工業 4.0：基於 PC 的控製解決方案成為智慧工廠的核心技術
Beckhoff 基於 PC 的控製技術為工業 4.0 理念提供了理想的工具箱。它開辟了 實現富有遠見的從雲計算到社會自動化的理念的新方法。在這次采訪中，Ursula Frank 博士和 Josef Papenfort 博士闡述了哪些基礎技術、功能和服務目前已經上市，以及哪些地方仍然 需要進一步開發。
德國倡議“工業 4.0”的目的 是通過通信和智能控製提高製造業的靈活性、 效率和可持續性，以加強德國工業的競爭力。基於 PC 的控製 技術為實現這一目標做出了哪些貢獻？
Josef Papenfort 博士：工業 4.0 的核心是信息 技術（IT）和自動化技術（AT）的融合，而早在 25 年前 ，Beckhoff 就推出了其基於 PC 的控製技術，這項技術繼續為未來的發展提供了理想的控製架構。通過采用全球 IT 標準，我們用 IT 領域所提供的最佳解決方案 進一步完善了我們的自動化技術。這也適用於我們的 TwinCAT 3 自動化軟件，它具有實現工業 4.0 概念所需的模塊化性和麵向對象的特點。 此外，將 TwinCAT 3 集成到 Microsoft Visual Studio® 中，為整個產品壽命周期中一致的工程環境提供了理想的基礎，能夠直接使用 IT 領域中最新的軟件工程工具。隨著 PC 作為公認的技術平台，加上自動化設備規範（ADS）、EtherCAT 自動化 協議（EAP）和 OPC 統一架構（OPC UA），Beckhoff 擁有了用戶在 實現工業 4.0 所要求的縱向和橫向整合所需的所有資源。
Ursula Frank 博士：一方麵，Beckhoff 為根據工業 4.0 戰略實施智能 生產設施和智慧工廠 所需的基礎技術。另一方麵，這也 變得越來越重要 — 特別是與工業 4.0 概念相關 –係統的運作不僅高效，而且安全可靠。這也是“科技自動化”理念巨大潛力所在，它所集成的測量技術和狀態 監測功能，甚至能夠監測複雜的生產係統。To explain, 科技自動化 將各學科的最新研究成果集成到自動化技術中，從而讓我們能夠建立更可靠和更節能的內在具有智能化功能的生產係統。這也將需要 新的、直觀的操作界麵，使得人類能夠更加輕鬆地 完成他們的日常工作並能夠與智能設備進行更有效 的互動。畢竟，工業 4.0 不是為了要將人的因素放在 一邊。我們的多點觸控工業麵板使得這些新的操作理念成為可能。
工業 4.0 已經在現實生活中的得到應用了嗎？還需要進行什麼額外的開發嗎，如果有的話？
Ursula Frank 博士：現在已經有許多最終用戶，如大型廚房製造商 ，他們采用 Beckhoff技術對從收貨到發貨的整個係統 進行了自動化改造，包括將它們集成到 ERP 係統中。一些 初期的解決方案是明確按照工業 4.0 概念開發的，例如，通過提供跨所有層的持續通訊的方式 實現智能化的生產環境。不用說，在未來幾年內，我們 將繼續沿著這一方向開發我們的產品和解決方案。
Josef Papenfort 博士：作為 TwinCAT 3 的一部分，我們正在努力通過提供附加功能的方式改進 工程功能，比如更簡單的通訊功能 和配置。在這種情況下，不斷開發出通用的通信標準也是非常重要的，例如那些由 OPC 基金會和 PLCopen 協會所定義的標準。Beckhoff 正積極參與這兩項標準化工作。其中一個目標就是 不僅可以通過 OPC UA 或 ADS 與 ERP 係統通訊，而且還能夠直接在 PLC 中調用和執行這些方法。這將是通信技術發展的下個一步驟。
PC 控製技術的開放性對 “物聯網”有何重要意義？
Ursula Frank 博士：它非常重要。簡而言之，物聯網意味著產品以及係統及其模塊 間可以相互通信。這正是 Beckhoff 的開放式控製技術 的用武之地，它允許開發人員將係統 設計成具有智能運行和通信的能力。
Josef Papenfort 博士：開放的接口也是 PC 控製技術的顯著優勢這一。這適用於工程應用和正在使用的現場總線 技術，以及正在被集成的組件（如 RFID 芯片或智能傳感器）。
這種開放性是否也適用於用作集中式或分散式係統 的自動化架構？
Josef Papenfort 博士：這是當然。通常，我們更願意用 集中式方案，因為它在工程設計、數據管理和診斷等方麵 有很大優勢。但也有一些係統，如組裝機，使用 分散式方案效果會更好。例如，使用這樣的解決方案可以很方便地更換單個模塊，因為中央控製 組件必須隻能根據新的工作調整站。此外，生產區域內的係統 或設備在機器不會孤網運行，而通常是聯網運行 - 這一趨勢將對工業 4.0 概念有著顯著的促進作用。相應地，每台機器在一個大型係統中或通過工業 4.0 概念 進行本地控製。在這個方案裏，一個非常重要的因素是 在軟件方麵的實施，我們支持通過 TwinCAT 完成的模塊化編程。10 個軟件模塊是在中央 CPU 上運行還是在10 個不同的控製器上分別運行，這並不重要。模塊之間如何進行數據交換 — 在本地 PC 上還是通過具有相同確定性和高速度的 EAP - 也不重要。PC 控製技術可以根據不同的應用需求 很輕鬆地地實施任一版本。
未來，工業 4.0 甚至能夠延伸到那些 被稱為“機器 Facebook”或“社會自動化”的領域。這在實際上 有什麼含義？
Ursula Frank 博士：shehuizidonghuadeqianjingshejidaojiangxinxijishuhetongxinjishuzhongdeyixiezuixinyanfachengguozhuanyidaogongyeyingyonglingyu。zhengruwomenqianmiantidaode，jiangxinxijishuhezidonghuajishuyu PC 控製技術有機整合在一起是 Beckhoff 的核心技術理念。因此，Beckhoff 將始終密切關注信息技術在自動化技術應用方麵的 最新發展 情況。例如，諸如社會化媒體等的發展趨勢可能帶來新的通信 能力。我們必須了解在自動化領域利用這些通信能力能夠帶來哪些潛在好處。“機器 Facebook ”就是其中一項。例如，用戶可以在 Facebook 上創建個人檔案，用“時間軸”的方式記錄他們的生活，並在他們自己的“牆”上提供各種信息 或(huo)服(fu)務(wu)。若(ruo)轉(zhuan)換(huan)成(cheng)工(gong)業(ye)應(ying)用(yong)，這(zhe)將(jiang)意(yi)味(wei)著(zhe)，例(li)如(ru)，一(yi)台(tai)機(ji)器(qi)可(ke)以(yi)寫(xie)上(shang)其(qi)目(mu)前(qian)的(de)使(shi)用(yong)情(qing)況(kuang)或(huo)在(zai)一(yi)麵(mian)類(lei)似(si)的(de)牆(qiang)上(shang)提(ti)供(gong)服(fu)務(wu)信(xin)息(xi)。如(ru)果(guo)它(ta)不(bu)具(ju)備(bei)所(suo)要(yao)求(qiu)的(de)能(neng)力(li)，它(ta) 會將相關方推薦給相應“Facebook 機組中的“朋友”。另一種辦法是在如穀歌地圖或 TomTom 網絡軟件上改寫備份的交通流量信息，使得這些信息適合工業生產領域。這將讓您能夠監控工廠的機器利用率，甚至能夠通過 Doodle 為機器生成值勤表。
Ursula Frank 博士：“在今年的漢諾威工業博覽會上，Beckhoff 專門設立了一個工業 4.0 展示區，展示了 Beckhoff 開放的、基於 PC 的(de)控(kong)製(zhi)技(ji)術(shu)使(shi)得(de)今(jin)天(tian)將(jiang)生(sheng)產(chan)係(xi)統(tong)和(he)模(mo)塊(kuai)無(wu)縫(feng)集(ji)成(cheng)到(dao)現(xian)有(you)的(de)或(huo)新(xin)的(de)係(xi)統(tong)中(zhong)成(cheng)為(wei)可(ke)能(neng)，且(qie)它(ta)們(men)不(bu)僅(jin)可(ke)以(yi)實(shi)現(xian)相(xiang)互(hu)間(jian)的(de)通(tong)訊(xun)，還(hai)可(ke)以(yi)與(yu)上(shang)位(wei)生(sheng)產(chan)規(gui)劃(hua)和(he)控(kong)製(zhi)係(xi)統(tong)進(jin)行(xing)通(tong)訊(xun)。但(dan)要(yao)全(quan)麵(mian)支(zhi)持(chi)工(gong)業(ye) 4.0 概念仍然需要在未來幾年裏開展更多的研究和開發工作。”
Josef Papenfort 博士：我們再次回到在 PC 控製的架構進行信息技術和自動化技術的融合。正如我們將我們的自動化專業知識與 Visual Studio® IT 工程工具整合在一起來創建 TwinCAT 3 軟件一樣，下一步可能涉及到將自動化功能添加到如 Facebook、Doodle 或 WhatsApp 等網絡軟件中。另一種方案已經由 Beckhoff 實施，其進行的技術研究證明，穀歌眼鏡作為一種“可穿戴式設備”，keyixianzhujianhuarenjijiaohu，keyiyongyutiaoshiheguzhangzhenduan。gugeyanjingjuyouzhuruzaixianzhichixinxijiansuogong，bingnenggoutongguojiyushipindeshishiliaotiangongjujinxingguzhangpaichu，cixiangjishudadatuidongleshehuihuazidonghuadefazhan。
當前 IT 領域的熱點技術話題，如雲計算和大數據，發揮了怎樣的作用？
Ursula Frank 博士：未wei來lai，我wo們men將jiang看kan到dao越yue來lai越yue多duo的de解jie決jue方fang案an使shi用yong雲yun存cun儲chu技ji術shu來lai保bao存cun數shu據ju和he參can數shu。最zui終zhong，信xin息xi存cun儲chu在zai哪na並bing不bu重zhong要yao。但dan是shi在zai現xian在zai及ji今jin後hou幾ji年nian內nei，大da部bu分fen的de數shu據ju仍reng將jiang在zai機ji器qi或huo係xi統tong中zhong處chu理li。另ling一yi方fang麵mian，在zai很hen多duo情qing況kuang下xia，諸zhu如ru測ce量liang數shu據ju等deng信xin息xi已yi經jing存cun儲chu在zai雲yun服fu務wu器qi中zhong並bing進jin行xing離li線xian分fen析xi。我wo們men一yi定ding會hui看kan到dao越yue來lai越yue多duo的de客ke戶hu將jiang會hui轉zhuan向xiang采cai用yong雲yun計ji算suan。從cong長chang遠yuan來lai看kan，肯ken定ding會hui有you一yi些xie網wang絡luo軟ruan件jian會hui給gei自zi動dong化hua技ji術shu帶dai來lai影ying響xiang，例li如ru一yi個ge機ji器qi監jian控kong應ying用yong程cheng序xu。
Josef Papenfort 博士：cishi，duiyudashuju，jilaiziduozhonglaiyuandedaliangshuju，zhongdianzhuyaofangzaishujucunchushang。youyuzhengzaicunchudetuxiangheshipinyaoyongyugengchedidegenzonghezhuizongyingyong，shujuliangbiranhuizengjia。shouxian，womenjiangkandaogengduodelixianfenxi，erzhexiejiangyuelaiyueduodidizuoweiyizhongjiyuyundefuwulaizhixing。zaifengdianlingyu，zhezhongzuofayixingzhiyounian。fuwugongyingshangbuxuyaofangwenfenglifadianjibenshendeshuju，ershibatacongyunshangnaxialaiyijinxinglixianfenxi。
在這方麵，我們將能夠看到更多的實時服務嗎？
Josef Papenfort 博士：隨著越來越多的數據被存儲在雲中，我們還將看到更多的實時 - 或者更確切地說，確定性 - 處理。有了 IEEE1588 協(xie)議(yi)之(zhi)後(hou)，目(mu)前(qian)這(zhe)樣(yang)的(de)實(shi)時(shi)服(fu)務(wu)已(yi)經(jing)實(shi)施(shi)用(yong)於(yu)實(shi)現(xian)機(ji)器(qi)同(tong)步(bu)。這(zhe)種(zhong)同(tong)步(bu)收(shou)集(ji)分(fen)布(bu)式(shi)數(shu)據(ju)的(de)方(fang)式(shi)將(jiang)變(bian)得(de)越(yue)來(lai)越(yue)普(pu)遍(bian)，尤(you)其(qi)是(shi)在(zai)測(ce)量(liang)技(ji)術(shu)領(ling)域(yu)，但(dan)它(ta)不(bu)會(hui)取(qu)代(dai)機(ji)器(qi)中(zhong)的(de)本(ben)地(di)控(kong)製(zhi)智(zhi)能(neng)係(xi)統(tong)。另(ling)一(yi)個(ge)比(bi)較(jiao)重(zhong)要(yao)的(de)方(fang)麵(mian)是(shi)：womenyijingyouleyongyushishifenxishujudejishu，jisongruyunzhong。congzhongqilaikan，zhexiejishukenenghuihuodeguangfanjieshou，yibianzaicunchuzhiqianguolvdiaodaliangbuzhongyaodexinxi。
這種複雜的工業 4.0 工程概念仍在可控範圍內嗎？
Josef Papenfort 博士：現代係統正變得越來越複雜，而工業 4.0 概念隻會加速這一趨勢。這就是為什麼我們未來必須更加注重高效和可靠的工程。我們已經借助 TwinCAT 3 朝chao這zhe個ge方fang向xiang邁mai出chu了le一yi大da步bu，從cong而er通tong過guo諸zhu如ru源yuan代dai碼ma控kong製zhi和he自zi動dong代dai碼ma生sheng成cheng等deng功gong能neng降jiang低di了le工gong程cheng工gong作zuo量liang。在zai這zhe裏li我wo看kan到dao改gai進jin的de可ke能neng就jiu是shi提ti高gao數shu據ju管guan理li的de效xiao率lv，例li如ru，通tong過guo直zhi接jie將jiang電dian機ji設she計ji數shu據ju傳chuan輸shu到dao工gong程cheng係xi統tong中zhong，並bing可ke在zai無wu需xu花hua費fei任ren何he額e外wai的de工gong作zuo的de前qian提ti下xia提ti供gong這zhe一yi數shu據ju。
Josef Papenfort 博士：“工業 4.0 的核心是信息 技術（IT）和自動化技術（AT）的融合，而早在 25 年前，Beckhoff 就推出了其基於 PC 的控製技術，這項技術繼續為未來的發展提供了理想的控製架構。”
Ursula Frank 博士：這一領域還有很多事需要去做。從工程角度來看，不同開發領域 — 如控製技術和 E-CAD 或 M-CAD — 之間的數據傳輸，還無法做到完全無誤和無縫。目前已經有了一些方法和解決方案，如 AutomationML 標準，但我們在這個時候並沒有有一個標準的數據庫。TwinCAT 提供很多開放的數據導出和導入接口已經有些年頭了。Beckhoff 的 TwinCAT E-CAD 導入程序使用的就是這些接口，可以與市場上的各種電子 CAD 程序直接通信。但是，仍然需要額外的工具。例如，ERP 係(xi)統(tong)中(zhong)的(de)命(ming)令(ling)數(shu)據(ju)必(bi)須(xu)能(neng)夠(gou)傳(chuan)輸(shu)到(dao)工(gong)程(cheng)層(ceng)。但(dan)是(shi)，最(zui)重(zhong)要(yao)的(de)是(shi)數(shu)據(ju)可(ke)以(yi)在(zai)各(ge)個(ge)層(ceng)麵(mian)進(jin)行(xing)共(gong)享(xiang)，以(yi)使(shi)得(de)整(zheng)個(ge)生(sheng)命(ming)周(zhou)期(qi)內(nei)的(de)有(you)效(xiao)和(he)同(tong)步(bu)工(gong)程(cheng)成(cheng)為(wei)可(ke)能(neng)。
作為工業 4.0 的必然結果，仿真將在工程領域發揮更大的作用嗎？
Ursula Frank 博士：工業 4.0 將使係統變得更複雜、gengzhineng，yegengnanyiyuce。jiqikeyizixingzuochufanying，bingyuqitajiqijinxingtanpan，errennaoyijingbuzainenggouyucedaozhengtixingwei。zhejiushiweishenmegongnengqiangdadefangzhengongjujiangshibukehuoquede。zheshiyigezhenzhengchangqideyuanjing，danlixiangqingkuangxiawomenjiangyouzheyangyigegongju：仿真不僅是開發理念而且還可以自行進行驅動仿真。
Josef Papenfort 博士：這樣的係統不僅可以縮短調試時間，還能夠降低係統成本。仿真可以支持所有的領域，如機械設計、dianqigongchengjiruanjiankaifa，yinweitajiangshiwomennenggoukuaisuditongguokongzhijishuheruanjianduirenyigaidongjinxingceshi，wuxuxiugaiyingjian。dangran，bixutigongxiangyingdejiekouyidaorufangzhenmoxingjitigongxiangguandeshuju。rujin，TwinCAT 3 已經提供了諸如實時集成 Matlab®/Simulink® 模型以及用於對仿真環境輕鬆進行配置的 TwinCAT 仿真管理器等功能。
針對工業 4.0 已經進行了哪些具體的研究活動？
Ursula Frank 博士：舉例來說，我們是“it's OWL”（北威州智能技術係統）技術網絡的核心公司之一，該技術網絡在 2012 年被公認為是德國聯邦教育和科研部（BMBF）的”尖端集群“並且是第一個大型工業 4.0 項目。除此之外，我們正在努力製作參考模型，即適用於各類生產係統的自動化解決方案，它們可以移植到類似的係統上。此外，ScAut 項目 — 其重點是科技自動化平台 — yijingweiziyouhuadezhinengjiqihexitongdekaifaheyunyingdailaileshishizaizaidejingjiliyi。shibutongdeyingyong，zhuruzhuangtaijiancehedianlijiancedengkejizidonghuagongnengkeyijieyuedayue 20％ 的能源，提高 10％ 的生產效率，並節約 50％ 的維護成本。
關於德國倍福（BECKHOFF）
德國倍福自動化有限公司的總部位於德國威爾市。公司在世界各地設有分支機構，加上全球的合作夥伴，目前公司業務已遍及70多個國家和地區。
倍福始終以基於PC的自動化新技術作為公司的發展理念，所生產的工業 PC、現場總線模塊、驅動產品和TwinCAT自動化軟件構成了一套完整的、相互兼容的控製係統，可為各個工控領域提供開放式自動化係統和完整的解決方案。30 多年來，倍福公司的元件和係統解決方案在世界各地得到了廣泛的應用。 自 2001 年3月德國倍福在北京成立中國第一個代表處， 2007年5月，德國倍福在上海成立獨資公司，並將倍福中國區總部遷至上海，此後公司業務進入一個快速發展時期，目前倍福已經在北京、廣州、成都、武漢、南京等全國 19個大中城市設立了辦事處。隨著各種具有良好性價比的新產品、新技術不斷進入中國市場，其勇於打破傳統控製模式，傾力推廣 PC 控製新技術的理念已被越來越多的中國用戶所接受。
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