【工业4.0时代的难点：工程软件平台】
无自主软件平台，仅单机单功能设计。国内自动化厂商尚未形成整体解决方案平台，例如国外SIEMENS 的 Portal、Rockwell AB 的 Logix、B&R 的 AutomationStudio平台等等。我们必须注意到工业4.0需要的“互联与集成”，无论横向集成、纵向集成还是端对端的工程服务集成，它的所有任务是依赖于“集成”来实现的，一个良好的工程平台会大大提高效率，并且，会消除平台差异所造成的壁垒。我们必须强调的是“单机开发与集成开发对于平台的需求完全不同”，软件平台是第一个问题，它可以大幅度提升集成的效率。

【不开放的软件成为了万物互联的障碍】
传统的互联就是用开关的逻辑互联，一台机器启动，通过物理的开关同时启动另一台设备，但是，如果存在内生的同步关系，时间顺序微秒级的差别，这些逻辑的互联将无法解决。而在工业4.0时代，所有的设备将被互联以协同生产，这个时候，我们会发现即使是总线可以互联，也无法实现软件的互联，因为不同机器所使用的操作系统、开发环境、编程方式等完全不同，让他们互联几乎是不可能完成的任务。必须追求统一标准的软件开发与编程方式，这时候PLCopen就显得意义重大，例如 PLCopen Part 4 协同运动控制概念，CNC与机器人、运动控制的互联，能够实现一个大范围的统一化标准互联自动化工作平台。

【工业4.0与智能制造与IT世界的融合问题】
工业4.0与智能制造不但要在工厂产线上实现互联，还要与消费世界，辅助服务的电力系统、物流配送、分销系统互联，这个时候软件的互联能力将会更高要求：在你的系统里，还必须能够集成IE浏览器访问、FTP、Web、VNC、SNMP等等开放互联世界里的软件，否则，这是无法实现互联的，而这些对于目前欧美自动化系统平台里都是标配的功能。

【目前国内软件集成能力基础薄弱的原因：教育】
教育与培训是一个大的问题，这个问题在互联时代变得更为迫切和必要，就是“软件工程”方面的教育：自动化、机电一体化等专业出来的人几乎没有像计算机软件工程人员那样受过严格的标准化、规范化软件开发训练，即使开发了10数年的人的软件如果在软件工程来看都是可能一塌糊涂，是否换一个人就能看懂？是否具有好的接口、软件的稳定性如何，这些问题都会成为未来互联的潜在风险，在单机上运行的程序会给生产线造成巨大的停机、设备损坏风险。

【软件：未来自动化的核心竞争力】
软件在智能制造与工厂的占比较之以往更多，这不仅伴随着信息及软件技术发展带来更多的资源，同时，也是竞争与软件本身的特性所造成的。1.1 软件是封装Know-How的容器。工艺核心可以通过软件进行封装，如热处理工艺、温度控制工艺、套色、补偿算法等各种行业的Know-How都是以软件形式体现的，机械或以有形方式出现的易于被仿制，而以软件形式的更易于被保护。1.2 软件让同样的硬件基础上发挥其极致功能。为什么使用同样的硬件，我们的制造业却仍然与欧洲的设备有着较大的差距？这更多的体现在人性化设计上，人性化设计可以让同一硬件平台体现出完全不同的客户体验，这种体验带来了用户对系统的极大评价差异，比如：易于设置配方，自动识别并自动计算路径的智能功能、易于维护和诊断的机器设计、对外部文件开放的文件处理能力（如对Word、Excel）等，这些都是通过软件形成的，而且是在同一硬件平台上，软件赋予了机器更为强大的生命。1.3 软件形成了差异化竞争力。不同企业关注于不同的实现方式，以及对机器的理解有着差异，而这些均可以通过软件形式来实现，如：如何对待机器的操作流程，每个企业所面向的客户市场是不同的，即使对注塑机面向医药行业和面向汽车行业就会有大的不同，如何能够实现个性化，软件会非常容易实现这些机器所需的灵活性。

【工业4.0智能制造与软件的关系】
结合之前的S3MART对于智能制造的定义，我们将智能制造与软件的关系进行细分说明，也可以看到软件与智能制造、智能工厂有着非常紧密的关系。结合S3MART与软件结合起来阐述：1、简单、标准与安全S3。1.1 简单(Simplicity)：就像iPhone一样使用简单，仅需拖拽、点击等动作即可，这是用户使用简单，另一方面，软件的开发也要简单，因为对于自动化系统而言，OEM或SI需要在你平台基础上二次开发应用，如果软件平台、模块、封装复杂的话，这也会给软件开发周期和测试方面带来时间的浪费。1.2 标准化(Standardization)。采用标准化的编程、接口对于开发而言就会降低很多难度，如PLCopen的编程、OPC UA接口、XML配方等都是易于实现且快速学习的。1.3 安全性(Safety)。是指系统的功能安全编程，满足IEC61508标准或EN13849等标准的安全编程软件。2、模块化(Modularity)。模块化具有的好处在于能够为机器提供变化与灵活的产线组织能力，模块化采用标准化为基础，平衡软件定制化的高昂成本与灵活性之间的矛盾。3、机器的可用性(Availability)。其实，对于操作机器的人员来说，机器的可用性就是能够适应的不同生产的灵活变化能力，例如：裁切纸张的尺寸，只需要设几个参数，系统即可自行变换裁切轴的速度曲线，而无需更换刀辊，对于灌装系统就是更换一个灌装瓶子的尺寸，灌装曲线即可自动计算，每个细节都可以根据变化来适应，这就是机器的可用性的提高，其实，背后就是大量的模块化与标准化的功能设计，以及智能的计算。4、稳定性（Reliability）。机器的稳定性不仅仅依赖于机械、电气系统硬件，也同样依赖于软件的稳定与可靠，并非软件就没有稳定性问题，软件潜在的bug、未经严格测试验证都会出现问题，这同样会给生产系统带来潜在的风险。5、工艺集成（technology）。工艺集成如印刷的套色、纺织梳棉并条的匀整算法、浆纱机的回潮与牵伸控制、注塑机的射胶保压、挤出的多温区控制、热处理工艺、渗碳渗氮工艺等等，你会发现在每个工业领域的机器和产线集成都会遇到与其工艺相关的软件集成问题，这种工艺软件往往集数十年的行业经验与工程值于一体。归根结底，没有一个行业的设备真的那么容易就实现，这才是自动化真正的难处—将行业工艺集成，其实，每个自动化厂商都是因为在某些领域的先发优势而积累了行业经验，这些关键工艺集成是区分不同自动化厂商能力的分水岭。而这些工艺-基本上都是以软件形式体现的，并非每个在小机器控制领域的自动化厂商能够意识到这个问题。

【软件价值的几个方面】
软件重要作用的多个方面的体现。1、平台架构：缺乏平台，在未来可能就会“被集成“，而无法成为真正的主导力量，缺乏平台会使得系统只能在局部实现，无法真正实现整线集成、工厂集成这样的系统方案。2、软件工程能力：包括自动化厂商对于机器软件项目的控制能力、质量、进度等。3、工艺Know-How：要想玩一个行业，必然得有行业杀器，如果不懂行业工艺，基本上只能做点边角料项目。4、开放软件集成是指对外部资源的使用能力：如MATLAB/Simulink可以提高开发效率，而EPLAN则可以将电柜的开发效率提高，对于AutoCAD的集成可以使得设计与生产集成…对IE浏览器的集成会让诊断与维护变得更为简单。5、标准化支持能力：对开放标准的支持，会让一个自动化企业仅仅整合资源而不需要花费巨大的代价去自行开发复杂的底层，同时标准会使得你的设备易于互联入第三方或者第三方设备集成到你的整个系统中，这是资源效率最高的方式。6、软件增值服务能力：为客户提供软件的定制化开发、封装的软件如AppStroe，这些未来的盈利模式，你是否已经开始布局？

【自动化行业软件架构】
1、硬件：基于RISC（ARM、Power PC、MC）或CISC（Intel）架构的PLC/PC。2、操作系统：对于传统PLC可以是没有操作系统，通过Runtime负责控制器内部的计算、处理、中断等，嵌入式操作系统有VxWorks、uC/OS-II、QNX等，对于非嵌入式如Windows、Linux。3、开发环境：软件开发环境如SIEMENSPortal、Rockwell AB Logix，贝加莱Automation Studio。对于PLC这样的嵌入式开发环境与PLC（目标机）是分离的，而对于SCADA和DCS这样的则是操作系统、开发环境、运行的目标机（PC或PAC）等是一体的。开发环境里集成了大量的软件库，包括了基本的库如IEC61131-3的库，专业库如张力、温度PID等，而行业库则是由客户或自动化厂商开发针对包装、印刷、塑料等不同行业而开发的。4、MES以前更倾向于IT行业，但是，由于与制造结合也算在自动化，属于中间过渡，因为边界在狭义的控制，PLC/PC等均用于控制，而MES更多是管理功能。5、开放的专业软件：如SolidWorks、AutoCAD这些不属于自动化软件，但是，未来智能制造时代，这些软件将与自动化更为紧密的结合，这就是为什么自动化系统必须更为开放的原因。

【思考：有操作系统与没有操作系统】
操作系统往往会带来CPU负荷的提高，但是，有操作系统和没有操作系统对于软件设计能力会有很大的帮助，例如：基于VxWorks这样的操作系统，我们可以让控制器具有很多能力：-定性分时的多任务系统；-支持编译系统可以实现高级语言的开发、高级工艺库的集成；-对于复杂的如IE浏览器、以太网等更易于集成；-处理较大的数据服务：如文件与历史记录、图形任务等；…

【思考：为什么要开放软件】
开放软件有两个重要作用：（1）开放软件就是要借助外部世界的资源为自动化世界所使用；（2）与开放世界的互联需要软件的共用性。

【集成开发平台的重大意义】
智能制造时代的核心在于“集成”，软件集成开发平台的重要性在未来变得更为重要，对于工业4.0而言，集成开发平台本身也是一种端对端的工程服务需求，详解如下：1、产线与设备集成的需求：智能产线的集成，智慧工厂的实现，无论是水平集成、端对端服务，集成的开发平台是必须的。因为，方案是一个涵盖了产品的配置、项目管理、仿真与测试、编程、测试、系统维护的需求，因此，与传统的开发工具的概念不同，它是一个更为全局面向整体方案的概念，它以自动化企业所提供的完整硬件支撑平台为基础，并提供其内在的流程与系统架构内的无缝连接为目的，从而在整体上为实现方案的集成。2、功能与流程：2.1 项目配置与管理：包括项目的版本管理、项目的进度管理等功能。例如：Automation Studio 支持对EPLAN图纸的导入，可以实现对电气连接图的导入和生成； 2.2 仿真与测试功能：对于机器开发而言，基于建模（Modeling Based）是非常流行于德国、奥地利等欧美高端机器系统应用中的，针对物理和每个组件均可实现建模，并且支持HIL(Hardware In the Loop)的硬件在环测试，以及自动代码生成功能，使得开发过程变得更为简化和快速，能够有效的降低开发周期和成本。例如B&R推出MATLAB/Simulink的集成，包括RockwellAB和Bachmann等也都在其开发系统中可以实现MATLAB的集成，MATLAB/Simulink是广为使用的仿真软件，它是一个基于建模的设计，通过建模，可以快速的设计控制器的调节功能，并对模型进行优化，通过自动代码生成功能，可以自动生成高效的应用代码，并直接运行于PLC之上，这带来以下好处：（1）节省开发周期。如果能够快速的给系统建模，则开发过程可以在MATLAB/Simulink的可视化环境中被建模，并且每个物理对象都可以被视为建模对象，从而提升系统的整体开发效率。（2）降低测试成本。由于MATLAB/Simulink的反复测试可以对控制器实现最优化设计，从而使得测试过程被快速完成从而降低成本，对于原来需要大量测试和原材料浪费的系统，可以通过较少的测试即可完成可靠的系统设计。（3）效率更高的开发。2.3 编程阶段：编程是作为核心被传统的开发工具所强调的，对于OEM机械设计而言，编程则必须去发挥各种语言的最大特点去实现，传统的IEC61131-3已经是默认的编程工具，现在PLC可以支持C,C++,C#的开发，能力较之以前强大很多。高级语言的算法设计能力、面向对象的编程胜任模块化软件设计、PLCopen软件功能块，例如PLCopen Motion。2.4 系统测试与诊断：对于OEM的应用而言，系统开发过程中包含了机器的软件与硬件调试的方便外，还要能够提供一些功能有助于机器本身的机械系统的分析，从而对机器的改善也提供技术支持。2.4.1 编程测试：通过诸如变量观测器、交叉引用、示波器功能可以对机器的电气系统进行测试分析，从而改善工艺。2.4.2 轴的测试-可以对每个伺服轴在无需编程情况下测试其动作，或者通过轴的电流、电压、位置等数据反馈来发现机械系统所存在的问题，同时有利于机械的改进分析。2.4.3 系统诊断管理器：可以对控制系统本身的硬件到I/O级的端口诊断便于进行I/O的分析和显示故障，并且通过网络对IP路由进行分析，通过日志对运行过程中的问题进行记录等等，这些都是为了让系统更为便捷的调试与运行。2.5 生产与维护功能：2.5.1 产线集成的接口问题：OPC UA可以实现M2M和B2M互联。2.5.2 基于远程访问的技术：这些包括VNC Server、Web Server、FTP Server、邮件服务等。对于OEM而言，大量的售后服务其实可以通过远程的测试解决，无需到达现场，这可以降低服务的量，通过FTP Server为远程的机器下载优化和升级的程序代码，通过邮件或GSM网络返回重要的报警数据，这些不仅是对OEM厂商而言，对于End User也同样重要，大的管理中心可以为通过IE浏览器访问远程的PLC或DCS分布式控制站，通过手机获取报警信息以及邮件获取后续的分析数据，程序的优化升级均可通过远程的方式来实现。