的过程进行配置,例如:对机器的操作仅需要设置相关的参数即可实现开发过程:
    图3是一个例子是对配方的管理:
    (1)基于PLCopen的功能块MpRecipeUI用于定义此配方的编辑画面设计
    (2).具体的功能
    ListBox用于定义名称、选项、最大选项;
    Button用于定义上下翻页
     

     
    图3
    而Scale定义了范围
    RecipData定义每个配方参数的数据类型、精度、实数值
     
    6、机器开发举例
    mapp设计为模块化的机器开发,我们从下面一个挤出机的开发为例来说明mapp的设计思想与实现:
    1.    机器的构成
    一个挤出机可以由挤出、牵引与裁切、产品捡取三个部分构成,在这个例子中,捡取部分采用了一个Delta机器人来实现被裁切的产品的捡取。
    2.    机器的共性
    对于机器的共性,采用mapp进行单独的开发,例如:报警、诊断与维护应用及其画面的设计。
    3.    机器的核心竞争力
    在每个环节的核心控制分为
    ●         温度控制
    温度控制PID支持多段温度调节,并可实现极高的温度调节精度和响应能力,温度PID功能库专门针对了挤出模块进行配置。
             螺杆挤出
    螺杆挤出的控制由电机的速度调节进行实现,并以速度与位置控制相结合的方式来实现快速挤出与精度控制的平衡,确保高速高精度的加工过程。
             电子凸轮裁切
    当材料挤出后,如管材需要进行定长裁切,Cross Cutter单元可以设置裁切长度、加减速区间、匀速段、智能的驱动系统可以据此计算其电子凸轮曲线的路径平滑优化,进而实现精度与机械冲击最小、速度多个方面的平衡。
             Delta机器人与传送带的同步
    机器人与传送带的同步遵循协同运动控制,Delta机器人和同步带可以根据坐标的设计进行耦合,并实现同步,而mapp中的Delta机器人可以通过参数快速实现开发,并与传送带同步。
     
    在核心的机电部分,mapp通过温度PID、CrossCutter、Delta机器人、传送带同步算法等来实现整体的模块组合,每个模块仅需通过配置即可完成独立的单元开发,并最终构成及其的运动协同控制。
     
    4.    单机与整线的开发集成
     
    图4
    本地配方、报警适用于单机开发时,而报警概览、全局配方则是针对整线的集成。
     
    7mapp的效果评估
    7.1缩短 67% 的程序开发时间
    对于mapp而言,其设计核心思想是降低工程师机器开发中的重复工作,使得聚焦于核心工艺的开发,进而提升效率,通过mapp在欧洲10个原型客户的测试获得的数据表明,mapp可以为机器的软件开发降低67%的时间,其效率提升是大幅度,而非小范围的改变,因此,其能力是有革命性的进步。
    7.2降低开发风险
    由于mapp的应用,机器开发工程师在安排项目开发计划时有更多的富余空间来思考设备的工艺开发,由于更多的时候是机器的功能组合而非具体的开发,这些时间无需耗费在重复的基础软件开发工作上。
    7.3降低软件维护成本
    这些标准库均是经过验证并被反复使用的,因此,其软件自身的可靠性使得整个机器的运行、维护更为简便,进而降低了机器的使用成本。
     
    开发成本节省的另一方面在于为某台设备开发的工艺可以被灵活的应用于另一个,如卷取可以被用于柔版也可以用于凹版的印刷,不同在于其采用的方式(摆辊、开环等模式)。
     
    mapp凝聚了自动化工程师对于机器的全局性理解,以及过去积累的经验的封装,这些都是mapp带来的价值,其革命性正在于其正在改变设备软件开发的新模式,以一种自动的“自动化“方式进行。
     
     
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