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(jī)時間、提升作業(yè)精度、高速高效、預(yù)防性維護(hù)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(jī)數(shù)字控制（CNC），是通過執(zhí)行預(yù)設(shè)序列對機(jī)床運動及加工過程進(jìn)行控制的一種方法。FANUC工廠自動化部門CNC應(yīng)用經(jīng)理伊恩·貝爾德（IanBaird）說：“從上世紀(jì)50至60年代，CNC由計算機(jī)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(jī)和伺服系統(tǒng)組合后，它能滿足制造商重復(fù)、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(bǔ)器、伺服控制器、邏輯控制器和操作員控制接口?！?/p>

　　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(jī)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(jì)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(wù)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(jìn)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(hù)和診斷等功能。因此，許多想要完全控制機(jī)器人的使用者非常喜歡CNC，因為你只需對其加以訓(xùn)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(yīng)用于復(fù)雜的多軸加工。“只有你想不到的，沒有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(jìn)行反應(yīng)性等離子體的蝕刻，任何需要精密運動控制的應(yīng)用都要用到CNC?！?/p>

　　PLC更適用于簡單的控制任務(wù)

　　然而，PLC卻是針對簡單控制任務(wù)的良好解決方案。貝爾德認(rèn)為：“如果是不需要高精度或靈活運動控制的應(yīng)用，例如在交流電機(jī)輸送機(jī)中，PLC通常是最佳選擇。它比CNC便宜，更適合在復(fù)雜的應(yīng)用中使用?！?/p>

　　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?，盡管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(rèn)為CNC的總成本要更低?！斑@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(qiáng)，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(jī)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(jìn)的用戶可編程功能，這可以最大限度地減少停機(jī)時間，并控制機(jī)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(jī)器人的工作量，或者讓機(jī)器自動在夜間工作。例如，用戶可以對其編程，讓機(jī)器僅在80%的負(fù)載下工作，達(dá)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(jī)器提供了應(yīng)該如何工作的準(zhǔn)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(yīng)該以完全相同的方式工作?！?/p>

　　如果實際系統(tǒng)突然中斷，例如超負(fù)載，這會導(dǎo)致實際數(shù)據(jù)與觀測數(shù)據(jù)不一致，機(jī)器會將其理解為沖突。如果它此刻移動較緩慢，機(jī)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(jī)器，以避免損壞。

　　除了安全性，零停機(jī)時間是廠商們對自動化的重要訴求。意外的停機(jī)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(jī)器造成不可逆的損害，甚至傷到操作人員。

　　減少停機(jī)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(biāo)是盡可能減少故障或錯誤導(dǎo)致的停機(jī)。這正是預(yù)防性維護(hù)的重要性。“預(yù)防性維護(hù)使我們能夠在發(fā)生問題之前找出問題，并在其進(jìn)一步惡化之前采取行動?？刂茩C(jī)器的自動化技術(shù)就像監(jiān)測者?！?/p>

　　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(jī)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(dāng)同時有簡單和復(fù)雜的任務(wù)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(jī)器和海量的數(shù)據(jù)分析。”

　　也許只有時間會告訴我們CNC和PLC會如何應(yīng)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。