连线能力是现代工厂的核心。工业乙太网路将设计、规划、编程和生产活动连结起来，使工厂各部门能共享资讯，甚至连接至全世界。而使用单一供应商的完全整合式自动化平台，使得网路、组件和软体元件设计能够和谐运作。

试着回想制造业数位化的早期，普遍各自为政。设计与规划、机器编程和生产活动之间几??没有共享任何资讯。工程师会向决策部门取得CAD和物料清单（BOM）的影本，然後在厂区手动编程机床。之後若出现生产问题，这些工程师会直接解决，而不会向产品设计人员回报问题及相关修正方案。这种设计与制造之间的断连，使产品无法得以改良，进而以更简单快速且成本更低的方式制造。

但今时不同往日。现在，连线能力是现代工厂的核心（图一）。工业乙太网路将设计、规划、编程和生产活动连结起来，使工厂各部门能共享资讯，甚至连接至全世界。如此一来，资讯得以自由流转，工程师能最隹化装配流程，进而提高生产力和品质，同时最大程度减少浪费。

图一 : 连线式工厂让工程师能快速更新装配机程式，将品质和生产力提升至最高。（source：Omron）

欲速则不达

在工厂全面建立连线无疑是件好事，但要建立这种系统也同样绝非易事。成本和复杂性通常会导致网路执行无法互通的软体和无线协定，这些协定仰赖的控制器、感测器、可编程逻辑控制器（PLC）和人机介面（HMI），也通常由许多不同厂商制造。面对这种情况，工程师需要投入大量时间进行权宜变通，确保一切运作正常，不会崩溃。但为求运作如常而持续修修补补，会使维护和升级成本翻倍。

现今有些专业商用解决方案能克服互通性和相容性挑战。这些产品一般都很有效，但缺点是会增加复杂性，且总是在使用零碎拼凑的解决方案。另一种方式是采取全面的作法，使用单一供应商的完全整合式自动化平台，其中网路、组件和软体元件设计可彼此和谐运作。

什麽是完全整合式自动化平台？

「完全整合式自动化平台」是行销简册中经常出现的用词。但其确切涵义究竟为何？虽然定义因人而异，但自动化供应商 Omron 将网路描述为「将制造工厂的资讯科技（IT）和营运技术（OT）相互连结」（图二）。

图二 : 制造工厂的完全整合式自动化平台，由 IT 和 OT 网路组成。（source：Omron）

网路的IT部分包含决策部门和工厂自动化部分。其中，决策部门负责进行设计与生产规划，工厂自动化则负责机器编程、操作人员介面，以及机器对机器（M2M）通讯。整合式自动化平台的OT部分，包含工厂和机器监测、感测器、机器人及机器控制。

Omron的Sysmac即是此类平台。Sysmac可简化整间工厂的连线，因为此平台采用工业乙太网路连线（适用於IT和工厂自动化的EtherNet/IP，以及适用於OT网路的EtherCAT）、单一机器自动化控制器，以及共用式监控软体。

自动化控制器是平台的核心命脉

机器自动化控制器（简称控制器）是IT和OT网路之间的关键连结；在Omron的解决方案中，此控制器为执行Sysmac机器控制软体的工业PC。控制器根据IT系统确定的制造协定，同步控制所有机器动作、安全性、视觉、机器人、感测和资料库连线。

Omron的NX102-1020是此控制器范例之一。此控制器无需闸道器就能处理来自IT资料库的资讯。另外，该控制器还能监测机器安全性和维持生产品质，同时十分精准快速地控制机器。此装置采用Intel Core i7微处理器，能在短短0.37 ns内执行基本指令，而且每 125 μs就能更新伺服机和步进马达接收的命令。感测器会将机器位置、位移和齿隙资讯迅速回送至控制器。因此即能让凸轮顺畅动作，以及机器轴以高精密度移动。

NX102-1020的宽度为 66 mm，设计小巧紧凑，具有三个工业乙太网路连接埠 （两个 EtherNet/IP和一个EtherCAT）、一个 CPU 单元和一个电源供应器。此控制器符合 IEC 61131-3 标准，涵盖 PLC 中控制程式的基本软体架构与编程语言，并使用 PLCopen 功能块进行动作控制。

单一软体平台

工厂中由几种形式拼凑在一起运作的软体，可能会是工厂自动化平台的致命弱点。要维护这种系统并使其顺畅运作，需要投入大量时间，也可能使工程师无法专注於生产制程的最隹化。

为因应这一挑战，Omron提供单一软体套件解决方案执行其整个系统，包括对NX102-1020 控制器进行编程。此软体 Sysmac Studio（图三）实际上是一个整合式开发环境 （IDE），且随附客制化的3D动作模拟工具。与Omron控制器一样，此IDE完全符合 IEC 61131-3标准。此IDE允许以变数进行编程，因此工程师不需要学习PLC的内建记忆体对应。这也代表程式能重复使用。

图三 : Sysmac Studio随附客制化的3D动作模拟工具，让工程师能检查及改良生产制程，而不贸然实作。（source：Omron）

结论

连线式工厂是制造业未来的趋势，但是要连结各个环节并顺畅运作，具有一定的挑战性。可采取全面性的作法，使用一个完全整合式自动化平台（网路、组件和软体零件来自同一供应商），达到无缝合作，并让人员能专注於生产制程的最隹化。

（本文作者Barley Li为DigiKey Electronics亚太区技术内容部门应用工程经理）