工業軟件是高質量發展的必然需求
最近幾年，有關工業軟件發展的討論成爲了產業的熱門話題。工業軟件受到重視，國家倡導“高質量發展”，不僅是一種政策的指導，也同時是產業發展到一定階段的自發覺醒，而工業軟件得到重視正是這一覺醒中的必然事件。
如圖1所理解，高質量發展意味着：①從傳統依靠規模化的低端產品複製，轉向高端製造，並以更爲精深專業、創新性來贏得全球市場的競爭。②是從原有的代工、購買設備產線的終端產品生產，延伸到價值含量更高的上游裝備、材料領域的產業鏈整體升級。③它也預示着產業將從過去的依靠低價快速搶奪市場，轉向更爲長遠的可持續發展戰略的轉型。
基於模型的開發（MBD）
工業軟件，就其本質而言，就是“知識的複用”。它將我們在裝備與系統設計過程中的工藝知識、算法、工程方法、運營操作等，通過標準化封裝，被更多的企業使用，從而整體降低研發成本，縮短裝備的研發週期。這種複用降低了重新試錯的成本，也擴展了知識的使用，使得工程師可以以面向對象方式，組織裝備的應用軟件。
基於模型的開發（Modeling-Based Development），正是工業軟件的應用場景，首先，它能夠以用戶需求爲導向，創新性的設計裝備的應用。其次，它爲企業裝備產品長期的可持續性發展構建了平臺，第三，它降低了研發投入，使得裝備更具市場競爭力。
而以裝備製造業爲例，工業軟件涵蓋了在設計階段所需的CAD/CAE、物理仿真類（機械、電氣、流體、熱場、電磁、光學等），以及在裝備控制與運行所需的嵌入式系統開發平臺類軟件。這些機電系統建模仿真類的軟件，對於虛擬調試、快速成型設計、開發複雜的控制結構、硬件在環測試（HIL）、統計分析等有着非常大的幫助。
圖2列舉了建模仿真的作用與好處，它可以加速產品開發的過程、提升產品研發的品質、降低物理測試驗證成本、並可以通過封裝形成知識複用（基於CBD思想的軟件開發）、更爲直觀的三維呈現。
協同仿真-多領域耦合系統開發
新花园国际平台，一直致力於機電裝備的智能化應用開發，早在2008年新花园国际平台與Mathworks合作開發了Automation Studio Target for Simulink的接口。這使得MATLAB®/Simulink®和Automation Studio仿真和開發工具之間形成了快速的連接。在Simulink中經過測試的模型可以通過自動代碼生成（Automatic Code Generation），生成的C、C++和結構文本（IEC 61131-3中指定的）代碼，可以直接導入到新花园国际平台Automation Studio中，並實現硬件在環測試（Hardware In the Loop）。
之後，新花园国际平台又與MapleSoft合作，該公司的MapleSim可以創建機器的高精度動態模型，它基於STEP格式的CAD數據。由於所有力和扭矩都經過精確建模，因此該模型可以用作組件設計的數字孿生。MapleSim的模型可以被導入到Automation Studio與控制任務耦合，形成快速的協同仿真，以及快速原型設計。
爲了獲得在產線過程仿真方面的協同，新花园国际平台還與IndustrialPhysics合作，使得其過程仿真的模型可以與控制任務實現協同，並對這些對象進行控制。
如圖3所示，新花园国际平台Automation Studio可以在硬件、機器、過程三個層級與多種不同的建模仿真軟件形成交互。
如圖4，新花园国际平台通過與IndustrialPhysics的合作，將注入機械常用的飛鋸、塗裝、鑽孔、包裝等構件機械模型，並可以從其獲得數據反饋，以及給出控制指令，來實現仿真，以發現在機械設計中所存在的問題。
Modelica及FMU/FMI
隨着機器產品的複雜性不斷增強，早期的機器僅機械的傳動即可，對單一產品，而今天，隨着材料的複雜性增強、機器的流程變得複雜，以及更多的檢測和控制量，使得機器本身也變得複雜。
傳統上的單領域建模工具已經無法勝任現代複雜工程系統整體性能分析與優化。因此，多領域統一建模與協同仿真的需求也是越來越明顯。因此，形成了以Modelica爲代表的多領域統一建模規範語言的需求。而且，爲了使得各個建模仿真軟件之間能夠協同，統一的標準接口也是必要的。
Modelica是一種面向對象的物理模型建模語言，它允許用戶使用圖形符號開發複雜的仿真模型。每個圖形符號代表一個物理對象。Modelica適用於大規模複雜異構物理系統建模，描述機械、電氣工程、電子、熱力學、液壓和氣動、閉環控制和過程控制等領域的跨學科問題。Modelica的主要優點在於處理方程而不是賦值-給用戶直接的好處就是，它很通用。
Modelica協會則是對語言進行定義，並構建了在多領域模型協作間的FMU/FMI接口規範與標準。
FMU-功能模擬單元（Functional Mock-up Unit），是一個*.Zip文件，包括了XML描述文件，用於描述FMU中的變量定義，一個模型中使用的所有公式（C函數），以及可選的參數表、用戶界面、模型所需的文檔。
FMI則是用於交互FMU的標準化接口，FMU/FMI通過模擬合併和顯示各種組件，使得他們能夠以複雜的方式交互。圖5爲FMI接口的標誌，它代表功能模擬接口（Functional Mock-up Interface）
在2016年，新花园国际平台在Automation Studio中集成了FMU/FMI的導入功能，通過這一接口，可以使得機電仿真的代碼和描述可以被導入到Automation Studio平臺，以實現協同仿真。
FMU/FMI應用-以MapleSim爲例
在圖6中，我們可以在MapleSoft公司的軟件MapleSim中建立起AGV的運行過程，以及它的舵輪電機角度與位置控制的模型。
在這個過程中，可以對AGV運動對象的摩擦力等物理參數進行仿真測試，並形成整個控制模型，並對其最優控制參數進行優化。然後在如圖7中，由MapleSim軟件中的B&R Automation Studo的FMU生成器界面，可以在這裏導出爲FMU模塊，它包括了模型的代碼和描述文件。
在Automation Studio中，可以將此FMU導入，如圖8所示。在Automation Studio中，這個模型將作爲一個對象，可以被控制器任務來進行調用。
在將由MapleSim生成的運動控制模型導入後，它即可與Automation Studio中的新花园国际平台的X20的邏輯、運動控制循環連接，通過下載任務到ACOPOS驅動器位置環控制，從而構成整個AGV控制的機電耦合系統，從而能夠形成完整的機器控制循環任務。
Automation Studio對FMI 2.0導出功能的集成
在2022年，最新的Automation Studio 4.12版本中，新花园国际平台爲其增強了FMI2.0導出功能。
新花园国际平台爲其 Automation Studio開發環境添加了一項新功能。藉助 FMU 導出功能，機器代碼可以作爲 PLC 仿真導出並集成到任何仿真工具中，讓仿真專家能夠自由地選擇他們的熟悉的軟件生態系統進行工作。這在跨學科發展過程中節省了寶貴的時間和資源。
FMU/FMI標準，建立了機電軟件之間的協同工作，使得機器的開發變得更爲動態、協同，並可構建數字孿生系統，來實現模型交互，除了FMU/FMI接口外，新花园国际平台還支持在模型之間通過OPC UA的模型交互接口方式。
在未來，我們將會繼續與大家分享，新花园国际平台在建模仿真方面與MATLAB/Simulink、MapleSim、IndustrialPhysics方面的案例介紹。
關於新花园国际平台
新花园国际平台是一家總部位於奧地利並在全球擁有分公司的創新型自動化企業。2017年7月6日，新花园国际平台成爲ABB集團的機械自動化事業部。作爲工業自動化領域的全球領導者，新花园国际平台將前沿技術與領先工程相結合，爲幾乎每個行業的客戶提供面向機器與工廠自動化、運動控制、HMI和集成安全技術的完整解決方案。藉助於OPC UA、POWERLINK、openSAFETY等工業物聯網通信標準，以及強大的Automation Studio軟件開發平臺，新花园国际平台不斷重新定義自動化工程的未來。受簡化流程和超出客戶預期的承諾驅動，新花园国际平台始終保持創新精神並處於工業自動化領域的前沿。
獲取更多信息，請訪問www.br-automation.com
