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機(jī)遇與挑戰(zhàn)

隨著勞動(dòng)力成本的上升，以及生產(chǎn)效率提升的需求，農(nóng)業(yè)和建筑業(yè)對(duì)自身設(shè)備的要求也與日俱增，自動(dòng)化和網(wǎng)絡(luò)化以及智能化需求成為行業(yè)發(fā)展的方向。從聯(lián)合收割機(jī)到挖掘機(jī)，從消防車(chē)到多功能市政車(chē)輛，越來(lái)越多的自動(dòng)化組件成為標(biāo)準(zhǔn)配置。幾乎每一臺(tái)移動(dòng)車(chē)輛都裝備了多個(gè)ECU、顯示終端、傳感器和其它輔助電子設(shè)備，面向移動(dòng)商用設(shè)備的自動(dòng)化技術(shù)正快速向前發(fā)展。

與傳統(tǒng)的工業(yè)自動(dòng)化相比較，移動(dòng)自動(dòng)化對(duì)產(chǎn)品在基本功能方面的要求并無(wú)特別。不管是用于控制噴涂機(jī)器人還是用于控制挖掘機(jī)鏟斗，控制器還是那個(gè)控制器。其顯著區(qū)別在于產(chǎn)品的安裝和運(yùn)行環(huán)境條件的不同。印刷機(jī)的控制器不需要進(jìn)行高壓清洗，而農(nóng)用機(jī)械或工程車(chē)輛卻要對(duì)此習(xí)以為常。移動(dòng)自動(dòng)化的產(chǎn)品必須面對(duì)嚴(yán)苛的工作環(huán)境，包括紫外線(xiàn)、極端溫度、振動(dòng)、沖擊、鹽霧、油污、凝露等。

圖1 移動(dòng)設(shè)備控制需要對(duì)抗更嚴(yán)苛的工作環(huán)境

工程機(jī)械智能化的需求

事實(shí)上，工程機(jī)械早已不像我們傳統(tǒng)看上去的“傻大個(gè)”一樣的機(jī)器，他們更為智能，以應(yīng)對(duì)復(fù)雜的應(yīng)用場(chǎng)景，這包括如圖2所示的幾個(gè)方面：

（1）智能算法：在不同的機(jī)型上，復(fù)雜的液壓控制（液壓機(jī)器人）、防傾翻、防搖、扭轉(zhuǎn)控制，瀝青攤鋪設(shè)備還包括了找平、配料工藝等，這些都較之以往依靠人工經(jīng)驗(yàn)而言，更為精細(xì)，高效。

（2）集群作業(yè)：公路已經(jīng)由多機(jī)種協(xié)同作業(yè)，包括進(jìn)度、車(chē)輛調(diào)度、實(shí)時(shí)工藝調(diào)整、路徑優(yōu)化等，可以通過(guò)無(wú)線(xiàn)通信網(wǎng)絡(luò)對(duì)現(xiàn)場(chǎng)數(shù)據(jù)進(jìn)行采集，并由中央調(diào)度系統(tǒng)給予作業(yè)指導(dǎo)。

通過(guò)數(shù)據(jù)采集，可以反饋大數(shù)據(jù)給OEM制造商，以使得其改變其機(jī)器的研發(fā)與制造環(huán)節(jié)的工藝水平。

圖2-工程與農(nóng)業(yè)機(jī)械的現(xiàn)場(chǎng)集群作業(yè)

早在2011年，貝加萊就將其常規(guī)的自動(dòng)化專(zhuān)業(yè)知識(shí)和移動(dòng)車(chē)輛及工程機(jī)械自動(dòng)化方面的經(jīng)驗(yàn)相結(jié)合，并得到日常的認(rèn)可。如今，貝加萊公司針對(duì)移動(dòng)裝備所專(zhuān)門(mén)研發(fā)的具有創(chuàng)新意義的的X90移動(dòng)控制和I/O產(chǎn)品線(xiàn)，更推動(dòng)貝加萊在移動(dòng)自動(dòng)化領(lǐng)域內(nèi)不斷開(kāi)拓疆土。

X90系統(tǒng)的核心是一個(gè)擁有強(qiáng)大ARM處理器和48個(gè)多功能I/O通道的控制器，涵蓋了可用于CAN、USB、以太網(wǎng)和實(shí)時(shí)POWERLINK總線(xiàn)系統(tǒng)的接口，能夠滿(mǎn)足客戶(hù)多樣化的需求。

圖3 移動(dòng)裝備智能化利器—X90

X90具有極其堅(jiān)固的鑄鋁外殼，可安裝四個(gè)擴(kuò)展卡，靈活性高。另外還提供額外的I/O通道，多種I/O接口，如USB，CAN，RS485及RS232等。WLAN，籃牙，GPS等所需功能也盡將包含在其中。

四個(gè)擴(kuò)展卡簡(jiǎn)化集成了貝加萊技術(shù)工具箱的功能，使用起來(lái)極其簡(jiǎn)單。例如，客戶(hù)可以通過(guò)擴(kuò)展卡的使用，簡(jiǎn)單快速地對(duì)智能環(huán)境監(jiān)控系統(tǒng)進(jìn)行配置。

圖4 最多可安裝四個(gè)選項(xiàng)卡，提供額外的I/O通道和接口

X90系列產(chǎn)品的接口均采用莫仕公司針對(duì)自動(dòng)化ECU開(kāi)發(fā)的標(biāo)準(zhǔn)連接器，完全可以應(yīng)對(duì)嚴(yán)苛的工作環(huán)境。

圖5 莫仕的標(biāo)準(zhǔn)連接器，滿(mǎn)足嚴(yán)苛工作環(huán)境的要求

作為針對(duì)移動(dòng)自動(dòng)化開(kāi)發(fā)的產(chǎn)品，X90必須能夠應(yīng)對(duì)最嚴(yán)酷的工作環(huán)境。-40℃到85℃的工作溫度范圍，高達(dá)50g的抗沖擊力及5g抗震能力，讓X90具有滿(mǎn)足IP69K的高防護(hù)等級(jí)。加上耐鹽，耐油，耐紫外線(xiàn)等特性，一切都不在話(huà)下。CE，Ex，Zone II，DNV?GL，SA等多個(gè)國(guó)際認(rèn)證，更使得X90在嚴(yán)苛工作環(huán)境中的穩(wěn)定工作能力值得信賴(lài)。

圖6 重要的國(guó)際認(rèn)證為X90的穩(wěn)定性能背書(shū)

除了自身的特點(diǎn)，X90系統(tǒng)還兼具貝加萊自動(dòng)化技術(shù)所擁有的所有優(yōu)點(diǎn)。模塊化的軟件開(kāi)發(fā)，集成的安全技術(shù)和豐富的排錯(cuò)選項(xiàng)，不僅大大節(jié)約開(kāi)發(fā)時(shí)間，更能滿(mǎn)足用戶(hù)的實(shí)際需求。

完善的一站式移動(dòng)自動(dòng)化技術(shù)

X90的推出，讓貝加萊在移動(dòng)裝備領(lǐng)域如虎添翼。X90系列產(chǎn)品將貝加萊在工業(yè)自動(dòng)化領(lǐng)域積累多年的的優(yōu)勢(shì)引入了移動(dòng)機(jī)械領(lǐng)域。通過(guò)Automation Studio，用戶(hù)將體驗(yàn)到易于操作的開(kāi)發(fā)環(huán)境，高性能的實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)，以及現(xiàn)成可用的軟件組件。從此，針對(duì)建筑機(jī)械，農(nóng)業(yè)機(jī)械，林業(yè)機(jī)械及市政機(jī)械等的移動(dòng)設(shè)備的自動(dòng)化解決方案變得前所未有的簡(jiǎn)單。

圖7 為建筑機(jī)械，農(nóng)業(yè)機(jī)械，林業(yè)機(jī)械及市政機(jī)械等的移動(dòng)設(shè)備提供完善的自動(dòng)化解決方案

X90系列產(chǎn)品可以與貝加萊的其它系列產(chǎn)品無(wú)縫配合。采用Automation Studio的開(kāi)發(fā)工具和實(shí)時(shí)的Automation Runtime操作系統(tǒng)，移動(dòng)機(jī)械的生產(chǎn)商可以借助貝加萊在控制技術(shù)方面超過(guò)35年的專(zhuān)家經(jīng)驗(yàn)，從全面診斷，完全集成到系統(tǒng)中的仿真，到基于HTML5網(wǎng)頁(yè)技術(shù)的HMI解決方案和更高級(jí)的系統(tǒng)接口各方面獲得競(jìng)爭(zhēng)優(yōu)勢(shì)。

圖8 貝加萊為移動(dòng)自動(dòng)化提供一站式技術(shù)

多年來(lái)，貝加萊一直致力于開(kāi)發(fā)基于100%可擴(kuò)展硬件的統(tǒng)一而全面的自動(dòng)化解決方案。貝加萊的軟硬件完全分離。應(yīng)用軟件一經(jīng)開(kāi)發(fā)，可在多個(gè)平臺(tái)和多代硬件產(chǎn)品中重復(fù)使用，進(jìn)一步確保了客戶(hù)投資收益的最大化。

貝加萊自動(dòng)化解決方案的一個(gè)突出特點(diǎn)在于mapp軟件構(gòu)架。預(yù)編程和模塊化配置能夠?qū)④浖_(kāi)發(fā)效率平均提高67%。模塊化、智能化的組件提供經(jīng)過(guò)全面測(cè)試的功能，輕點(diǎn)鼠標(biāo)就能得到一個(gè)完備的用戶(hù)管理或能源監(jiān)控解決方案。除了通用的mapp組件外，還推出了專(zhuān)用于移動(dòng)自動(dòng)化的組件mapp J1939。無(wú)需編寫(xiě)代碼，就可以在貝加萊應(yīng)用中集成所有類(lèi)型柴油機(jī)的重要數(shù)據(jù)，如速度和柴油機(jī)溫度，并準(zhǔn)確地傳送到應(yīng)用程序中。

圖9 mapp J1939組件讓程序編寫(xiě)更簡(jiǎn)便

邁向智能時(shí)代的工程作業(yè)

智能時(shí)代的系統(tǒng)可以為用戶(hù)帶來(lái)的價(jià)值，這也是工業(yè)4.0所關(guān)注的理念，而通過(guò)X90，工程機(jī)械也可以實(shí)現(xiàn)現(xiàn)場(chǎng)數(shù)據(jù)采集、反饋給生產(chǎn)制造，延展其產(chǎn)品生命周期，以及業(yè)務(wù)模式的調(diào)整，尤其對(duì)工程機(jī)械領(lǐng)域遍布全球的現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備而言。

（1）全生命周期的服務(wù)延伸

傳統(tǒng)的機(jī)器銷(xiāo)售之后僅提供有限的售后服務(wù)，但是，在智能時(shí)代，制造商可以通過(guò)一系列的服務(wù)能力來(lái)擴(kuò)展到全生命周期的服務(wù)，通過(guò)這種競(jìng)爭(zhēng)模式的轉(zhuǎn)變，可以獲得更好的用戶(hù)體驗(yàn)、更為忠誠(chéng)的客戶(hù)以及售后服務(wù)階段的增值。

基于大數(shù)據(jù)采集以及智能學(xué)習(xí)算法，我們可以為用戶(hù)提供在操作方面的指導(dǎo)、控制工藝的優(yōu)化升級(jí)服務(wù)、能源優(yōu)化方案、工藝可以在線(xiàn)升級(jí)。也包括基于狀態(tài)監(jiān)測(cè)的維護(hù)，通過(guò)故障的采集來(lái)提供預(yù)測(cè)并早期預(yù)警。

（2）集群作業(yè)的管理與協(xié)同

對(duì)于協(xié)同而言，包括了路徑的規(guī)劃、車(chē)輛調(diào)度、協(xié)同中的作業(yè)負(fù)荷均衡與優(yōu)化、作業(yè)工藝參數(shù)下達(dá)、氣象/工況預(yù)警等與集群作業(yè)協(xié)同相關(guān)的服務(wù)，這些都是需要基于控制系統(tǒng)具有開(kāi)放的屬性，不僅提供控制，也具有網(wǎng)關(guān)互聯(lián)集成能力、無(wú)線(xiàn)傳輸、IoT協(xié)議支持能力等。

X90支持CANopen、POWERLINK、OPC UA，滿(mǎn)足在互聯(lián)互通、語(yǔ)義互操作多個(gè)層級(jí)的集成能力。

圖10-通過(guò)數(shù)據(jù)的采集與計(jì)算反饋實(shí)現(xiàn)優(yōu)化與協(xié)同

（3）研發(fā)優(yōu)化

對(duì)于機(jī)械制造商而言，基于大數(shù)據(jù)平臺(tái)的反饋也可以為產(chǎn)品研發(fā)提供數(shù)據(jù)：

工藝的參數(shù)優(yōu)化

機(jī)械的設(shè)計(jì)改善

操作習(xí)慣的改善

常見(jiàn)故障的處理與改善

圖11-Automation Studio為工程機(jī)械智能化提供平臺(tái)支撐

X90本身是一個(gè)產(chǎn)品，但是，與集成開(kāi)發(fā)平臺(tái)Automation Studio與貝加萊的APROL平臺(tái)共同構(gòu)成了為未來(lái)智能時(shí)代的工程機(jī)械領(lǐng)域提供了整體的方案集成。如圖11所示，包括了智能算法設(shè)計(jì)、開(kāi)放的互聯(lián)、針對(duì)工程機(jī)械領(lǐng)域的軟件集成（SAE 1939,ISO Bus和CAN,POWERLINK支持），云/邊緣計(jì)算的計(jì)算采集與傳輸支持能力。