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Softmotion助力企业打造智能工厂

2019-06-11 09:59 出处:未知 人气: 评论(

  智能工厂的智能化相当模糊,大多的看法都是着眼于未来,事实上制造业的各式设备成本高昂,且制程技术有延续性,不太可能一夕即变,因此比较务实的智能化作法,是让既有的自动化解决方案更容易被使用,透过各式设备,让制程步骤逐步简化,再让更多智能嵌入到系统之中,借以协助设备商进行简化系统集成的相关步骤,并同步提升整体系统的效能。

  由于多轴的同步运动控制是自动化设备的最基本需求,尤其在自动化的高度集成趋势下相当重要,也因此,Softmotion成为厂商打造智能工厂的另一项选择。

  运动控制的核心运算演化

  在智能工厂的运动控制部分,过去的传统作法是以CPU作为运算核心,但CPU架构向来有大量布线与系统复杂的问题,后来分散式运动控制的出现,正是为了解决上述问题。目前CPU架构的自动化系统,多是在板卡上加装运动控制卡,用以处理运动控制讯号,将所有信息与控制,从传统的CPU转移到自动化系统的边缘装置上,分散CPU的工作。此一作法除了降低CPU工作负荷外,布线需求也大幅减少,还可以有效降低安装成本,简化布线作业,节省大量时间金钱。

  CPU架构在自动化产业运行了一段时间后,DSP与FPGA控制器开始被导入,让运动控制走向开放式架构,运动控制的核心控制技术,也从SoC、微处理器、ASIC,一路发展到现今的DSP(digitalsignalprocessor;数码讯号处理器)、FPGA,开放性运动控制核心现已在市场大量出现。

  DSP控制效果与连续系统相当接近,归功于强大的资料运算处理功能,即使在复杂的控制中,一样可以取得极小的采样周期,利用DSP的实时运算,进行复杂的运动学、动力学计算,和误差补偿、运动规划、高速实时多轴插补,让运动控制的运动更加平稳,精度愈高,速度也愈快。产业对高速度、高精度的要求,正是催生运动控制的温床,使运动控制运用范围,从传统产业到热门电子产业皆有之,还包括医护设备、绘图仪等跨领域的广泛应用。

  FPGA则针对需要重复改变组态的电路,挟其逻辑闸特性,让设计者可依自身需要加以改变设计,特别适用于必须不断变更设计的产品开发,可以有效加速产品上市时间。建构于这样系统之下,以软件为基准的Softmotion也由此而生。

  Softmotion让系统更有弹性

  Softmotion是透过软件以函式库与高阶语法,进行开发运动控制的作动,这种运动控制的架构,适合用在规划大型系统的应用环境,因此象是欧系厂商如西门子及3S,均有相关的集成应用,台湾方面也有厂商推出相关产品,其中台达电推出的ISPSoft的开发接口,就符合IEC61131的规范,可以应用于Softmotion。

  业界均认为在大型系统的应用上,Softmotion可进行较为复杂的动作规划,这种作法在传统以PLC的架构上不易做到。Softmotion目前在欧洲较受到青睐,台湾厂商除了自行开发的软件系统,也有与欧洲开发商进行客制化的合作。

  Softmotion的发展除了弹性应用之外,另外一个重点在于智能制造的最终目标,使用者可以任意调整产线的产能与制程项目,让运动控制可以依需求进行调整。不过,由于工业通讯标准EtherNET仍处于百家争鸣的情况,如果通讯接口无法共通集成,像要透过系统达成实时性控制需求的设定,会有一定程度的困难,这也是现在Softmotion在技术发展上,必须克服的挑战。

  目前台湾厂商的Softmotion规划,多以DSPMotion为主,透过DSP分担CPU的控制功能,以单一指令完成复杂应用,在应用程序与函式库集成的加持下,使用者可以简化程序设计,只需进行部分参数的设定,就可以完成复杂的运动规划;此外,也会进一步的提供程序下载的功能,将原先规划于CPU上的信息转存到DSP上,让资源分配有效运用,把复杂的控制运算交由DSP进行,让CPU的运算能力分配到其它的需求面向,集成后将会产生更强化的运算能力。

  由于目前仍有集成性的问题,Softmotion在发展上仍有相当挑战,台湾的工业设备厂商,多是提供一个可集成不同规格系统的平台,让使用者可以置换底层的装置,上层可由相同的软件平台系统进行一致性的规划。

  软件模块化提升系统延展性

  虽然通讯标准仍未全面集成,不过业界人士均认为,此一问题的解决只是时间问题,随著问题的消失,Softmotion的优势将会逐步凸显出来,而Softmotion最大的优势,来自于他的软件模块化设计。软件模块化可以简单的功能来进行规划,让运动控制的技术产生了延展性,透过软件架构的修改与客制,即可用最简单的方式降低运动控制应用的成本,以可提升相当的效能,此一延展性,让系统从小规模到大且复杂的架构,均可发挥充分的效用。

  尤其近年运动控制系统的应用,已逐渐走向精密化,无论在电子组装暨检测设备,LED打件、打线、太阳能晶圆生产设备、半导体测试设备及自动光学检测设备等等,或是产业加工机械如雷射加工机、切割机具、多轴同步加工设备等,自动化系统的关键核心技术均在运动控制能力的展现。

  制程所需的高精度与高稳定度之制造设备与检测机台,必然需搭配高效能等级的运动控制模块,才能搭配完整的效用,模块化的技术在可以让使用者依需求搭配,在不同的要求底下弹性调整,观察现况产业,除了前述高精度产品需求外,另一个极端则是技术含量较低但产量极大的应用,Softmotion可提供在不同需求下的不同集成,让产业可以弹性整备。

  由硬件保证实时同步的运动控制,不但较为稳定,而且透过导入函式库的规划,也可以协助系统在开发上保持一致性,在降低整备的时间及应用系统的授权成本上,均可以产生较高的附加价值。

  稳定性仍有待观察

  以先一步发展Softmotion的美商国家仪器NI为例,由于NI的LabVIEW本身就针对Softmotion提供了完整的规划,相较于其它厂商提出的解决方案,LabVIEW在规划程序的顺畅度与简易度均较有竞争力,所要跨越的门槛也是业界较能接受的,NI也同意,在客制化领域,Softmotion的确是运动控制技术发展的一个重要趋势,由于Softmotion可以完全定义从A点到B点的完全运动轨迹,包括任何数学的演算式轨迹,都可以经由客制化达成,这在高阶应用底下是绝对必要的。当高阶应用简易化后,向下集成资源也更为容易,NI指出,Softmotipn的未来发展将会更形稳固,甚至有可能成为标准之一。

  不过,相较于已投入厂商的乐观,仍有大厂抱持观望态度,其中洛克威尔(Rockwell)就对Softmotion持保留态度,洛克威尔认为,相较于硬件系统,以软件作为控制核心,稳定性似乎还仍待考验,架构在软件上的控制技术仍存在相当的不确定性,这样的不确定性对生产线来讲并不适宜,其它仍未投入的厂商,说法也都相当一致,均认为此类技术仍要确保稳定性,才有后续发展的可能,因此Softmotion即便优势明确,但仍要通过市场考验,才会吸引其它厂商加入发展,市场商机也才会成形。

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