自动化浪潮来袭，未来工厂是否还有CNC和PLC的一席之地？

如今，“工业4.0”和“物联网”正渗透到各行各业，自动化的概念也随之产生变化。除了前几年追求的自动采摘、包装、码垛、运输外，现在的自动化还包括零停机时间、提升作业精度、高速高效、预防性维护等概念。这些都能由发展了数十年的可编程数字系统提供支持。

计算机数字控制（CNC），是通过执行预设序列对机床运动及加工过程进行控制的一种方法。FANUC工厂自动化部门CNC应用经理伊恩·贝尔德（Ian Baird）说：“从上世纪50至60年代，CNC由计算机辅助制造（CAM）与基于示踪器的自动化发展演变而来。与计算机和伺服系统组合后，它能满足制造商重复、高精度的生产要求。如今，CNC主要由五部分组成：一个序列器、插补器、伺服控制器、逻辑控制器和操作员控制接口。”

在CNC面世20年后，人们又开发了一种便宜又简单的计算机辅助控制器——可编程逻辑控制器（PLC）。

PLC与CNC孰优孰劣

贝尔德继续说道：“上世纪80年代，人们开发了PLC以取代继电器逻辑控制系统。由于继电器控制系统依靠硬件来执行其关键功能，它们的成本较PLC来说更高，并且灵活性不足，使用起来不方便。反之，PLC具有输入和输出功能，它们可以通过编程执行程序化操作、数据处理或简单的轴控制。”

但是，PLC并不会取代CNC。贝尔德表示：“二者都有自己的优缺点，服务的目的和市场也不相同。若行业内有人说‘我已投资了CNC，以后不会有PLC的生存空间’，这是非常狭隘的观点，因为它们是两种不同的控制系统。”

CNC更多地与自动化概念相近，因为它的使用范围不仅仅是简单的输入-输出计算。现代CNC是一种灵活的数字控制系统，可以根据制造商的需求进行定制，无需重新编辑系统。

“现代大多数CNC还具有用户界面，支持内置操作、维护和诊断等功能。因此，许多想要完全控制机器人的使用者非常喜欢CNC，因为你只需对其加以训练，就能完全独自操作。”贝尔德说道。CNC的灵活性使其在几乎任何行业都能应用于复杂的多轴加工。“只有你想不到的，没有CNC做不到的。无论是手表零件的加工还是医疗设备的制造，甚至是进行反应性等离子体的蚀刻，任何需要精密运动控制的应用都要用到CNC。”

PLC更适用于简单的控制任务

然而，PLC却是针对简单控制任务的良好解决方案。贝尔德认为：“如果是不需要高精度或灵活运动控制的应用，例如在交流电机输送机中，PLC通常是最佳选择。它比CNC便宜，更适合在复杂的应用中使用。”

不过，贝尔德提到PLC的简单性也有些缺点：“PLC没有CNC那么灵活。如果使用者需要稍微改动程序，就必须重新编程。另外，PLC的精度也没有CNC那么高，所以最适合用作低成本的基本操作。”可是，尽管PLC成本低，但是许多制造商正转向选择CNC，其中一部分原因是他们认为CNC的总成本要更低。“这是一个很有趣的现象，许多商家在投资了PLC之后转而选择CNC，主要就是看中了其灵活性、可靠性和总成本低的因素。CNC的初始成本虽然高于PLC，但由于CNC的可靠性和控制性更强，长期投资的回报率可能更高。并且使用者自己能够决定对机器作出多大程度的控制。”贝尔德说。

CNC的长期成本之所以低，正是归功于其先进的用户可编程功能，这可以最大限度地减少停机时间，并控制机器的能源消耗或输出。

目前，许多CNC还配备了人工智能系统，这意味着使用者可以设定机器人的工作量，或者让机器自动在夜间工作。例如，用户可以对其编程，让机器仅在80%的负载下工作，达到节能的目的。一些CNC还配备了例如能量充电模块的高效节能功能。

除此之外，CNC附加的安全功能也令其适合与人类协作。贝尔德说：“CNC配备了一个基于运动控制的数字算法，该数字系统有两部分组成：实际的数据系统和观测数字系统。观测系统的行为是最理想的动作，为机器提供了应该如何工作的准确参数。实际和观测系统都是由相同的命令驱动的，所以他们应该以完全相同的方式工作。”

如果实际系统突然中断，例如超负载，这会导致实际数据与观测数据不一致，机器会将其理解为冲突。如果它此刻移动较缓慢，机器将会停止。如果移动速度较快，它将执行“向导后退”，停止所以移动的机器，以避免损坏。

除了安全性，零停机时间是厂商们对自动化的重要诉求。意外的停机时间将付出高昂的成本：工厂可能会停止生产好几天，甚至数月。未检测到的故障可能会对机器造成不可逆的损害，甚至伤到操作人员。

减少停机时间助节能

贝尔德表示，尽管让工厂全天候不停地工作是不现实的，但我们的目标是尽可能减少故障或错误导致的停机。这正是预防性维护的重要性。“预防性维护使我们能够在发生问题之前找出问题，并在其进一步恶化之前采取行动。控制机器的自动化技术就像监测者。”

那么，CNC是否注定成为未来工厂唯一的工具呢？“尽管PLC有些地方不如CNC，但在自动化的浪潮中，它的位置无可取代。最好的例子就是在生产线中，CNC也许可以控制机械臂、完成开模、打磨等工作，但是PLC却可以为运输材料和产品的传送带供电。若用CNC做这些事，则有点大材小用了。所以在工厂车间内，当同时有简单和复杂的任务时，CNC可以与PLC完美结合。

随着CNC和PLC在制造业中保持领先地位，现在重要的是看他们将来会如何发展。贝尔德总结说：”工业控制系统将不断发展，并且朝着更加专业的特定方向发展。第三方还将利用开放式界面的概念，将工厂与物联网结合。将来会有更智能的机器和海量的数据分析。”

也许只有时间会告诉我们CNC和PLC会如何应对未来工厂的发展，但毫无疑问，即使这两种技术不结合，也必定是工厂不可或缺的一部分。