Beckhoff 基于?PC的控制技術(shù)為工業(yè)?4.0理念提供了理想的工具箱。它開辟了?實(shí)現(xiàn)富有遠(yuǎn)見的從云計(jì)算到社會(huì)自動(dòng)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(chǔ)技術(shù)、功能和服務(wù)目前已經(jīng)上市，以及哪些地方仍然?需要進(jìn)一步開發(fā)。
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德國(guó)倡議“工業(yè)?4.0”的目的?是通過通信和智能控制提高制造業(yè)的靈活性、?效率和可持續(xù)性，以加強(qiáng)德國(guó)工業(yè)的競(jìng)爭(zhēng)力。基于?PC的控制?技術(shù)為實(shí)現(xiàn)這一目標(biāo)做出了哪些貢獻(xiàn)？
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Josef Papenfort 博士：工業(yè)?4.0的核心是信息?技術(shù)（IT）和自動(dòng)化技術(shù)（AT）的融合，而早在?25年前??，Beckhoff 就推出了其基于?PC的控制技術(shù)，這項(xiàng)技術(shù)繼續(xù)為未來的發(fā)展提供了理想的控制架構(gòu)。通過采用全球?IT標(biāo)準(zhǔn)，我們用?IT領(lǐng)域所提供的最佳解決方案?進(jìn)一步完善了我們的自動(dòng)化技術(shù)。這也適用于我們的?TwinCAT 3自動(dòng)化軟件，它具有實(shí)現(xiàn)工業(yè)?4.0概念所需的模塊化性和面向?qū)ο蟮奶攸c(diǎn)。?此外，將?TwinCAT 3集成到?Microsoft Visual Studio?中，為整個(gè)產(chǎn)品壽命周期中一致的工程環(huán)境提供了理想的基礎(chǔ)，能夠直接使用??IT領(lǐng)域中最新的軟件工程工具。隨著?PC作為公認(rèn)的技術(shù)平臺(tái)，加上自動(dòng)化設(shè)備規(guī)范（ADS）、EtherCAT自動(dòng)化?協(xié)議（EAP）和?OPC統(tǒng)一架構(gòu)（OPC UA），Beckhoff 擁有了用戶在?實(shí)現(xiàn)工業(yè)?4.0所要求的縱向和橫向整合所需的所有資源。
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Ursula Frank 博士：一方面，Beckhoff 為根據(jù)工業(yè)?4.0戰(zhàn)略實(shí)施智能?生產(chǎn)設(shè)施和智慧工廠?所需的基礎(chǔ)技術(shù)。另一方面，這也?變得越來越重要?—特別是與工業(yè)4.0 概念相關(guān)??–系統(tǒng)的運(yùn)作不僅高效，而且安全可靠。這也是“科技自動(dòng)化”理念巨大潛力所在，它所集成的測(cè)量技術(shù)和狀態(tài)?監(jiān)測(cè)功能，甚至能夠監(jiān)測(cè)復(fù)雜的生產(chǎn)系統(tǒng)。To explain, 科技自動(dòng)化?將各學(xué)科的最新研究成果集成到自動(dòng)化技術(shù)中，從而讓我們能夠建立更可靠和更節(jié)能的內(nèi)在具有智能化功能的生產(chǎn)系統(tǒng)。這也將需要?新的、直觀的操作界面，使得人類能夠更加輕松地?完成他們的日常工作并能夠與智能設(shè)備進(jìn)行更有效?的互動(dòng)。畢竟，工業(yè)?4.0不是為了要將人的因素放在?一邊。我們的多點(diǎn)觸控工業(yè)面板使得這些新的操作理念成為可能。
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工業(yè)?4.0已經(jīng)在現(xiàn)實(shí)生活中的得到應(yīng)用了嗎？還需要進(jìn)行什么額外的開發(fā)嗎，如果有的話？
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Ursula Frank 博士：現(xiàn)在已經(jīng)有許多最終用戶，如大型廚房制造商?，他們采用?Beckhoff技術(shù)對(duì)從收貨到發(fā)貨的整個(gè)系統(tǒng)?進(jìn)行了自動(dòng)化改造，包括將它們集成到?ERP系統(tǒng)中。一些?初期的解決方案是明確按照工業(yè)?4.0概念開發(fā)的，例如，通過提供跨所有層的持續(xù)通訊的方式?實(shí)現(xiàn)智能化的生產(chǎn)環(huán)境。不用說，在未來幾年內(nèi)，我們?將繼續(xù)沿著這一方向開發(fā)我們的產(chǎn)品和解決方案。
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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(jìn)?工程功能，比如更簡(jiǎn)單的通訊功能?和配置。在這種情況下，不斷開發(fā)出通用的通信標(biāo)準(zhǔn)也是非常重要的，例如那些由?OPC基金會(huì)和?PLCopen協(xié)會(huì)所定義的標(biāo)準(zhǔn)。Beckhoff ?正積極參與這兩項(xiàng)標(biāo)準(zhǔn)化工作。其中一個(gè)目標(biāo)就是?不僅可以通過?OPC UA或?ADS與?ERP系統(tǒng)通訊，而且還能夠直接在?PLC中調(diào)用和執(zhí)行這些方法。這將是通信技術(shù)發(fā)展的下個(gè)一步驟。
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PC 控制技術(shù)的開放性對(duì)?“物聯(lián)網(wǎng)”有何重要意義？
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Ursula Frank 博士：它非常重要。簡(jiǎn)而言之，物聯(lián)網(wǎng)意味著產(chǎn)品以及系統(tǒng)及其模塊?間可以相互通信。這正是?Beckhoff的開放式控制技術(shù)?的用武之地，它允許開發(fā)人員將系統(tǒng)?設(shè)計(jì)成具有智能運(yùn)行和通信的能力。
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Josef Papenfort 博士：開放的接口也是?PC控制技術(shù)的顯著優(yōu)勢(shì)這一。這適用于工程應(yīng)用和正在使用的現(xiàn)場(chǎng)總線?技術(shù)，以及正在被集成的組件（如?RFID芯片或智能傳感器）。
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這種開放性是否也適用于用作集中式或分散式系統(tǒng)?的自動(dòng)化架構(gòu)？
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Josef Papenfort 博士：這是當(dāng)然。通常，我們更愿意用?集中式方案，因?yàn)樗诠こ淘O(shè)計(jì)、數(shù)據(jù)管理和診斷等方面?有很大優(yōu)勢(shì)。但也有一些系統(tǒng)，如組裝機(jī)，使用?分散式方案效果會(huì)更好。例如，使用這樣的解決方案可以很方便地更換單個(gè)模塊，因?yàn)橹醒肟刂?組件必須只能根據(jù)新的工作調(diào)整站。此外，生產(chǎn)區(qū)域內(nèi)的系統(tǒng)?或設(shè)備在機(jī)器不會(huì)孤網(wǎng)運(yùn)行，而通常是聯(lián)網(wǎng)運(yùn)行??-這一趨勢(shì)將對(duì)工業(yè)?4.0概念有著顯著的促進(jìn)作用。相應(yīng)地，每臺(tái)機(jī)器在一個(gè)大型系統(tǒng)中或通過工業(yè)?4.0概念?進(jìn)行本地控制。在這個(gè)方案里，一個(gè)非常重要的因素是?在軟件方面的實(shí)施，我們支持通過?TwinCAT完成的模塊化編程。10 個(gè)軟件模塊是在中央?CPU上運(yùn)行還是在10 個(gè)不同的控制器上分別運(yùn)行，這并不重要。模塊之間如何進(jìn)行數(shù)據(jù)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 控制技術(shù)可以根據(jù)不同的應(yīng)用需求?很輕松地地實(shí)施任一版本。
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未來，工業(yè)?4.0甚至能夠延伸到那些?被稱為“機(jī)器?Facebook”或“社會(huì)自動(dòng)化”的領(lǐng)域。這在實(shí)際上?有什么含義？
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Ursula Frank 博士：社會(huì)自動(dòng)化的前景涉及到將信息技術(shù)和通信技術(shù)中的一些最新研發(fā)成果轉(zhuǎn)移到工業(yè)應(yīng)用領(lǐng)域。正如我們前面提到的，將信息技術(shù)和自動(dòng)化技術(shù)與PC 控制技術(shù)有機(jī)整合在一起是?Beckhoff的核心技術(shù)理念。因此，Beckhoff 將始終密切關(guān)注信息技術(shù)在自動(dòng)化技術(shù)應(yīng)用方面的?最新發(fā)展?情況。例如，諸如社會(huì)化媒體等的發(fā)展趨勢(shì)可能帶來新的通信?能力。我們必須了解在自動(dòng)化領(lǐng)域利用這些通信能力能夠帶來哪些潛在好處?！皺C(jī)器?Facebook ”就是其中一項(xiàng)。例如，用戶可以在Facebook 上創(chuàng)建個(gè)人檔案，用“時(shí)間軸”的方式記錄他們的生活，并在他們自己的“墻”上提供各種信息?或服務(wù)。若轉(zhuǎn)換成工業(yè)應(yīng)用，這將意味著，例如，一臺(tái)機(jī)器可以寫上其目前的使用情況或在一面類似的墻上提供服務(wù)信息。如果它不具備所要求的能力，它?會(huì)將相關(guān)方推薦給相應(yīng)“Facebook ?機(jī)組中的“朋友”。另一種辦法是在如谷歌地圖或?TomTom網(wǎng)絡(luò)軟件上改寫備份的交通流量信息，使得這些信息適合工業(yè)生產(chǎn)領(lǐng)域。這將讓您能夠監(jiān)控工廠的機(jī)器利用率，甚至能夠通過?Doodle為機(jī)器生成值勤表。
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Ursula Frank 博士：“在今年的漢諾威工業(yè)博覽會(huì)上，Beckhoff 專門設(shè)立了一個(gè)工業(yè)?4.0展示區(qū)，展示了?Beckhoff開放的、基于?PC的控制技術(shù)使得今天將生產(chǎn)系統(tǒng)和模塊無縫集成到現(xiàn)有的或新的系統(tǒng)中成為可能，且它們不僅可以實(shí)現(xiàn)相互間的通訊，還可以與上位生產(chǎn)規(guī)劃和控制系統(tǒng)進(jìn)行通訊。但要全面支持工業(yè)?4.0概念仍然需要在未來幾年里開展更多的研究和開發(fā)工作。”
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Josef Papenfort 博士：我們?cè)俅位氐皆?PC控制的架構(gòu)進(jìn)行信息技術(shù)和自動(dòng)化技術(shù)的融合。正如我們將我們的自動(dòng)化專業(yè)知識(shí)與?Visual Studio? IT工程工具整合在一起來創(chuàng)建?TwinCAT 3軟件一樣，下一步可能涉及到將自動(dòng)化功能添加到如?Facebook、Doodle 或?WhatsApp等網(wǎng)絡(luò)軟件中。另一種方案已經(jīng)由?Beckhoff實(shí)施，其進(jìn)行的技術(shù)研究證明，谷歌眼鏡作為一種“可穿戴式設(shè)備”，可以顯著簡(jiǎn)化人機(jī)交互，可以用于調(diào)試和故障診斷。谷歌眼鏡具有諸如在線支持信息檢索功，并能夠通過基于視頻的實(shí)時(shí)聊天工具進(jìn)行故障排除，此項(xiàng)技術(shù)大大推動(dòng)了社會(huì)化自動(dòng)化的發(fā)展。
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當(dāng)前?IT領(lǐng)域的熱點(diǎn)技術(shù)話題，如云計(jì)算和大數(shù)據(jù)，發(fā)揮了怎樣的作用？
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Ursula Frank 博士：未來，我們將看到越來越多的解決方案使用云存儲(chǔ)技術(shù)來保存數(shù)據(jù)和參數(shù)。最終，信息存儲(chǔ)在哪并不重要。但是在現(xiàn)在及今后幾年內(nèi)，大部分的數(shù)據(jù)仍將在機(jī)器或系統(tǒng)中處理。另一方面，在很多情況下，諸如測(cè)量數(shù)據(jù)等信息已經(jīng)存儲(chǔ)在云服務(wù)器中并進(jìn)行離線分析。我們一定會(huì)看到越來越多的客戶將會(huì)轉(zhuǎn)向采用云計(jì)算。從長(zhǎng)遠(yuǎn)來看，肯定會(huì)有一些網(wǎng)絡(luò)軟件會(huì)給自動(dòng)化技術(shù)帶來影響，例如一個(gè)機(jī)器監(jiān)控應(yīng)用程序。
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Josef Papenfort 博士：此時(shí)，對(duì)于大數(shù)據(jù)，即來自多種來源的大量數(shù)據(jù)，重點(diǎn)主要放在數(shù)據(jù)存儲(chǔ)上。由于正在存儲(chǔ)的圖像和視頻要用于更徹底的跟蹤和追蹤應(yīng)用，數(shù)據(jù)量必然會(huì)增加。首先，我們將看到更多的離線分析，而這些將越來越多地地作為一種基于云的服務(wù)來執(zhí)行。在風(fēng)電領(lǐng)域，這種做法已行之有年。服務(wù)供應(yīng)商不需要訪問風(fēng)力發(fā)電機(jī)本身的數(shù)據(jù)，而是把它從云上拿下來以進(jìn)行離線分析。
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在這方面，我們將能夠看到更多的實(shí)時(shí)服務(wù)嗎？
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Josef Papenfort 博士：隨著越來越多的數(shù)據(jù)被存儲(chǔ)在云中，我們還將看到更多的實(shí)時(shí)?-或者更確切地說，確定性?-處理。有了?IEEE1588協(xié)議之后，目前這樣的實(shí)時(shí)服務(wù)已經(jīng)實(shí)施用于實(shí)現(xiàn)機(jī)器同步。這種同步收集分布式數(shù)據(jù)的方式將變得越來越普遍，尤其是在測(cè)量技術(shù)領(lǐng)域，但它不會(huì)取代機(jī)器中的本地控制智能系統(tǒng)。另一個(gè)比較重要的方面是：我們已經(jīng)有了用于實(shí)時(shí)分析數(shù)據(jù)的技術(shù)，即送入云中。從中期來看，這些技術(shù)可能會(huì)獲得廣泛接受，以便在存儲(chǔ)之前過濾掉大量不重要的信息。
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這種復(fù)雜的工業(yè)?4.0工程概念仍在可控范圍內(nèi)嗎？
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Josef Papenfort 博士：現(xiàn)代系統(tǒng)正變得越來越復(fù)雜，而工業(yè)?4.0概念只會(huì)加速這一趨勢(shì)。這就是為什么我們未來必須更加注重高效和可靠的工程。我們已經(jīng)借助TwinCAT 3 朝這個(gè)方向邁出了一大步，從而通過諸如源代碼控制和自動(dòng)代碼生成等功能降低了工程工作量。在這里我看到改進(jìn)的可能就是提高數(shù)據(jù)管理的效率，例如，通過直接將電機(jī)設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)傳輸?shù)焦こ滔到y(tǒng)中，并可在無需花費(fèi)任何額外的工作的前提下提供這一數(shù)據(jù)。
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Josef Papenfort 博士：“工業(yè)?4.0的核心是信息?技術(shù)（IT）和自動(dòng)化技術(shù)（AT）的融合，而早在?25年前，Beckhoff 就推出了其基于?PC的控制技術(shù)，這項(xiàng)技術(shù)繼續(xù)為未來的發(fā)展提供了理想的控制架構(gòu)?！?/span>
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Ursula Frank 博士：這一領(lǐng)域還有很多事需要去做。從工程角度來看，不同開發(fā)領(lǐng)域?—如控制技術(shù)和?E-CAD或?M-CAD —之間的數(shù)據(jù)傳輸，還無法做到完全無誤和無縫。目前已經(jīng)有了一些方法和解決方案，如?AutomationML標(biāo)準(zhǔn)，但我們?cè)谶@個(gè)時(shí)候并沒有有一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)的數(shù)據(jù)庫。TwinCAT 提供很多開放的數(shù)據(jù)導(dǎo)出和導(dǎo)入接口已經(jīng)有些年頭了。Beckhoff 的?TwinCAT E-CAD導(dǎo)入程序使用的就是這些接口，可以與市場(chǎng)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 系統(tǒng)中的命令數(shù)據(jù)必須能夠傳輸?shù)焦こ虒印５?，最重要的是?shù)據(jù)可以在各個(gè)層面進(jìn)行共享，以使得整個(gè)生命周期內(nèi)的有效和同步工程成為可能。
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作為工業(yè)?4.0的必然結(jié)果，仿真將在工程領(lǐng)域發(fā)揮更大的作用嗎？
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Ursula Frank 博士：工業(yè)?4.0將使系統(tǒng)變得更復(fù)雜、更智能，也更難以預(yù)測(cè)。機(jī)器可以自行作出反應(yīng)，并與其它機(jī)器進(jìn)行談判，而人腦已經(jīng)不再能夠預(yù)測(cè)到整體行為。這就是為什么功能強(qiáng)大的仿真工具將是不可或缺的。這是一個(gè)真正長(zhǎng)期的愿景，但理想情況下我們將有這樣一個(gè)工具：仿真不僅是開發(fā)理念而且還可以自行進(jìn)行驅(qū)動(dòng)仿真。
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Josef Papenfort 博士：這樣的系統(tǒng)不僅可以縮短調(diào)試時(shí)間，還能夠降低系統(tǒng)成本。仿真可以支持所有的領(lǐng)域，如機(jī)械設(shè)計(jì)、電氣工程及軟件開發(fā)，因?yàn)樗鼘⑹刮覀兡軌蚩焖俚赝ㄟ^控制技術(shù)和軟件對(duì)任一改動(dòng)進(jìn)行測(cè)試，無需修改硬件。當(dāng)然，必須提供相應(yīng)的接口以導(dǎo)入仿真模型及提供相關(guān)的數(shù)據(jù)。如今，TwinCAT 3 已經(jīng)提供了諸如實(shí)時(shí)集成?Matlab?/Simulink?模型以及用于對(duì)仿真環(huán)境輕松進(jìn)行配置的?TwinCAT仿真管理器等功能。
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針對(duì)工業(yè)?4.0已經(jīng)進(jìn)行了哪些具體的研究活動(dòng)？
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Ursula Frank 博士：舉例來說，我們是“it's OWL”（北威州智能技術(shù)系統(tǒng)）技術(shù)網(wǎng)絡(luò)的核心公司之一，該技術(shù)網(wǎng)絡(luò)在?2012年被公認(rèn)為是德國(guó)聯(lián)邦教育和科研部（BMBF）的”尖端集群“并且是第一個(gè)大型工業(yè)?4.0項(xiàng)目。除此之外，我們正在努力制作參考模型，即適用于各類生產(chǎn)系統(tǒng)的自動(dòng)化解決方案，它們可以移植到類似的系統(tǒng)上。此外，ScAut 項(xiàng)目?—其重點(diǎn)是科技自動(dòng)化平臺(tái)?—已經(jīng)為自優(yōu)化的智能機(jī)器和系統(tǒng)的開發(fā)和運(yùn)營(yíng)帶來了實(shí)實(shí)在在的經(jīng)濟(jì)利益。視不同的應(yīng)用，諸如狀態(tài)監(jiān)測(cè)和電力監(jiān)測(cè)等科技自動(dòng)化功能可以節(jié)約大約?20％?的能源，提高?10％?的生產(chǎn)效率，并節(jié)約?50％?的維護(hù)成本。