?曲線的差異影響設(shè)備的壽命

有一次，貝加萊的技術(shù)專家陳工被機器制造商邀請，一同去終端工廠參觀，那是一個電子產(chǎn)品工廠參觀，經(jīng)過一臺注塑機的時候，他突然問工廠經(jīng)理，這個設(shè)備是不是經(jīng)常需要維修？工廠經(jīng)理說道“是的，這個設(shè)備經(jīng)常需要大修，更換其中的絲杠，大概這個時間比其它設(shè)備間隔少半年，就是其它需要2年更換一次，它需要1.5年就得更換一次”，他問陳工如何知道？陳工說“我聽到它的聲音，顯然它的運動曲線比較“硬”，這會有比較大的機械沖擊，帶來了噪音，這種機器磨損就會比較大，壽命短”，他繼續(xù)說道“其實，2階曲線和3階曲線雖然在定位精度、速度上沒有差別，但是，其對于機器的壽命影響卻是不同的，表面上看兩個設(shè)備看不到差異，但是，數(shù)學(xué)不會騙人”。當然，后來這個機器制造商因此也選用了貝加萊的系統(tǒng)，作為其控制器系統(tǒng)方案，原因當然不僅包括陳工提到的ACOPOSmulti所提供的曲線能力，也包括工藝、穩(wěn)定性等綜合能力。

半年的機器大修間隔差異以及所造成的浪費、機會成本損耗，對于工廠而言，不難計算其成本影響多大。

制造企業(yè)更關(guān)注長期運營成本

全球領(lǐng)先的制造企業(yè)，他們經(jīng)歷數(shù)十年乃至上百年的運營，在如何評估產(chǎn)線投資方面積累了豐富的經(jīng)驗，他們具有非常強的成本核算能力，他們并非是因為“財大氣粗”才買高端設(shè)備，而是他們經(jīng)過數(shù)十年的制造經(jīng)驗，建立了有效的評價體系，并不以價格作為唯一衡量指標，而是更為全局的看待成本。

對于工業(yè)裝備的采購而言，它是一個復(fù)雜、專業(yè)的過程，其用戶決策往往關(guān)乎企業(yè)未來的盈利，尤其對于較大規(guī)模的制造企業(yè)來說，更是一個長期投資回報的評估，除了初始采購成本，越來越多的制造企業(yè)關(guān)注在長期運營中的成本，市場競爭使得企業(yè)必須錙銖必較，而在大規(guī)模生產(chǎn)與制造領(lǐng)域，這個“錙銖”的累積，往往是巨大的成本節(jié)省，每個人工的節(jié)省、每個材料的節(jié)省、每1%的能耗降低都是巨大的數(shù)字，都會轉(zhuǎn)為盈利，每個良品率甚至0.1%的提升，都會帶來利潤的提升。

01.電子行業(yè)為什么具有超強的成本評估能力？

在各個行業(yè)中，電子及半導(dǎo)體、汽車工業(yè)本身對于TCO的計算能力非常強，這是由這類行業(yè)本身的“大規(guī)模定制化”制造的特性決定的，因為在這些領(lǐng)域，每1%的質(zhì)量提升、1%的能耗節(jié)省，對于制造而言，其累計的成本節(jié)省都將是巨大的數(shù)字。

TCO(Total Cost of ownership)或者也有稱為COO(Cost of Ownership)是在汽車、電子等離散制造領(lǐng)域里廣泛應(yīng)用的指標，用于評估產(chǎn)線的綜合成本，在VDMA的SEMI 10規(guī)約中，定義了針對光伏、硅基相關(guān)電子半導(dǎo)體制造的TCO計算指南。

圖1-VDMA-SEMI-E10規(guī)約

圖2-VDMA-SEMI-E10指南

圖2則是VDMA SEMI對于設(shè)備的綜合使用能力的評估，其與OEE有較多重合的計算，當然也會包含了工程時間（工藝、裝備與軟件工程）幾個方面的差異，因此，其思想與OEE相同，而其計算又有著行業(yè)特殊屬性。

02.TCO是終端生產(chǎn)企業(yè)的核心關(guān)注點

對于機器制造商而言，必須滿足終端制造企業(yè)的需求，他們對于成本的綜合考量，而非僅僅是機器的價格—如果機器的價格的話，因為如果僅僅考慮價格的話，那些高端設(shè)備是沒有市場的，因為，他們贏得市場靠綜合成本，以及客戶價值的創(chuàng)造。

為什么發(fā)展自動化、智能化？因為，他們關(guān)乎設(shè)備的質(zhì)量、成本與交付能力，機器從最初的手動控制到基于繼電器邏輯的控制、PLC可編程邏輯控制，到今天基于智能控制器的控制，它都是為了解決質(zhì)量、成本與交付問題，我們用伺服系統(tǒng)的工作任務(wù)來舉例：

（1）運行成本才是最大的成本

一個伺服電機，在其生命周期中，其最大的成本來自于電能的消耗，而其初始采購成本占比僅在5%，因此，這意味著，精準的選型會意味著更為長久的成本節(jié)省。

（2）低質(zhì)量的產(chǎn)品就是成本

高性能的伺服驅(qū)動系統(tǒng)，它本身可以提供更高的采樣精度和控制精度，以及重復(fù)精度，控制精度和重復(fù)精度，保證了產(chǎn)品質(zhì)量的一致性，而人們采用自動化系統(tǒng)，不就是為了提供質(zhì)量一致性嗎？

高品質(zhì)，才能帶來低成本，因為，不良品，本身就是成本；

（3）控制品質(zhì)影響成本

貝加萊液壓控制專家李工精通在吹塑領(lǐng)域的壁厚控制，他對于技術(shù)對生產(chǎn)企業(yè)帶來的回報深有體會，按照他的較保守計算，對于一個桶裝水的塑料桶生產(chǎn)過程，大概需要45S，而每個桶容積為5加侖的話，需要達到2kG的塑料顆粒，采用貝加萊的鏡像壁厚控制器，可以為其節(jié)省3-5%的材料成本，那么，機器每小時可生產(chǎn)80個桶，咱們給機器合法的工作時間，每天只干8小時，5天工作制，那么，一年可以生產(chǎn)的桶數(shù)量為166,400個，每個桶節(jié)省原料僅按照下限3%來計算，就是9.984噸的材料節(jié)省，這個成本對于壁厚控制器所需的采購成本而言，是一個非常好的回報，其實，而且，李工說“高重復(fù)精度可以保證產(chǎn)品質(zhì)量一致性，不良品率低，本身又是一筆節(jié)省”。

03.TCO能夠反映更為真實的全局成本

對于機器制造商來說，考慮初始的采購成本，但是，對于終端生產(chǎn)企業(yè)來說，TCO是更為有效的評估指標，因為:

任何微小的成本都經(jīng)不起時間的積分；

今天，每kWh的能源節(jié)省、每g材料的節(jié)省、生產(chǎn)節(jié)拍中的每1秒鐘、每個人工的節(jié)省帶來的工時的節(jié)省，都會累積為巨大的成本節(jié)省。

在很多時候，初始的采購成本在整個機器的生命周期里，占據(jù)的成本反倒是最小的，而低端機器所帶來的浪費，卻是非常巨大的，因此，高性能的機器才能真正為企業(yè)帶來持續(xù)穩(wěn)定的收益。

做企業(yè)，是一項長期的投資工程，因此，高性能機器保障了高投資安全。

貝加萊如何為您的機器降低TCO？

貝加萊，作為自動化領(lǐng)域綜合解決方案提供商，一直致力于為用戶提供具有競爭力的解決方案，而對于TCO的降低，其設(shè)計涵蓋整個機器的全生命周期的每個環(huán)節(jié)。

1、設(shè)計與規(guī)劃環(huán)節(jié)的成本

1.1通過精準選型

通常，在機器設(shè)計中，工程師會參考原有的機器選擇電機或傳動機構(gòu)的參數(shù)，又為了考慮余量，設(shè)計人員通常會在原有的基礎(chǔ)上選擇一定的放大系數(shù)，這會造成浪費，另一方面，為了獲得匹配的動態(tài)響應(yīng)能力，如果這個選擇不是基于精確計算，則會造成不必要的返工，因此，必須對整個機械傳動鏈進行基于數(shù)字化設(shè)計軟件的精確選型。

在貝加萊，可以通過MapleSim這樣的軟件接口，將機械的圖紙導(dǎo)入，并通過ServoSoft實現(xiàn)運動控制的精準選型，以獲得最優(yōu)的電機規(guī)格，如圖3所示，并且，這些仿真所獲得的參數(shù)也可以與控制任務(wù)結(jié)合，通過FMU/FMI導(dǎo)入至Automation Studio開發(fā)平臺中，進行應(yīng)用集成。

圖3-通過ServoSoft組件可以實現(xiàn)精準選型

通過電機精準選型，可以確保獲得最佳的傳動控制性能，以及最小的功耗，而這些都避免在設(shè)計階段，缺乏精準選型造成的過大、過?。ㄔ斐煞倒ぃ┑葥p失。

1.2建模仿真降低物理測試驗證成本

建模仿真，正是為了應(yīng)對閉環(huán)，在機器開發(fā)的過程中，對機器的機械傳動、控制工藝、流程的驗證通常需要大量的物理測試，即對材料的消耗，無論對于機器開發(fā)，還是對于生產(chǎn)，這筆費用都是用“燒錢”來形容而不過分的，如果可以通過虛擬的環(huán)境中進行的測試驗證，則可以降低大量的物理機器與材料、工時等的消耗，這包括幾個方面：

（1）降低物理測試與驗證成本：通過虛擬環(huán)境下的仿真，可以避免直接的物理測試驗證中的材料消耗，并能夠獲得極限參數(shù)下的生產(chǎn)，挖掘機器潛能；

（2）降低安全風(fēng)險，對一些較難進行的測試，可以低風(fēng)險實現(xiàn)驗證；

（3）縮短機器的測試驗證時間，可以通過并行工程，在機械設(shè)計階段即可完成控制算法的驗證，縮短機器的開發(fā)時間，就可以快速上市獲得領(lǐng)先所帶來的收益；

圖4-通過MATLAB/Simulink可以實現(xiàn)控制參數(shù)的虛擬測試驗證

在圖4中，可以通過Simulink Target for Automation Studio，可以在MATLAB/Simulink中進行建模仿真，并可自動代碼生成，獲得在各種場景中的最優(yōu)匹配參數(shù)，以及控制算法，在基本模型與參數(shù)穩(wěn)定下，進行少量物理測試即可獲得系列化的應(yīng)用。

2、學(xué)習(xí)環(huán)節(jié)如何降低成本？

無論工程師學(xué)習(xí)新的平臺用于開發(fā)機器，還是機器到了現(xiàn)場需要對操作人員進行培訓(xùn)，傳統(tǒng)的集中式的線下培訓(xùn)，都會帶來大量的差旅成本，而2020年由于疫情，原本貝加萊擁有的遠程能力得到了充分的發(fā)揮，貝加萊快速加強了在“遠程培訓(xùn)”與“虛擬實驗室”方面的建設(shè)，利用無所不在的網(wǎng)絡(luò)，讓大家可以不用差旅勞頓，就可以一起進行學(xué)習(xí)，項目討論，即使對于工業(yè)這種系統(tǒng)，必須要“眼見為實”的學(xué)習(xí)，通過部署在客戶端的ETA（L）系統(tǒng)，我們的培訓(xùn)師可以幫助工程師來學(xué)習(xí)。

圖5-貝加萊多層級學(xué)習(xí)與培訓(xùn)系統(tǒng)降低學(xué)習(xí)成本

虛擬實驗室，則可以基于IndustrialPhysics進行建模仿真，通過這種方式來實現(xiàn)對機器的虛擬測試驗證，也可以通過這種方式對機器的培訓(xùn)展開“可視化”的教學(xué)，可以通過AR/VR的方式直觀的練習(xí)對機器的操作，并反饋，安全又高效。

它帶來哪些成本的降低？

1).人員差旅成本：可以降低工程師的培訓(xùn)成本

2).更為可視化的虛擬實驗室，提升了培訓(xùn)效率；

3、如何在編程環(huán)節(jié)降低成本

今天，在中國，我們對“工業(yè)軟件”的討論非常熱烈，而就本質(zhì)來說，任何產(chǎn)品、技術(shù)，如果它沒有經(jīng)濟性的話，那么，它就沒有推廣的意義。

圖6-通過mapp來提升機器開發(fā)效率

mapp技術(shù)是貝加萊為提高機器開發(fā)效率，將過去數(shù)十年所積累與機器相關(guān)的基礎(chǔ)設(shè)施（文件、配方、報警、趨勢等）、行業(yè)（專業(yè)、行業(yè)庫）、連接（網(wǎng)絡(luò)與通信、服務(wù)）、機電對象（運動控制、CNC、機器人等）進行了標準化封裝，成為可復(fù)用的模塊，并提供給用戶開發(fā)。

工業(yè)軟件的本質(zhì)，在于“知識復(fù)用”，而知識復(fù)用的目的是什么？

是的，軟件復(fù)用就是為了降低不必要的“重復(fù)勞動”、以及將高值的工藝經(jīng)驗與知識進行復(fù)用，它有哪些成本可以降低？

工程師不用頻繁的編寫代碼，通過mapp的模塊可以快速“配置”機器的應(yīng)用。

工具本身也是“Know-How”，即如何高效開發(fā)機器的知識的封裝，包括為了復(fù)用的軟件開發(fā)；

工欲善其事，必先利其器-Automation Studio本身就是一個集成工具，用于降低開發(fā)成本，包括其機電故障診斷、模塊封裝、代碼測試、項目管理、版本控制等功能設(shè)計。

實際上，這些mapp的開發(fā)，較之以往的開發(fā)本身就可以降低67%的開發(fā)時間，同樣，對于每個機器制造商來說，在Automation Studio平臺，也可以為自身的應(yīng)用提供自定義模塊封裝能力。

4、如何在調(diào)試環(huán)節(jié)降低成本？

基于在設(shè)計規(guī)劃階段的建模，在調(diào)試階段可以通過虛擬調(diào)試，提高效率，并降低物理材料浪費；

在貝加萊，調(diào)試階段包括了各個層次的調(diào)試支持手段，提升調(diào)試效率：

（1）.Automation Studio提供的調(diào)試手段：包括I/O仿真、程序仿真、軸測試、傅里葉變換、信號分析與處理等工具，可以協(xié)助更好的理解機器中存在的問題，無論是測量、控制還是機電傳動方面的問題，也包括程序本身的便捷調(diào)試工具。

圖7-通過數(shù)字孿生實現(xiàn)虛擬調(diào)試

（2）.數(shù)字孿生的虛擬調(diào)試：通過構(gòu)建數(shù)字孿生對象，如通過IndustrialPhysics，可以對機電對象建模，并通過與Automation Studio的控制邏輯、機電傳動交互，可以動態(tài)的觀測到程序的邏輯、機電傳動過程是否達到設(shè)計的要求，并進行調(diào)整，以獲得更優(yōu)的效果，如圖7所示。

（3）.貝加萊開發(fā)的機電產(chǎn)線優(yōu)化工具：通過自主開發(fā)的CTO軟件，可以針對SuperTrak進行產(chǎn)線的性能最優(yōu)規(guī)劃分析，并給出優(yōu)化建議，通過可視化的量化指標，為產(chǎn)線集成人員提供智能的決策支持。

5、如何降低運營維護成本？

在生產(chǎn)環(huán)節(jié)，制造商的運營管理部門更為關(guān)注“人、機、料、法、環(huán)、測”，這些就包括了更為多樣與復(fù)雜的現(xiàn)場組合，而事實上，這一切都必須在機器的設(shè)計階段就予以考慮，而不是在現(xiàn)場再調(diào)整。

5.1材料消耗：更為精準的控制，可以帶來成本的節(jié)省，無論是傳動控制還是工藝，例如前面所提及的壁厚控制技術(shù)，在材料上可以達到3-5%的節(jié)省。

5.2人工消耗：通過機器人、視覺、柔性輸送系統(tǒng)的集成，可以在個性化時代，仍然獲得人工較低的消耗。

5.3能源消耗

解決能源消耗的辦法有很多種，比如：

（1）更好的溫度控制算法：

最有效的節(jié)能來自于“工藝”的節(jié)能，在實際中，一個“能用”的溫度控制，與一個“好用”的溫度控制，對于機器來說，有著很大的差別，一個好用的溫度控制，具有極強的自適應(yīng)力，并能夠精準而不浪費的提供能量輸出。

（2）更好的能源計量

除了有專用的能源計量模塊來獲得能源數(shù)據(jù)，以獲得精準的“單位產(chǎn)品能耗”計量，能源數(shù)據(jù)還為生產(chǎn)者提供“可視化”的能源趨勢分析，以獲得商業(yè)BI，進而改進運營效率。

（3）更好的設(shè)備節(jié)能：例如采用更為高速動態(tài)響應(yīng)能力的伺服泵技術(shù)、更高功率密度的ACOPOS系列伺服驅(qū)動系統(tǒng)、支持能源再生的共直流母線技術(shù)，都可以為能源節(jié)省獲得支撐。

5.4數(shù)字化技術(shù)提升運營效率

今天，工業(yè)互聯(lián)技術(shù)，使得這些數(shù)據(jù)都可以被有效利用，貝加萊提供了更為便捷的“數(shù)字化”收段，用于設(shè)備制造商來提供更為高效的數(shù)字化“監(jiān)測”，以使得整個生產(chǎn)制造過程被“監(jiān)測”，以實現(xiàn)“能觀能控”這樣的格局。

數(shù)字化的轉(zhuǎn)型，本身是指通過數(shù)字化手段來不斷迭代運營過程，通過可計量、可觀測的手段來發(fā)現(xiàn)生產(chǎn)運營中的問題。

圖8-IT與OT融合的運營提升意義

通過數(shù)字化互聯(lián)，可以在多個方面提供成本優(yōu)化之道：

（1）.對全局的生產(chǎn)調(diào)度優(yōu)化，帶來的最優(yōu)成本，例如：時間的匹配避免了不必要的浪費，來自一個機器的空轉(zhuǎn)等待的成本，通過發(fā)現(xiàn)其中的節(jié)拍不匹配，來提升整體協(xié)同效率。

（2）.通過對生產(chǎn)中的故障進行監(jiān)測，實現(xiàn)預(yù)測性維護；

（3）.發(fā)現(xiàn)更優(yōu)的參數(shù)：通過對運行過程的數(shù)字化監(jiān)測，尋找獲得質(zhì)量的最優(yōu)參數(shù)，并持續(xù)改善；

（4）.數(shù)據(jù)透明，以獲得溝通的成本下降，數(shù)字化的方式，提升了生產(chǎn)中的溝通成本，通過數(shù)字化方式，快速發(fā)現(xiàn)問題，并推動持續(xù)改善。

貝加萊通過OPC UA規(guī)范的集成，使得產(chǎn)線可以獲得連接，并可實現(xiàn)Pub/Sub機制的數(shù)據(jù)傳輸?shù)皆贫?、邊緣?cè)，以實現(xiàn)整體的優(yōu)化潛力。

如何降低維護成本？

如果系統(tǒng)是穩(wěn)定的，那么維護是少的，那么，高可靠的系統(tǒng)帶來了生產(chǎn)的高度一致性，也降低了不良品帶來的成本，并通過相應(yīng)的維護技術(shù)來實現(xiàn)整體運營效率的提升。

01預(yù)測性維護

預(yù)測性維護技術(shù)，不僅借助于機理模型的分析，通過對振動、溫度等生產(chǎn)機器參數(shù)的監(jiān)測來反饋故障，也可以通過機器學(xué)習(xí)（監(jiān)督、非監(jiān)督學(xué)習(xí)、強化學(xué)習(xí)）手段來獲得預(yù)測性維護的方式，來代替?zhèn)鹘y(tǒng)的預(yù)防性維護的事后處理機制，進而提升非計劃的宕機，也延長機器的壽命，提升投資回報。

圖9-通過預(yù)測性維護降低維護成本

02安全的遠程診斷技術(shù)

基于貝加萊的安全遠程維護技術(shù)，工程師可以通過IE瀏覽器，遠程對機器的故障進行診斷，并可以進行遠程故障診斷、程序升級等動作，這一切都是在安全（Security & Safety）的情況下進行。

整體而言，貝加萊的技術(shù)在不同的層面，不同的維度，不同的時間，采用不同的手法，來實現(xiàn)對整個機器從設(shè)計規(guī)劃到最終現(xiàn)場運行的全流程成本優(yōu)化。

綜上，我們可以用一表來說明貝加萊的成本解決方案

在3月17日~19日，貝加萊將參加慕尼黑電子展，歡迎蒞臨貝加萊展臺，與我們的專業(yè)團隊共同探討您的機器與產(chǎn)線效率提升之道。

關(guān)于貝加萊

貝加萊是一家總部位于奧地利并在全球擁有分公司的創(chuàng)新型自動化企業(yè)。2017年7月，貝加萊成為ABB集團的機械自動化事業(yè)部。作為工業(yè)自動化領(lǐng)域的全球領(lǐng)導(dǎo)者，貝加萊將前沿技術(shù)與領(lǐng)先工程相結(jié)合，為幾乎每個行業(yè)的客戶提供面向機器與工廠自動化、運動控制、HMI和集成安全技術(shù)的完整解決方案。借助于OPC UA、POWERLINK、openSAFETY等工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)通信標準，以及強大的Automation Studio軟件開發(fā)平臺，貝加萊不斷重新定義自動化工程的未來。受簡化流程和超出客戶預(yù)期的承諾驅(qū)動，貝加萊始終保持創(chuàng)新精神并處于工業(yè)自動化領(lǐng)域的前沿。