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自动化浪潮来袭，未来工厂是否还有CND和PLC的一席之地？

自动化浪潮来袭 ， 未来工厂是否还有CNC和PLC的一席之地？
如今 ， “工业4.0”和“物联网”正渗透到各行各业 ， 自动化的概念也随之产生变化 。 除了前几年追求的自动采摘、包装、码垛、运输外 ， 现在的自动化还包括零停机时间、提升作业精度、高速高效、预防性维护等概念 。 这些都能由发展了数十年的可编程数字系统提供支持 。
计算机数字控制（CNC） ， 是通过执行预设序列对机床运动及加工过程进行控制的一种方法 。 FANUC工厂自动化部门CNC应用经理伊恩·贝尔德（IanBaird）说：“从上世纪50至60年代 ， CNC由计算机辅助制造（CAM）与基于示踪器的自动化发展演变而来 。 与计算机和伺服系统组合后 ， 它能满足制造商重复、高精度的生产要求 。 如今 ， CNC主要由五部分组成：一个序列器、插补器、伺服控制器、逻辑控制器和操作员控制接口 。 ”
在CNC面世20年后 ， 人们又开发了一种便宜又简单的计算机辅助控制器——可编程逻辑控制器（PLC） 。
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PLC培训
PLC与CNC孰优孰劣
贝尔德继续说道：“上世纪80年代 ， 人们开发了PLC以取代继电器逻辑控制系统 。 由于继电器控制系统依靠硬件来执行其关键功能 ， 它们的成本较PLC来说更高 ， 并且灵活性不足 ， 使用起来不方便 。 反之 ， PLC具有输入和输出功能 ， 它们可以通过编程执行程序化操作、数据处理或简单的轴控制 。 ”
但是 ， PLC并不会取代CNC 。 贝尔德表示：“二者都有自己的优缺点 ， 服务的目的和市场也不相同 。 若行业内有人说‘我已投资了CNC ， 以后不会有PLC的生存空间’ ， 这是非常狭隘的观点 ， 因为它们是两种不同的控制系统 。 ”
CNC更多地与自动化概念相近 ， 因为它的使用范围不仅仅是简单的输入-输出计算 。 现代CNC是一种灵活的数字控制系统 ， 可以根据制造商的需求进行定制 ， 无需重新编辑系统 。
“现代大多数CNC还具有用户界面 ， 支持内置操作、维护和诊断等功能 。 因此 ， 许多想要完全控制机器人的使用者非常喜欢CNC ， 因为你只需对其加以训练 ， 就能完全独自操作 。 ”贝尔德说道 。 CNC的灵活性使其在几乎任何行业都能应用于复杂的多轴加工 。 “只有你想不到的 ， 没有CNC做不到的 。 无论是手表零件的加工还是医疗设备的制造 ， 甚至是进行反应性等离子体的蚀刻 ， 任何需要精密运动控制的应用都要用到CNC 。 ”
PLC更适用于简单的控制任务
然而 ， PLC却是针对简单控制任务的良好解决方案 。 贝尔德认为：“如果是不需要高精度或灵活运动控制的应用 ， 例如在交流电机输送机中 ， PLC通常是最佳选择 。 它比CNC便宜 ， 更适合在复杂的应用中使用 。 ”
不过 ， 贝尔德提到PLC的简单性也有些缺点：“PLC没有CNC那么灵活 。 如果使用者需要稍微改动程序 ， 就必须重新编程 。 另外 ， PLC的精度也没有CNC那么高 ， 所以最适合用作低成本的基本操作 。 ”可是 ， 尽管PLC成本低 ， 但是许多制造商正转向选择CNC ， 其中一部分原因是他们认为CNC的总成本要更低 。 “这是一个很有趣的现象 ， 许多商家在投资了PLC之后转而选择CNC ， 主要就是看中了其灵活性、可靠性和总成本低的因素 。 CNC的初始成本虽然高于PLC ， 但由于CNC的可靠性和控制性更强 ， 长期投资的回报率可能更高 。 并且使用者自己能够决定对机器作出多大程度的控制 。 ”贝尔德说 。
CNC的长期成本之所以低 ， 正是归功于其先进的用户可编程功能 ， 这可以最大限度地减少停机时间 ， 并控制机器的能源消耗或输出 。
目前 ， 许多CNC还配备了人工智能系统 ， 这意味着使用者可以设定机器人的工作量 ， 或者让机器自动在夜间工作 。 例如 ， 用户可以对其编程 ， 让机器仅在80%的负载下工作 ， 达到节能的目的 。 一些CNC还配备了例如能量充电模块的高效节能功能 。
除此之外 ， CNC附加的安全功能也令其适合与人类协作 。 贝尔德说：“CNC配备了一个基于运动控制的数字算法 ， 该数字系统有两部分组成：实际的数据系统和观测数字系统 。 观测系统的行为是最理想的动作 ， 为机器提供了应该如何工作的准确参数 。 实际和观测系统都是由相同的命令驱动的 ， 所以他们应该以完全相同的方式工作 。 ”
如果实际系统突然中断 ， 例如超负载 ， 这会导致实际数据与观测数据不一致 ， 机器会将其理解为冲突 。 如果它此刻移动较缓慢 ， 机器将会停止 。 如果移动速度较快 ， 它将执行“向导后退” ， 停止所以移动的机器 ， 以避免损坏 。
除了安全性 ， 零停机时间是厂商们对自动化的重要诉求 。 意外的停机时间将付出高昂的成本：工厂可能会停止生产好几天 ， 甚至数月 。 未检测到的故障可能会对机器造成不可逆的损害 ， 甚至伤到操作人员 。
减少停机时间助节能
贝尔德表示 ， 尽管让工厂全天候不停地工作是不现实的 ， 但我们的目标是尽可能减少故障或错误导致的停机 。 这正是预防性维护的重要性 。 “预防性维护使我们能够在发生问题之前找出问题 ， 并在其进一步恶化之前采取行动 。 控制机器的自动化技术就像监测者 。 ”
那么 ， CNC是否注定成为未来工厂唯一的工具呢？“尽管PLC有些地方不如CNC ， 但在自动化的浪潮中 ， 它的位置无可取代 。 最好的例子就是在生产线中 ， CNC也许可以控制机械臂、完成开模、打磨等工作 ， 但是PLC却可以为运输材料和产品的传送带供电 。 若用CNC做这些事 ， 则有点大材小用了 。 所以在工厂车间内 ， 当同时有简单和复杂的任务时 ， CNC可以与PLC完美结合 。
随着CNC和PLC在制造业中保持领先地位 ， 现在重要的是看他们将来会如何发展 。 贝尔德总结说：”工业控制系统将不断发展 ， 并且朝着更加专业的特定方向发展 。 第三方还将利用开放式界面的概念 ， 将工厂与物联网结合 。 将来会有更智能的机器和海量的数据分析 。 ”
也许只有时间会告诉我们CNC和PLC会如何应对未来工厂的发展 ， 但毫无疑问 ， 即使这两种技术不结合 ， 也必定是工厂不可或缺的一部分 。
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