引 言

90年代的十年已被看作是基于PC的技術(shù)迅速發(fā)展的年代。這種基于PC的硬件和軟件的迅猛增長(zhǎng)，對(duì)制造業(yè)（從定單輸入和系統(tǒng)分析到生產(chǎn)線過(guò)程控制）有十分重要的意義。隨著Intel奔騰處理器和微軟Windows NT的出現(xiàn),現(xiàn)在，制造商已有了一種真正的開(kāi)放式體系結(jié)構(gòu)，非專(zhuān)有的控制環(huán)境可以利用。這種環(huán)境支持（事實(shí)是促進(jìn)）不同制造設(shè)備的廣泛的系統(tǒng)集成。它也使制造商能容易地開(kāi)發(fā)用戶(hù)應(yīng)用程序，以支持其過(guò)程并獲得第三方在現(xiàn)成的軟件包中得到的經(jīng)驗(yàn)。更為重要的是，PC硬件和軟件平臺(tái)是在工業(yè)界可接受的硬件部件和軟件常規(guī)標(biāo)準(zhǔn)下建立的。采用標(biāo)準(zhǔn)的好處已被計(jì)算行業(yè)所證實(shí)。這些好處可以容易地轉(zhuǎn)移到工廠車(chē)間和控制工業(yè)。

這種開(kāi)放式體系結(jié)構(gòu)環(huán)境為系統(tǒng)控制、過(guò)程監(jiān)視和數(shù)據(jù)采集、質(zhì)量管理、以及以前不能做到的與其它系統(tǒng)的通信、典型的閉環(huán)結(jié)構(gòu)、專(zhuān)用性、用于制造業(yè)的計(jì)算平臺(tái)提供了一系列制造業(yè)專(zhuān)用的功能。基于開(kāi)放式體系結(jié)構(gòu)的PC制造的主要好處是在：

·通信
·連通性
·部件標(biāo)準(zhǔn)化和可用性
·節(jié)省成本。

開(kāi)放式PC控制正在為現(xiàn)有的機(jī)械系統(tǒng)（如機(jī)器人、機(jī)床和自動(dòng)化系統(tǒng)）提供“即插即用”自適應(yīng)開(kāi)創(chuàng)新的機(jī)遇，為改型和升級(jí)資本設(shè)備提供大市場(chǎng)。真正的開(kāi)放式部件和通信協(xié)議的最早的例子之一是出現(xiàn)在機(jī)器人領(lǐng)域。

今日生產(chǎn)中的PC控制

“財(cái)富500家”中的一些公司已積極采取一種基于PC的制造業(yè)進(jìn)取精神來(lái)實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)領(lǐng)域內(nèi)的PC技術(shù)的各種優(yōu)點(diǎn)。現(xiàn)在，Saturn公司處于將PC技術(shù)應(yīng)用于制造業(yè)的領(lǐng)先者行列[1]。

在Saturn公司，生產(chǎn)停頓1分鐘要損失4400美元。Saturn確定，它需要最近的100，000個(gè)不同類(lèi)型制造信息存取，以開(kāi)發(fā)更佳的生產(chǎn)過(guò)程，使其制造系統(tǒng)不停頓地運(yùn)行。只是采用工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)的硬件和軟件，Saturn在車(chē)輛系統(tǒng)、車(chē)體系統(tǒng)和動(dòng)力傳動(dòng)中實(shí)現(xiàn)了一種基于PC的策略和與財(cái)務(wù)和行政管理真正集成的生產(chǎn)系統(tǒng)。該公司選擇微軟Windows NT用于其安全措施、圖形用戶(hù)接口和開(kāi)放式體系結(jié)構(gòu)。

在Saturn公司，基于PC的開(kāi)放式體系結(jié)構(gòu)，微軟Windows制造環(huán)境，已證明其對(duì)諸如動(dòng)態(tài)噴漆作業(yè)調(diào)度、生產(chǎn)跟蹤和質(zhì)量監(jiān)控等關(guān)鍵性任務(wù)處理的能力。該系統(tǒng)也自動(dòng)地搜集90%所需要的制造數(shù)據(jù)，以便評(píng)估各種生產(chǎn)過(guò)程，并作出不斷的改進(jìn)。用微軟可視圖象Basic或可視C++語(yǔ)言，已開(kāi)發(fā)出用戶(hù)應(yīng)用程序，以捕獲生產(chǎn)和停機(jī)時(shí)間數(shù)據(jù)，并用于維護(hù)報(bào)告，檢修和試驗(yàn)系統(tǒng)。該公司甚至已開(kāi)發(fā)出用于遠(yuǎn)距性能監(jiān)視的各種機(jī)內(nèi)工具。


“自動(dòng)化孤島”

過(guò)去20年內(nèi)，一直由基于計(jì)算機(jī)的專(zhuān)有技術(shù)的實(shí)施而引起的車(chē)間“自動(dòng)化孤島”，由于原始設(shè)備制造商（OEM）同意采用硬件、軟件、控制、通信和操作用的工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)協(xié)議而正在消失。

機(jī)器人自動(dòng)化的情況除外。專(zhuān)有的控制結(jié)構(gòu)將機(jī)器人的應(yīng)用程序開(kāi)發(fā)局限于簡(jiǎn)單的、可獨(dú)立應(yīng)用的任務(wù)。業(yè)已表明，從柔性自動(dòng)化機(jī)器人技術(shù)中可獲得很大好處的骯臟、黑暗和危險(xiǎn)的任務(wù)，簡(jiǎn)直不可能以成本有效的方式開(kāi)發(fā)和集成。諸如用穿弧和視覺(jué)傳感器的自適應(yīng)多次焊接，或在貼合性材料上散布粘結(jié)劑等復(fù)雜的應(yīng)用程序正在‘財(cái)富500家’公司內(nèi)開(kāi)發(fā)。這些大公司在專(zhuān)用機(jī)器人控制器的研究和開(kāi)發(fā)預(yù)算，工作人員經(jīng)驗(yàn)和較長(zhǎng)的研究開(kāi)發(fā)時(shí)間等方面都是能夠承受的。但是，這種“先進(jìn)的”系統(tǒng)并不應(yīng)用于生產(chǎn)。集成、安裝和維護(hù)這種試驗(yàn)性的機(jī)器人工作單元的成本太高，工廠無(wú)法承受。

即使在簡(jiǎn)單、明確的任務(wù)場(chǎng)合，專(zhuān)用機(jī)器人控制體系結(jié)構(gòu)也會(huì)單獨(dú)地增加系統(tǒng)實(shí)施成本。在大多數(shù)場(chǎng)合會(huì)妨礙最新開(kāi)發(fā)利益的實(shí)現(xiàn)。這對(duì)我們北美市場(chǎng)已擁有的115,000臺(tái)機(jī)器人和每年新安裝15,000多臺(tái)機(jī)器人來(lái)說(shuō)，簡(jiǎn)直是難以接受的。

據(jù)‘財(cái)富500家’有關(guān)生產(chǎn)線上裝有50臺(tái)（或更多）機(jī)器人的制造商報(bào)告，平均來(lái)說(shuō)，一臺(tái)機(jī)器人工作單元的最終實(shí)施成本是單獨(dú)的機(jī)器人和控制器報(bào)價(jià)的3～5倍。附加的成本不僅來(lái)自購(gòu)置外圍設(shè)備和工具，而且也來(lái)自安裝和硬接線的集成。

這意味著，一臺(tái)價(jià)值5萬(wàn)美元的機(jī)器人和控制系統(tǒng)在工作單元建立和運(yùn)行時(shí)，預(yù)期要額外支出15萬(wàn)到25萬(wàn)美元（或更多）。這些費(fèi)用還只是在“資本撥款”項(xiàng)目下作為一種詳細(xì)開(kāi)列的項(xiàng)目出現(xiàn)的。此外還有不可避免的其它支出。這類(lèi)支出隱藏在工程、維護(hù)、備件和培訓(xùn)等其它預(yù)算內(nèi)（或者有時(shí)全然不包括在內(nèi)）。

例如，一臺(tái)工作單元的程序編制（或重新編制）時(shí)間可以是幾星期到幾個(gè)月。操作人員培訓(xùn)時(shí)間也許需要長(zhǎng)達(dá)8個(gè)月。備件庫(kù)存可能要占20%工作單元成本。從而影響到生產(chǎn)停頓時(shí)間。實(shí)際的價(jià)格單據(jù)可能是驚人的，而用一個(gè)新裝置替換生產(chǎn)中的一個(gè)現(xiàn)有的機(jī)器人臂的費(fèi)用甚至要更多。基本的機(jī)器人軌跡、工具架，I/O及機(jī)械接口一般都不相同，需要有新的研究和新的工程。

用基于PC的控制來(lái)擴(kuò)展機(jī)器人設(shè)備的壽命

自從機(jī)器人技術(shù)出現(xiàn)以來(lái)，僅在北美地區(qū)的制造設(shè)施上就已安裝了11.5萬(wàn)臺(tái)以上的機(jī)器人。最初安裝的機(jī)器人大多還在工作。與機(jī)床的情況相類(lèi)似（機(jī)床的使用壽命可長(zhǎng)達(dá)幾十年），在長(zhǎng)壽命基礎(chǔ)上，機(jī)器人正在日益證明其機(jī)械方面是可靠的，可使用的和合理的。有些報(bào)告稱(chēng)，在大修前，機(jī)器人已使用了50,000小時(shí)，但是，平均每隔7年，機(jī)器人控制器就顯得陳舊了，原始設(shè)備制造商為此就要推出一種新類(lèi)型控制器。

當(dāng)一家機(jī)器人制造商推出“新一代”機(jī)器人時(shí)，新控制器采用某種新的編程語(yǔ)言這一特色并非罕見(jiàn)。這種新的控制器并不與以前的控制系統(tǒng)向后兼容。這意味著，現(xiàn)有的機(jī)器人程序不能用于新系統(tǒng)，因而必須為面臨的任務(wù)重新編程，以便能在新系統(tǒng)上運(yùn)行。終端用戶(hù)只有通過(guò)將新系統(tǒng)應(yīng)用于新的工作站和新的生產(chǎn)線來(lái)避免重新編程費(fèi)用開(kāi)銷(xiāo)。

這種策略在設(shè)備擴(kuò)展和新安裝情況下才是行得通的。但是，直到現(xiàn)在還沒(méi)有好的策略來(lái)升級(jí)帶有新的控制器的現(xiàn)有機(jī)器人。隨著機(jī)器人/控制器群體的陳舊，這個(gè)因素正在對(duì)試圖不斷地提高其競(jìng)爭(zhēng)能力的制造商形成相當(dāng)大的財(cái)務(wù)和生產(chǎn)率障礙，但是，只能局限于采用70年代和80年代的計(jì)算和控制技術(shù)。

機(jī)器人原始設(shè)備制造商最終的選擇是，一旦推出下一代控制器，就不再支持以前的控制器型式。其結(jié)果是，采用早先的機(jī)器人的用戶(hù)，現(xiàn)在很難找到他們所用的機(jī)器人控制器備件。某些老的機(jī)器人控制器所用的專(zhuān)用的印刷電路板多達(dá)50塊。由于控制器不再得到支持，因而也不再能從原始設(shè)備制造商那里獲得替換的印刷電路板。必須從轉(zhuǎn)賣(mài)商的存貨中獲得備件。有些型號(hào)的替換零件（例如辛辛那提米拉克隆公司的機(jī)器人系列用的零件）已非常稀缺。事實(shí)上，這是因?yàn)樵荚O(shè)備制造商已不再參與機(jī)器人業(yè)務(wù)。如果可提供某種替換零件，其價(jià)格也非常高。