「智能制造」是未來的重點。現(xiàn)今的機器手臂及自動化設(shè)備的各種不同系統(tǒng)架構(gòu)上,，長期以來企業(yè)習慣使用 PLC 或 PC-Based 的 PCI/PCIe 運動控制卡及高階視覺卡（或稱影像擷取卡,，F(xiàn)rame Grabber）。當仔細研究這些硬卡設(shè)計時,，就會發(fā)現(xiàn)運動控制及圖像處理的邏輯,，其實都是運行在這些板卡中芯片里的實時系統(tǒng)，而當下使用的每一臺電腦都只是一般 Windows系統(tǒng),，而非自動化所需要的實時系統(tǒng)（Real-Time OS）,。當我們重新檢視這樣的系統(tǒng)架構(gòu)時，發(fā)現(xiàn) Windows 往往只是被用來當作操作接口,，僅使用到 10 - 20% CPU 的效能,；另一方面,，假設(shè)我們使用 4 張運動控制卡來連接 16 個驅(qū)動器與馬達為例，4 張運動控制卡代表的是購買4 個實時系統(tǒng),。我們不禁要試問,，在目前普遍使用板卡的架構(gòu)下，從過去到現(xiàn)在,，我們到底在一個控制器里購買了多少個實時系統(tǒng)但是只做一件事呢,？

在此同時，新世代的制造業(yè)對自動化的需求若渴,，市場競爭激烈的情形下,，往往一條自動化生產(chǎn)線，包括機器手臂,、PLC,、機器視覺（Vision）外加傳感器、數(shù)據(jù)連網(wǎng)等,，需求功能越來越多,，不同系統(tǒng)間的集成難度相對越來越高。再者,，自動化的人才供應(yīng)一直都是十分缺乏的,，尤其是優(yōu)秀的軟件人才，以至于大量使用現(xiàn)成的硬件來組合,。雖然使用電腦,，但是卻沒有充分發(fā)揮電腦該有的效能及成果，所以,，在思考「智能制造」的新系統(tǒng)架構(gòu)與需求時,，提供一個「極」智能自動化架構(gòu)的系統(tǒng)來解決人才與成本的問題，同時又能夠滿足「智能制造」的要求,，就是現(xiàn)在與未來的重要課題,。感謝現(xiàn)今科技的不斷演進，不但大幅提升電腦指令周期與性能,，軟,、硬件的集成度也越來越高，漸漸使得整體系統(tǒng)的價格更加親民,。試想,，若一個具實時性、純軟件的控制系統(tǒng)平臺,，加上工業(yè)標準的 EtherCAT 總線,、軟件 PLC、 軟件運動控制,、甚至視覺系統(tǒng)與物聯(lián)網(wǎng)平臺等,，能夠全部「多合一」集成在同一臺多核心,、 x64 的 Windows電腦中運行。藉由電腦 CPU 中每個不同核心來運行不同的功能,，并藉此取代 IO 卡,、運動控制軸卡、影像擷取卡,、或其他 FPGA 功能的卡片,，還能夠控制一或多臺機器人，或一條自動化生產(chǎn)線,，相信它的效能與彈性是呈倍數(shù)的遞增,，但是總成本是相對的遞減許多。這或許是一個我們所期待的高集成,、省成本,、高效能的新智能控制系統(tǒng)，最重要的是「不被綁系統(tǒng),、自主控制成本」！

公司總部位于美國新英格蘭地區(qū)的麻薩諸塞州,，IntervalZero 的 64 位實時操作系統(tǒng)(Real-Time Operating System, RTX64),，成功地將 Windows 轉(zhuǎn)換成為一個完美在x64多核心硬件下運行的實時操作系統(tǒng)。它帶來“實時性”的效能,、多核心的對稱多處理 (SMP ) 與內(nèi)存共享環(huán)境下,，并且以 Windows 作為人機接口的 64 位實時操作系統(tǒng)，藉由與 EtherCAT 總線,、歐洲標準 PLCopen 的軟件運動控制函數(shù) (MotionControl APIs),、軟件 PLC 等基本功能，正逐步將 PC-Based 的系統(tǒng)效能,，發(fā)揮到極大化,。RTX64 有一個硬件抽象層（HAL），不同于 Windows 的 HAL,，它們是個別獨立運作,，而且沒有修改 Windows 的必要。這兩個系統(tǒng)是共存共榮,。該 RTX64 HAL 最快能夠達到 1 微秒 (μs) 的實時效能（通常取決于硬件配置）,。在 RTX64 實時子系統(tǒng)（RTSS）里有獨立于 Windows 的排程器（Scheduler），可以分配線程（Threads）到指定內(nèi)核（CPU Core）來實現(xiàn)對稱多處理,，而不依賴于虛擬化 （Virtualization）或復(fù)雜的接口間通訊,。極大的儲存空間可用于所有內(nèi)核，沒有記憶分區(qū),，從此共同創(chuàng)造了一個絕佳的「實時控制系統(tǒng)」,。

KINGSTAR,，是以 RTX64 實時操作系統(tǒng)集成 EtherCAT 主站（以太網(wǎng)現(xiàn)場總線）為主軸,，并加入機器手臂及自動化設(shè)備普遍都會用到的軟件 PLC（SoftwarePLC）及軟件運動控制函數(shù) （Software Motion Control APIs）的全集成產(chǎn)品。軟件運動控制取代運動控制卡已經(jīng)逐漸形成市場的新趨勢,。藉由強大的 Windows 作為使用接口,，將軟件運動控制與 PLC 的邏輯直接運行在 RTX64 中，利用指定 CPU 的內(nèi)核來達成一般運動控制卡甚至所有自動控制所可以完成的功能,；同時,，不需要學(xué)會 C 或 C++ 的程序語言，結(jié)合已集成完成的 RTX64 與 EtherCAT,，可以讓您的機器手臂,、自動化機臺、 AOI 檢測機臺,、…,，等，能夠快速達到研發(fā),、測試,、量產(chǎn)的 Time-to-Market 目標。而最終的目的除了希望在前期研發(fā)工作及日后維護上能達到簡單,、方便,，最重要的是還要能夠達成降低成本的目的。

國際工業(yè)通訊標準之一的 EtherCAT,，優(yōu)點在于它改變聯(lián)機方式從現(xiàn)今的「多線并聯(lián)」到「一線串聯(lián)」,。 EtherCAT 總線功能強大（二個設(shè)備之間的距離可以到 100 公尺、一個區(qū)段的網(wǎng)絡(luò)最多可以鏈接 65535 個設(shè)備,，包含驅(qū)動器 / 馬達及 IO）以及速度快（每個節(jié)點接收及傳送數(shù)據(jù)的時間少于 1μs,、讀寫一百個伺服軸的系統(tǒng)可以 10kHz 的速率更新）。對于系統(tǒng)的同步,，EtherCAT 協(xié)議中有提供分布式時鐘機制,，即使通訊循環(huán)周期有抖動（jitter）， 時鐘的抖動遠小于 1μs,；一千個分布式數(shù)字輸入 / 輸出的程序數(shù)據(jù)交換只需 30μs,，相當于 在 100Mbit/s 的以太網(wǎng)傳輸 125 個字節(jié)的數(shù)據(jù)，更重要的是它的普遍性,。全球支持 EtherCAT 從站設(shè)備與品牌每天都在增加,，這是其他通訊協(xié)議,，例如 ProfiNet、Sercos,、 PowerLink,、CCLink、Mechatrolink,、…,，等所缺乏的強大支持率。KINGSTAR 之所以支持 EtherCAT 通訊的原因就是因為全球有眾多的品牌與設(shè)備可供選擇,，因此用戶不會被綁系統(tǒng),，更重要的是可以自由選擇品牌、自主控制硬件成本,。

另外,，KINGSTAR 設(shè)計一個非常貼心且與眾不同的功能―自動掃描與設(shè)定，類似微軟Windows 的驅(qū)動程序設(shè)定「Plug & Play」,。所有 KINGSTAR 的客戶都不用擔心每個從站（slave）的繁雜設(shè)定,，只需要將以太網(wǎng)絡(luò)線從電腦網(wǎng)絡(luò)孔連接上從站設(shè)備的網(wǎng)絡(luò)孔，打開電腦并執(zhí)行 KINGSTAR,，就可以運行,，非常方便。不需要會寫程序是 KINGSTAR 的一大特色,，但是它絕對不只如此,。若用戶有自己特殊用法的運動控制或者 PLC 的邏輯,，例如機器人制造商,， KINGSTAR 也提供自行編程的功能，透過將客制的運動控制功能加入到KINGSTAR 與 RTX64 結(jié)合,，得以實現(xiàn)實時運動控制,。再者，KINGSTAR 還有一些許多客戶非常贊嘆的優(yōu)點,，例如提供客戶開發(fā)自己的使用接口（User Interface,，UI），以及提供簡易的方式,，讓用戶能夠簡單的使用 PLC 來控制「任何」品牌的機器手臂,，大大提升自動化系統(tǒng)集成的功能。

談到這里,，別以為 KINGSTAR 只是一臺單一控制器的控制平臺，事實上它已經(jīng)可以是一臺智慧自動化生產(chǎn)線的控制平臺,。目前,，PLC,、機器手臂、高階機器視覺甚至其他自動化設(shè)備都有各自的控制器,。舉例來說,，若一條智慧產(chǎn)業(yè)線有 4 臺機器人，或是剛好有 4 種不同設(shè)備,，則會有 4 臺獨立的控制器,，分別跑 4種不同系統(tǒng)，這對于系統(tǒng)集成會是個極大的考驗,。由于 KINGSTAR 里的 PLC,、運動控制甚至外加機器視覺皆運行在集成的 RTX64，所有功能與系統(tǒng)可以在 RTX64 的實時操作系統(tǒng)（Real-time operating system, RTOS）里面百分之百集成在一起,，大大減少不同控制器與系統(tǒng)間的集成難度,。

去年有一個實際案例。這個客戶在其新型半導(dǎo)體設(shè)備,，過去習慣使用傳統(tǒng) PLC +人機來做為設(shè)備的控制器,。因為工業(yè) 4.0 的趨勢，終端客戶也越來越重視數(shù)據(jù)連網(wǎng)的功能,，因此,，傳統(tǒng) PLC 必須旁邊加上一臺電腦來擷取數(shù)據(jù)并且上傳云端，因此系統(tǒng)從一臺增加為二臺,，成本也同步增加,。權(quán)衡客戶在工業(yè) 4.0 的聯(lián)網(wǎng)、高度集成以及降低成本的考慮,，決定導(dǎo)入 KINGSTAR 軟件自動化平臺做為其控制器的控制平臺,。透過 KINGSTAR 所提供的集成環(huán)境，不僅僅利用軟件 PLC 來作為此設(shè)備控制的大腦,，此設(shè)備也集成了 4 軸機器人以及透過 Windows 來做數(shù)據(jù)連網(wǎng),。若采用觸控電腦作為控制器，也立即取代傳統(tǒng)人機接口,。各位可以試想,，基于 KINGSTAR 平臺，「一臺多核心電腦」可以從事 PLC,、機器人算法,、傳感器、機器視覺,、人機接口以及 IoT 云端平臺的數(shù)據(jù)連網(wǎng)及數(shù)據(jù)分析,，輕松地將傳統(tǒng) 3 - 5臺控制器全部集成在一臺電腦里，加上自主選擇 / 控制 EtherCAT 從站，不僅不會被綁系統(tǒng),，還可以大大降低成本,，一舉數(shù)得！除此之外,，因為是運行在 Windows 的環(huán)境,， 電腦比傳統(tǒng) PLC 與 PAC 有更大的擴充性，第三方功能的軟件取得與集成非常方便,，例如機器視覺,、數(shù)控機床、CAD/CAM,、MES,、IoT 平臺等等，甚至也因為軟件平臺的共通性與彈性,，設(shè)備商方便在共同的KINGSTAR 平臺（底層是實時系統(tǒng)）上,，開發(fā)每一個不同機型的應(yīng)用程序，就好像手機里的 APP 一樣,，因此公司內(nèi)部可以建立自己的App Store,，對于新機種的開發(fā)可以大大降低開發(fā)時間，加速新產(chǎn)品 Time-to-Market 的時間,，提升市場競爭力,。

「智能制造」的要件是―高集成度、節(jié)省成本并且要能快速量產(chǎn),，而且維護容易,。透過功能強大的電腦，KINGSTAR 不但可輕松處理繁重的運算,，最大優(yōu)勢是―極度的彈性與節(jié)省成本,。使用 KINGSTAR 除了可以不需要編程人員,，運行所需要的相關(guān)設(shè)備,，完全不用擔心系統(tǒng)綁定硬件的問題，只要任何一臺 x64 架構(gòu)的 Windows PC 就可以同時控制數(shù)臺機器人甚至一條自動化生產(chǎn)線,；在工業(yè)通訊標準 EtherCAT 的從站設(shè)備包含伺服驅(qū)動器 / 馬達及 IO 的搭配上,，KINGSTAR 會持續(xù)測試并加入新品牌，所以有非常多采購上的選擇,，自主控制成本,。最重要的是，所有的工作都可以在一臺電腦中完成,，以最低的成本,，達成并超越許多硬設(shè)備的效能,；除了 RTX64 與 KINGSTAR 的實時性，能夠幫您管理自動化產(chǎn)線外,，透過同一臺 Windows電腦,，加上適合的物料及產(chǎn)銷管理系統(tǒng)與聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)，不但能輕易達到自動化需求,，更可以比擬德國的「工業(yè) 4.0」,，使您可以加速導(dǎo)入或提升自動化的效能，并且得以達到與歐美先進工業(yè)國的制造水平,。