自動化浪潮來襲，未來工廠是否還有CNC和PLC的一席之地？

如今，“工業(yè)4.0”和“物聯(lián)網(wǎng)”正滲透到各行各業(yè)，自動化的概念也隨之產(chǎn)生變化。除了前幾年追求的自動采摘、包裝、碼垛、運輸外，現(xiàn)在的自動化還包括零停機時間、提升作業(yè)精度、高速高效、預防性維護等概念。這些都能由發(fā)展了數(shù)十年的可編程數(shù)字系統(tǒng)提供支持。

計算機數(shù)字控制（CNC），是通過執(zhí)行預設(shè)序列對機床運動及加工過程進行控制的一種方法。FANUC工廠自動化部門CNC應用經(jīng)理伊恩·貝爾德（Ian Baird）說：“從上世紀50至60年代，CNC由計算機輔助制造（CAM）與基于示蹤器的自動化發(fā)展演變而來。與計算機和伺服系統(tǒng)組合后，它能滿足制造商重復、高精度的生產(chǎn)要求。如今，CNC主要由五部分組成：一個序列器、插補器、伺服控制器、邏輯控制器和操作員控制接口。”

在CNC面世20年后，人們又開發(fā)了一種便宜又簡單的計算機輔助控制器——可編程邏輯控制器（PLC）。

PLC與CNC孰優(yōu)孰劣

貝爾德繼續(xù)說道：“上世紀80年代，人們開發(fā)了PLC以取代繼電器邏輯控制系統(tǒng)。由于繼電器控制系統(tǒng)依靠硬件來執(zhí)行其關(guān)鍵功能，它們的成本較PLC來說更高，并且靈活性不足，使用起來不方便。反之，PLC具有輸入和輸出功能，它們可以通過編程執(zhí)行程序化操作、數(shù)據(jù)處理或簡單的軸控制。”

但是，PLC并不會取代CNC。貝爾德表示：“二者都有自己的優(yōu)缺點，服務的目的和市場也不相同。若行業(yè)內(nèi)有人說‘我已投資了CNC，以后不會有PLC的生存空間’，這是非常狹隘的觀點，因為它們是兩種不同的控制系統(tǒng)。”

CNC更多地與自動化概念相近，因為它的使用范圍不僅僅是簡單的輸入-輸出計算?，F(xiàn)代CNC是一種靈活的數(shù)字控制系統(tǒng)，可以根據(jù)制造商的需求進行定制，無需重新編輯系統(tǒng)。

“現(xiàn)代大多數(shù)CNC還具有用戶界面，支持內(nèi)置操作、維護和診斷等功能。因此，許多想要完全控制機器人的使用者非常喜歡CNC，因為你只需對其加以訓練，就能完全獨自操作?！必悹柕抡f道。CNC的靈活性使其在幾乎任何行業(yè)都能應用于復雜的多軸加工?！爸挥心阆氩坏降模瑳]有CNC做不到的。無論是手表零件的加工還是醫(yī)療設(shè)備的制造，甚至是進行反應性等離子體的蝕刻，任何需要精密運動控制的應用都要用到CNC?！?/span>

PLC更適用于簡單的控制任務

然而，PLC卻是針對簡單控制任務的良好解決方案。貝爾德認為：“如果是不需要高精度或靈活運動控制的應用，例如在交流電機輸送機中，PLC通常是最佳選擇。它比CNC便宜，更適合在復雜的應用中使用?！?/span>

不過，貝爾德提到PLC的簡單性也有些缺點：“PLC沒有CNC那么靈活。如果使用者需要稍微改動程序，就必須重新編程。另外，PLC的精度也沒有CNC那么高，所以最適合用作低成本的基本操作?！笨墒牵M管PLC成本低，但是許多制造商正轉(zhuǎn)向選擇CNC，其中一部分原因是他們認為CNC的總成本要更低。“這是一個很有趣的現(xiàn)象，許多商家在投資了PLC之后轉(zhuǎn)而選擇CNC，主要就是看中了其靈活性、可靠性和總成本低的因素。CNC的初始成本雖然高于PLC，但由于CNC的可靠性和控制性更強，長期投資的回報率可能更高。并且使用者自己能夠決定對機器作出多大程度的控制。”貝爾德說。

CNC的長期成本之所以低，正是歸功于其先進的用戶可編程功能，這可以最大限度地減少停機時間，并控制機器的能源消耗或輸出。

目前，許多CNC還配備了人工智能系統(tǒng)，這意味著使用者可以設(shè)定機器人的工作量，或者讓機器自動在夜間工作。例如，用戶可以對其編程，讓機器僅在80%的負載下工作，達到節(jié)能的目的。一些CNC還配備了例如能量充電模塊的高效節(jié)能功能。

除此之外，CNC附加的安全功能也令其適合與人類協(xié)作。貝爾德說：“CNC配備了一個基于運動控制的數(shù)字算法，該數(shù)字系統(tǒng)有兩部分組成：實際的數(shù)據(jù)系統(tǒng)和觀測數(shù)字系統(tǒng)。觀測系統(tǒng)的行為是最理想的動作，為機器提供了應該如何工作的準確參數(shù)。實際和觀測系統(tǒng)都是由相同的命令驅(qū)動的，所以他們應該以完全相同的方式工作。”

如果實際系統(tǒng)突然中斷，例如超負載，這會導致實際數(shù)據(jù)與觀測數(shù)據(jù)不一致，機器會將其理解為沖突。如果它此刻移動較緩慢，機器將會停止。如果移動速度較快，它將執(zhí)行“向?qū)Ш笸恕保Ｖ顾砸苿拥臋C器，以避免損壞。

除了安全性，零停機時間是廠商們對自動化的重要訴求。意外的停機時間將付出高昂的成本：工廠可能會停止生產(chǎn)好幾天，甚至數(shù)月。未檢測到的故障可能會對機器造成不可逆的損害，甚至傷到操作人員。

減少停機時間助節(jié)能

貝爾德表示，盡管讓工廠全天候不停地工作是不現(xiàn)實的，但我們的目標是盡可能減少故障或錯誤導致的停機。這正是預防性維護的重要性?！邦A防性維護使我們能夠在發(fā)生問題之前找出問題，并在其進一步惡化之前采取行動。控制機器的自動化技術(shù)就像監(jiān)測者。”

那么，CNC是否注定成為未來工廠唯一的工具呢？“盡管PLC有些地方不如CNC，但在自動化的浪潮中，它的位置無可取代。最好的例子就是在生產(chǎn)線中，CNC也許可以控制機械臂、完成開模、打磨等工作，但是PLC卻可以為運輸材料和產(chǎn)品的傳送帶供電。若用CNC做這些事，則有點大材小用了。所以在工廠車間內(nèi)，當同時有簡單和復雜的任務時，CNC可以與PLC完美結(jié)合。

隨著CNC和PLC在制造業(yè)中保持領(lǐng)先地位，現(xiàn)在重要的是看他們將來會如何發(fā)展。貝爾德總結(jié)說：”工業(yè)控制系統(tǒng)將不斷發(fā)展，并且朝著更加專業(yè)的特定方向發(fā)展。第三方還將利用開放式界面的概念，將工廠與物聯(lián)網(wǎng)結(jié)合。將來會有更智能的機器和海量的數(shù)據(jù)分析?！?/span>

也許只有時間會告訴我們CNC和PLC會如何應對未來工廠的發(fā)展，但毫無疑問，即使這兩種技術(shù)不結(jié)合，也必定是工廠不可或缺的一部分。