数字设计自动化综合技术的现状及展望

一．自动化软件的发展历史及定义

自20世纪80年代初期诞生至今，自动化软件（组态软件）已有20年的发展历史。应该说组态软件作为一种应用软件，是随着PC机的兴起而不断发展的。80年代的组态软件，像Onspec、Paragon 500、早期的FIX等都运行在DOS环境下，图形界面的功能不是很强，软件中包含着大量的控制算法，这是因为DOS具有很好的实时性。90年代，随着微软的Windows 3.0风靡全球，以Wonderware公司的Intouch为代表的人机界面软件开创了Windows下运行工控软件的先河，由于Windows 3.0不具备实时性，所以当时，80年代已成名的自动化软件公司在对于操作系统的支持上，或按兵不动，或将组态软件从DOS向OS/2移植，人们这样做的原因，是大家都认为工控软件必须具有很强的实时性和控制能力，必须运行在一个具备实时性的操作系统下，像DOS、OS/2、Win NT（1993年才推出）等。历史证明，在当时的硬件条件下，上位机做人机界面切中了用户的需求，Wonderware因而在不长的时间内成为全球最大的独立自动化软件厂商，而在80年代靠DOS版组态软件起家，后来向OS/2移植的公司后来基本上都没落了。

那么，本文中提到的自动化软件指什么？到底什么是自动化软件？它应该具备哪些功能和特征呢？

首先，自动化软件主要包括人机界面软件（HMI），像Intouch、iFix、组态王等；基于PC的控制软件，统称软PLC或软逻辑，像亚控的KingAct以及即将推出的组态王嵌入版、西门子的WinAC等；还包括生产执行管理软件，许多专家也将这一类软件归为MES（Manufacturing Execution System），像Intellution公司的iBatch、Wonderware公司的InTrack等，另外，与通用办公自动化软件相比，自动化软件还应包括相应的服务。

其次，自动化软件主要具备如下功能及特征：工业过程动态可视化；数据采集和管理；过程监控报警；报表功能；为其他企业级程序提供数据；简单的回路调节；批次处理；SPC过程质量控制；符合IEC1131-3标准。

二．自动化软件全球及国内市场发展状况

在全球范围内，自动化软件市场已比较成熟，年增长速度大概在9%左右，图1是ARC对全球自动化软件市场增长幅度的预测。

目前，全球知名的自动化软件厂商不足20家，但头6家占据了整个市场75%的份额，图2是ARC对全球自动化软件厂商所占市场份额的评估。

亚洲由于中国和印度是发展中的大国，自动化软件的应用潜力比较大，所以整个亚洲年增长速度大概在15%左右，当然其基数也比较低。图3是ARC对于亚洲自动化软件市场增长率的预测。

国内市场可细分为高端和中低端。高端市场基本上由国外品牌的软件占有，像一些国家级的大项目、大型企业的主生产线控制等，高端市场的特点是装机量小，但单机销售额大，目前国外品牌的软件年装机量没有一家能超过1000套。中低端市场基本由国产软件占有，亚控的组态王独占鳌头，占据了60%以上的份额，年装机量5000套左右，但单机销售额只有国外品牌的1/10~1/2。

国内有近10家自动化软件公司，与国外软件相比，国内自动化软件最大的差距并不是在技术和品牌上，而是在企业的经营策略上，比如国内不少自动化软件厂商不懂差异化经营，主要竞争手段就是低价和免费服务；许多厂商还抱着“只要有市场占有率，利润自然来”的产品时代的观念，不惜代价扩大市场占有率，这使得国内虽然厂家众多，但大多处于亏损或维持状态，不能健康发展，也不能够保证给用户带来长期的利益。

三．自动化软件的发展趋势

在自动化软件赖以普及发展的诸多因素中，有技术层面的，也有商业层面的，但制造业的需求是决定性的。制造业的发展，带来了对自动化软件需求的提升；也决定了自动化软件将由过去单纯的组态监控功能，向着更高和更广的层面发展。

需求决定产品，只有满足需求的产品才有生存的空间，这是不变的规律。自动化软件也是如此。

未来，自动化软件的发展将主要表现为如下一些特征：

（1）开放性技术

自动化软件正逐渐成为协作生产制造过程中不同阶段的核心系统，无论是用户还是硬件供应商都将自动化软件作为全厂范围内信息收集和集成的工具，这就要求自动化软件大量采用“标准化技术”，如OPC、DDE、ActiveX控件、COM/DCOM等，这样使得自动化软件演变成软件平台，在软件功能不能满足用户特殊需要时，用户可以根据自己的需要进行二次开发。比如组态王6.0中提供了4个开发工具包，就是使用户可以进行二次开发。自动化软件采用标准化技术还便于将局部的功能进行互连。在全厂范围内，不同厂家的自动化软件也可以实现互连。

（2）构造全厂信息平台

ERP是国内炙手可热的话题，但目前的ERP主要应用在商业企业的财务、销售、物流等方面。在国内外的企业生产中，还没有多少企业能够将生产信息和ERP系统整合到一起，使生产效率和市场效益最大化，也就是说在工业现场和ERP之间存在着鸿沟，如何使实时历史数据能够进入企业信息管理系统，是现代信息工厂迫在眉睫的需求。随着大型数据库技术的日益成熟，全球主要的自动化厂商已发展了相关平台，使自动化软件向着生产制造和管理的信息系统的方向发展。自动化软件已经成为构造全厂信息平台的承上启下的重要组成部分。在未来企业的信息化进程中，自动化软件将成为中间件，因为自动化软件厂商在既了解企业工艺、控制、生产制造需求，又能完成现场历史数据的记录、存储及为ERP提供生产实时数据方面有着得天独厚的优势。将于2003年推出的组态王7.0分标准版和企业版，企业版是一个以大型工业实时数据库为基础，具有丰富MES功能的软件包。

（3）瘦客户技术

2001年是许多网站的“冬天”,网站的倒闭并不意味着网络技术本身存在问题，恰恰相反，网络技术尤其是瘦客户技术却给自动化软件带来了“春天”，因为自动化软件正在并且已经从单机向客户服务器方向发展，使得通过Internet/Intranet观察和控制生产过程的需求成为可能并且急剧增长。瘦客户技术使得用户可以在企业的任何地方只要通过一个简单的浏览器，敲入用户名和密码就可以方便的获取信息，而且，在企业IT人才和资源比较缺乏的情况下，使用瘦客户技术可以使系统安装和维护费用大幅度降低，因为只需要对服务器端进行维护升级。2001年，在贵州铝厂的热电厂，北京长峰公司利用组态王的Internet版将上千个数据点汇总到一起，并且通过Intranet向外发布，允许100个用户同时浏览查看，取得了良好的效果。

（4）无线的人机界面解决方案

数字终端已具备越来越强的功能和智能化，像现在可以看到的预装了Win CE的PDA，具备非常好的图形能力。蓝牙技术发展迅速，据专家预测，其未来的传输距离可达100m，另外，以XML为基础的WML语言标准已经建立。这些技术的发展为无线的人机界面解决方案提供了先决条件。和其他技术相比，无线的人机界面能够以更低的费用，更快的连接、更容易地获取重要的生产信息，像紧急报警、重要事件、生产过程中的重要参数等等。典型的无线WEB产品由手持式PC和预装的HMI客户端软件组成。目前在手持式PC上，WIN CE的市场占有率上升很快，相比之下，原来的Palm操作系统市场逐渐萎缩。

（5）软硬件整体解决方案

家乐福是大家都很熟悉的一家法国公司，1963年，其第一家超级市场在巴黎郊区开张，30年内，家乐富已发展成为一个年销售额290亿美元、市值约200亿美元的国际连锁超市集团。在家乐福产生之前，法国拥有高度分散的小商店系统。每个城镇的街区有自己的肉店、糕饼店和各种各样的专卖店。他们对客户来说是一个十分低效的商业机制。客户需要花数小时跑很多店采购。家乐福之所以能迅速发展并成功，关键是他为客户提供了优异的效率，这就是现在一种比较成功的商业模式“one-stop-shopping”，既所谓的“一站式购买”，在工控行业则是软硬件整体解决方案。西门子、GE、RockWell是传统的PLC提供商，但短短几年时间，他们都在HMI市场获得巨大成功，像西门子的WinCC更是超越众多老牌的产品成为世界第二。Wonderware在1998年被英国Invensys并购，Intellution在1995年被爱默生电气并购，这都是软硬件整体解决方案的最好例证。所以，自动化软件厂商与硬件厂商合作，为用户提供软硬件整体解决方案将是未来自动化软件发展的一大特征。

（6）大规模定制

全球自动化软件厂商大多基于微软的Windows平台，技术也类似，产品功能上难以形成巨大的差距，不可能产生垄断性的核心技术，即决定性的技术优势已经难以建立。所以，个性化方案和服务在竞争中日益重要。随着现代工业“小批量、多品种”特征的形成，今后的自动化软件将朝着针对特殊行业和生产过程的大规模定制方向发展。即用特殊定制的产品来代替标准化的产品。如亚控针对电力的输配电行业的特殊需求开发了“组态王电力版”。

（7）以客户为导向的软件设计

如何站在客户的角度来设计软件是所有自动化软件厂商都应面对的挑战，自动化软件涉及从控制、人机界面到生产管理的多个层次，相应存在着多个模块，比如亚控目前有组态王和软逻辑两大产品模块，保持不同模块的一致性，能有效地减少用户学习的时间。相同的数据结构也便于产品在企业内集成。这种一致性不仅表现在外观和感受上，还表现在兼容性、平台、编程工具、数据访问、控制引擎、E-Business等诸多方面。例如西门子的WinCC和编程软件STEP7使用了相同的数据结构，这使得用户只需将系统中的数据点定义一次。

（8）成为全球供应商

WTO将给国内的自动化厂商带来深刻的影响，因为国门对外打开了，从另外一个角度讲，国外的市场对国内的自动化厂商也打开了。因为目前中国的市场份额只占全球的3%，所以成为全球自动化软件供应商对于国内自动化软件公司的发展至关重要。另外，国内越来越多的系统集成商和设备制造商在未来可能成为世界级的公司，他们的产品向全球销售时，他们更需要世界级的软件厂商向他们提供产品和服务，国内不少组态王的用户已向亚控购买了英文版即证明了这种趋势的发展，亚控将发展远景锁定为未来5年成为世界级的自动化软件服务商就是基于这一原因。总结

在自动化领域，由于软件技术与IT的联系最为紧密，所以，其发展是最快捷，也最令人眼花缭乱的。自动化软件面世20年，与最初相比，其内涵和外延都已大大扩展，更何况未来的10年、20年呢？对其发展趋势的展望也是一个仁者见仁、智者见智的话题，究竟是“正”还是“误”，若干年以后才能证明。笔者自90年代初开始接触自动化软件技术，并在这一领域内耕耘了近10年，在此主要从技术与商务的角度谈了自己的看法，权当抛砖引玉。也希望业内的人士都来关心自动化软件，为该产业的发展作出

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