Softmotion让产线更有弹性
- DIGITIMES企划
-
智能工厂的「智能化」相当模糊，大多的看法都是着眼于未来，事实上制造业的各式设备成本高昂，且制程技术有延续性，不太可能一夕即变，因此比较务实的「智能化」作法，是让既有的自动化解决方案更容易被使用，透过各式设备，让制程步骤逐步简化，再让更多智能嵌入到系统之中，藉以协助设备商进行简化系统整合的相关步骤，并同步提升整体系统的效能。
由于多轴的同步运动控制是自动化设备的最基本需求，尤其在自动化的高度整合趋势下相当重要，也因此，Softmotion成为厂商打造智能工厂的另一项选择。
运动控制的核心运算演化
在智能工厂的运动控制部分，过去的传统作法是以CPU作为运算核心，但CPU架构向来有大量布线与系统复杂的问题，后来分散式运动控制的出现，正是为了解决上述问题。目前CPU架构的自动化系统，多是在板卡上加装运动控制卡，用以处理运动控制信号，将所有信息与控制，从传统的CPU转移到自动化系统的边缘装置上，分散CPU的工作。此一作法除了降低CPU工作负荷外，布线需求也大幅减少，还可以有效降低安装成本，简化布线作业，节省大量时间金钱。
CPU架构在自动化产业运行了一段时间后，DSP与FPGA控制器开始被导入，让运动控制走向开放式架构，运动控制的核心控制技术，也从SoC、微处理器、ASIC，一路发展到现今的DSP(digital signal processor；数码信号处理器)、FPGA，开放性运动控制核心现已在市场大量出现。
DSP控制效果与连续系统相当接近，归功于强大的数据运算处理功能，即使在复杂的控制中，一样可以取得极小的采样周期，利用DSP的实时运算，进行复杂的运动学、动力学计算，和误差补偿、运动规划、高速实时多轴插补，让运动控制的运动更加平稳，精度愈高，速度也愈快。产业对高速度、高精度的要求，正是催生运动控制的温床，使运动控制运用范围，从传统产业到热门电子产业皆有之，还包括医护设备、绘图仪等跨领域的广泛应用。
FPGA则针对需要重复改变组态的电路，挟其逻辑闸特性，让设计者可依自身需要加以改变设计，特别适用于必须不断变更设计的产品开发，可以有效加速产品上市时间。建构于这样系统之下，以软件为基准的Softmotion也由此而生。
Softmotion让系统更有弹性
Softmotion是透过软件以函式库与高端语法，进行开发运动控制的作动，这种运动控制的架构，适合用在规划大型系统的应用环境，因此像是欧系厂商如西门子及3S，均有相关的整合应用，台湾方面也有厂商推出相关产品，其中台达电推出的ISP Soft的开发界面，就符合IEC 61131的规范，可以应用于Softmotion。
业界均认为在大型系统的应用上，Softmotion可进行较为复杂的动作规划，这种作法在传统以PLC的架构上不易做到。Softmotion目前在欧洲较受到青睐，台湾厂商除了自行开发的软件系统，也有与欧洲开发商进行定制化的合作。
Softmotion的发展除了弹性应用之外，另外一个重点在于「智能制造」的最终目标，使用者可以任意调整产线的产能与制程项目，让运动控制可以依需求进行调整。不过，由于工业通讯标准EtherNET仍处于百家争鸣的情况，如果通讯界面无法共通整合，像要透过系统达成实时性控制需求的设定，会有一定程度的困难，这也是现在Softmotion在技术发展上，必须克服的挑战。
目前台湾厂商的Softmotion规划，多以DSP Motion为主，透过DSP分担CPU的控制功能，以单一指令完成复杂应用，在应用程序与函式库整合的加持下，使用者可以简化程序设计，只需进行部分参数的设定，就可以完成复杂的运动规划；此外，也会进一步的提供程序下载的功能，将原先规划于CPU上的信息转存到DSP上，让资源分配有效运用，把复杂的控制运算交由DSP进行，让CPU的运算能力分配到其他的需求面向，整合后将会产生更强化的运算能力。
由于目前仍有整合性的问题，Softmotion在发展上仍有相当挑战，台湾的工业设备厂商，多是提供一个可整合不同规格系统的平台，让使用者可以置换底层的装置，上层可由相同的软件平台系统进行一致性的规划。
软件模块化 提升系统延展性
虽然通讯标准仍未全面整合，不过业界人士均认为，此一问题的解决只是时间问题，随着问题的消失，Softmotion的优势将会逐步凸显出来，而Softmotion最大的优势，来自于他的软件模块化设计。软件模块化可以简单的功能来进行规划，让运动控制的技术产生了延展性，透过软件架构的修改与定制，即可用最简单的方式降低运动控制应用的成本，以可提升相当的效能，此一延展性，让系统从小规模到大且复杂的架构，均可发挥充分的效用。
尤其近年运动控制系统的应用，已逐渐走向精密化，无论在电子组装暨检测设备，LED打件、打线、太阳能晶圆生产设备、半导体测试设备及自动光学检测设备等等，或是产业加工机械如雷射加工机、切割机具、多轴同步加工设备等，自动化系统的关键核心技术均在运动控制能力的展现。
制程所需的高精度与高稳定度之制造设备与检测机台，必然需搭配高效能等级的运动控制模块，才能搭配完整的效用，模块化的技术在可以让使用者依需求搭配，在不同的要求底下弹性调整，观察现况产业，除了前述高精度产品需求外，另一个极端则是技术含量较低但产量极大的应用，Softmotion可提供在不同需求下的不同整合，让产业可以弹性整备。
由硬件保证实时同步的运动控制，不但较为稳定，而且透过导入函式库的规划，也可以协助系统在开发上保持一致性，在降低整备的时间及应用系统的授权成本上，均可以产生较高的附加价值。
稳定性仍有待观察
以先一步发展Softmotion的美商国家仪器NI为例，由于NI的LabVIEW本身就针对Softmotion提供了完整的规划，相较于其他厂商提出的解决方案，LabVIEW在规划程序的顺畅度与简易度均较有竞争力，所要跨越的门槛也是业界较能接受的，NI也同意，在定制化领域，Softmotion的确是运动控制技术发展的一个重要趋势，由于Softmotion可以完全定义从A点到B点的完全运动轨迹，包括任何数学的演算式轨迹，都可以经由定制化达成，这在高端应用底下是绝对必要的。当高端应用简易化后，向下整合资源也更为容易，NI指出，Softmotipn的未来发展将会更形稳固，甚至有可能成为标准之一。
不过，相较于已投入厂商的乐观，仍有大厂抱持观望态度，其中洛克威尔(Rockwell)就对Softmotion持保留态度，洛克威尔认为，相较于硬件系统，以软件作为控制核心，稳定性似乎还仍待考验，架构在软件上的控制技术仍存在相当的不确定性，这样的不确定性对生产线来讲并不适宜，其他仍未投入的厂商，说法也都相当一致，均认为此类技术仍要确保稳定性，才有后续发展的可能，因此Softmotion即便优势明确，但仍要通过市场考验，才会吸引其他厂商加入发展，市场商机也才会成形。
