Softmotion讓產線更有彈性
- DIGITIMES企劃
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智慧工廠的「智慧化」相當模糊，大多的看法都是著眼於未來，事實上製造業的各式設備成本高昂，且製程技術有延續性，不太可能一夕即變，因此比較務實的「智慧化」作法，是讓既有的自動化解決方案更容易被使用，透過各式設備，讓製程步驟逐步簡化，再讓更多智能嵌入到系統之中，藉以協助設備商進行簡化系統整合的相關步驟，並同步提升整體系統的效能。
由於多軸的同步運動控制是自動化設備的最基本需求，尤其在自動化的高度整合趨勢下相當重要，也因此，Softmotion成為廠商打造智慧工廠的另一項選擇。
運動控制的核心運算演化
在智慧工廠的運動控制部分，過去的傳統作法是以CPU作為運算核心，但CPU架構向來有大量佈線與系統複雜的問題，後來分散式運動控制的出現，正是為了解決上述問題。目前CPU架構的自動化系統，多是在板卡上加裝運動控制卡，用以處理運動控制訊號，將所有資訊與控制，從傳統的CPU轉移到自動化系統的邊緣裝置上，分散CPU的工作。此一作法除了降低CPU工作負荷外，佈線需求也大幅減少，還可以有效降低安裝成本，簡化佈線作業，節省大量時間金錢。
CPU架構在自動化產業運行了一段時間後，DSP與FPGA控制器開始被導入，讓運動控制走向開放式架構，運動控制的核心控制技術，也從SoC、微處理器、ASIC，一路發展到現今的DSP(digital signal processor；數位訊號處理器)、FPGA，開放性運動控制核心現已在市場大量出現。
DSP控制效果與連續系統相當接近，歸功於強大的資料運算處理功能，即使在複雜的控制中，一樣可以取得極小的採樣周期，利用DSP的即時運算，進行複雜的運動學、動力學計算，和誤差補償、運動規劃、高速即時多軸插補，讓運動控制的運動更加平穩，精度愈高，速度也愈快。產業對高速度、高精度的要求，正是催生運動控制的溫床，使運動控制運用範圍，從傳統產業到熱門電子產業皆有之，還包括醫護設備、繪圖儀等跨領域的廣泛應用。
FPGA則針對需要重複改變組態的電路，挾其邏輯閘特性，讓設計者可依自身需要加以改變設計，特別適用於必須不斷變更設計的產品開發，可以有效加速產品上市時間。建構於這樣系統之下，以軟體為基準的Softmotion也由此而生。
Softmotion讓系統更有彈性
Softmotion是透過軟體以函式庫與高階語法，進行開發運動控制的作動，這種運動控制的架構，適合用在規劃大型系統的應用環境，因此像是歐系廠商如西門子及3S，均有相關的整合應用，台灣方面也有廠商推出相關產品，其中台達電推出的ISP Soft的開發介面，就符合IEC 61131的規範，可以應用於Softmotion。
業界均認為在大型系統的應用上，Softmotion可進行較為複雜的動作規劃，這種作法在傳統以PLC的架構上不易做到。Softmotion目前在歐洲較受到青睞，台灣廠商除了自行開發的軟體系統，也有與歐洲開發商進行客製化的合作。
Softmotion的發展除了彈性應用之外，另外一個重點在於「智慧製造」的最終目標，使用者可以任意調整產線的產能與製程項目，讓運動控制可以依需求進行調整。不過，由於工業通訊標準EtherNET仍處於百家爭鳴的情況，如果通訊介面無法共通整合，像要透過系統達成即時性控制需求的設定，會有一定程度的困難，這也是現在Softmotion在技術發展上，必須克服的挑戰。
目前台灣廠商的Softmotion規劃，多以DSP Motion為主，透過DSP分擔CPU的控制功能，以單一指令完成複雜應用，在應用程式與函式庫整合的加持下，使用者可以簡化程式設計，只需進行部分參數的設定，就可以完成複雜的運動規劃；此外，也會進一步的提供程式下載的功能，將原先規劃於CPU上的資訊轉存到DSP上，讓資源分配有效運用，把複雜的控制運算交由DSP進行，讓CPU的運算能力分配到其他的需求面向，整合後將會產生更強化的運算能力。
由於目前仍有整合性的問題，Softmotion在發展上仍有相當挑戰，台灣的工業設備廠商，多是提供一個可整合不同規格系統的平台，讓使用者可以置換底層的裝置，上層可由相同的軟體平台系統進行一致性的規劃。
軟體模組化 提升系統延展性
雖然通訊標準仍未全面整合，不過業界人士均認為，此一問題的解決只是時間問題，隨著問題的消失，Softmotion的優勢將會逐步凸顯出來，而Softmotion最大的優勢，來自於他的軟體模組化設計。軟體模組化可以簡單的功能來進行規劃，讓運動控制的技術產生了延展性，透過軟體架構的修改與客製，即可用最簡單的方式降低運動控制應用的成本，以可提升相當的效能，此一延展性，讓系統從小規模到大且複雜的架構，均可發揮充分的效用。
尤其近年運動控制系統的應用，已逐漸走向精密化，無論在電子組裝暨檢測設備，LED打件、打線、太陽能晶圓生產設備、半導體測試設備及自動光學檢測設備等等，或是產業加工機械如雷射加工機、切割機具、多軸同步加工設備等，自動化系統的關鍵核心技術均在運動控制能力的展現。
製程所需的高精度與高穩定度之製造設備與檢測機台，必然需搭配高效能等級的運動控制模組，才能搭配完整的效用，模組化的技術在可以讓使用者依需求搭配，在不同的要求底下彈性調整，觀察現況產業，除了前述高精度產品需求外，另一個極端則是技術含量較低但產量極大的應用，Softmotion可提供在不同需求下的不同整合，讓產業可以彈性整備。
由硬體保證即時同步的運動控制，不但較為穩定，而且透過導入函式庫的規劃，也可以協助系統在開發上保持一致性，在降低整備的時間及應用系統的授權成本上，均可以產生較高的附加價值。
穩定性仍有待觀察
以先一步發展Softmotion的美商國家儀器NI為例，由於NI的LabVIEW本身就針對Softmotion提供了完整的規劃，相較於其他廠商提出的解決方案，LabVIEW在規劃程式的順暢度與簡易度均較有競爭力，所要跨越的門檻也是業界較能接受的，NI也同意，在客製化領域，Softmotion的確是運動控制技術發展的一個重要趨勢，由於Softmotion可以完全定義從A點到B點的完全運動軌跡，包括任何數學的演算式軌跡，都可以經由客製化達成，這在高階應用底下是絕對必要的。當高階應用簡易化後，向下整合資源也更為容易，NI指出，Softmotipn的未來發展將會更形穩固，甚至有可能成為標準之一。
不過，相較於已投入廠商的樂觀，仍有大廠抱持觀望態度，其中洛克威爾(Rockwell)就對Softmotion持保留態度，洛克威爾認為，相較於硬體系統，以軟體作為控制核心，穩定性似乎還仍待考驗，架構在軟體上的控制技術仍存在相當的不確定性，這樣的不確定性對生產線來講並不適宜，其他仍未投入的廠商，說法也都相當一致，均認為此類技術仍要確保穩定性，才有後續發展的可能，因此Softmotion即便優勢明確，但仍要通過市場考驗，才會吸引其他廠商加入發展，市場商機也才會成形。
