國際自控軟件設計的最新趨勢（I）：前言及仿真校驗篇

一、前言
　　近年來，國內工控行業的發展日新月異，國內企業在DCS領域也有了長足的發展，涌現出一大批優秀企業和產品。然而，國內工控行業的發展并不平衡：一方面，在工控硬件方面和國際水平全面接軌；另一方面，在工控軟件設計方面卻遇到發展瓶頸，全面落后于國外先進水平。這方面的介紹文章也很少見到。
　　在目前國際上較通用的自控軟件開發工程中，編寫源代碼只占整個開發過程的30%。而從工程角度對產品功能進行劃分，并形成一系列相關文檔（編寫詳細的代碼說明、相關支持文檔等）將占去70%的開發時間。大多數設計在現場安裝調試前就已經通過仿真進行了校驗測試，進而確保整個系統的現場安裝調試可以在很短的時間內完成。而在我國，這一情況正好相反，甚至尤有過之，編寫源代碼占去了開發的絕大部分時間，冗長的現場調試更是費時費力。造成大多數項目不能按時完工，且頻繁超過預算。由于缺乏完善的規范化的設計方法，國內的自控設計在控制精度和控制效果方面仍然處于落后水平，同時也極大地限制了完成復雜的大規?？刂葡到y的能力。
　　造成這一情況固然有我國工程化開發水平較低的原因，開發觀念、工具平臺上的不足也是很重要的因素。從當前我國從事工控軟件開發的人員構成來看，一方面大多數開發人員工程化軟件開發方面的知識較為缺乏；另一方面，目前的大學教育對軟件工程概念仍然認識不足，教學方法和教育平臺仍較落后。這兩方面原因造成了我國工控軟件的開發水平、尤其是工程化水平仍然較低。與國外優秀的工控軟件開發過程相比，我們自己開發的軟件常常有源代碼而無流程圖、無詳細說明文檔、質量不高、設計復用困難、需要長時間在現場進行調試以及升級維護困難。
　　從國際上來看，自控軟件設計的發展已經進入到自動化、圖形化開發階段。用戶通過功能強大的系統級圖形化軟件開發工具對所開發的項目進行描述，建立整套系統的形式化模型。只要能夠建立起正確的系統模型，圖形化開發工具就可以根據該模型生成PLC或C語言的源代碼，提供完善的系統流程圖、標準化的軟件說明文檔，并對系統功能進行仿真校驗，顯著縮短現場調試時間，可以極大提高自控軟件的開發效率。下面，我們將從幾個方面介紹一下國外先進的工控軟件設計的理念，希望能給國內自控界的朋友帶來一些啟示，早日趕超國際先進水平。

二、仿真校驗測試
　　目前國際上已經普遍采用的是在現場之前校驗測試自控系統的設計，從而節省大量的現場工作時間和勞動。國內則剛好相反，全面軟件測試和綜合軟件測試全部需要到現場去做。在現場邊安裝邊調試成為國內所有系統集成商的唯一選擇。大多數工程都必須花費數個月的現場時間，不僅嚴重影響用戶的產品上市時間，對于系統集成商本身也是巨大人力和物力的浪費。
　　 今天，長時間的現場調試已經變得不可容忍！最終用戶給予系統集成商的時間越來越短，并且對工程延誤處以高額罰金。這就迫使自控系統集成商在現場調試之前對自控代碼設計進行校驗測試，發現并更正絕大多數設計錯誤，從而確保使用最短的現場時間完成系統的安裝調試。
　　很顯然，通過仿真方法建立現場對象的形式化模型，然后在此仿真環境中對自控軟件進行校驗和驗證是最自然的解決方案。當然，這樣的仿真校驗必須是在完整的仿真環境下（仿真整個生產線甚至是整個工廠環境）進行，而各硬件廠商自帶的仿真工具由于只能仿真測試單個功能塊，是無法擔此重任的，需要使用一些先進的自控軟件設計CASE（計算機輔助軟件工程）工具，如ControlBuild等。
通過仿真進行校驗測試具有無可比擬的優點：
　　1、在仿真環境下校驗測試自控軟件，發現并更正絕大多數的設計錯誤，大大縮短現場安裝調試時間。從國外的經驗來看，通過仿真校驗可以將數個月的現場安裝調試時間縮短到數個星期，極大地提高了效率。
　　2、在仿真環境下，改變環境及生產條件，測試設計的反應
　　3、在仿真環境下，可以引入各種異常，失靈情況，對設計進行破壞性測試
　　4、在仿真環境下，虛擬機器100％可使用
　　5、在仿真環境下，有更多的時間去測試和修改
　　6、仿真環境提供了更好的工作環境，避免進入一些高危險性的場合（高溫、酸、易爆、有毒等）
　　7、在物理設備或系統沒有實際安裝或聯接的情況下，可以提早校驗測試、提早投產
　　8、系統操作員和維護人員可以提早接受培訓，提高操作維護水平。
　　仿真校驗在歐美自控界已被廣泛使用。更由于仿真校驗對最終用戶的巨大好處（幾乎沒有壞處）而受到最終用戶的強烈推崇。許多公司甚至硬性規定必須使用仿真校驗。例如，ＰＳＡ標志雪鐵龍集團就強迫要求所有自控系統集成商，在現場安裝之前必須使用仿真對設計進行校驗測試，確保生產線按時高質量完工。事實上，來自最終用戶的強力推動正是仿真校驗在歐美迅速推廣起來的重要原因之一。然而令人驚訝的是，這樣的先進理念在國內卻無聲無息，我們遲遲看不到這方面的介紹和探討。而最終用戶更是在不知情的情況下被迫接受效率極其低下的現場調試，并且對頻繁的工程延誤和預算超標束手無策。當然我們相信這樣的狀況不會持久。隨著國外自控系統集成商和工程公司的逐步進入，先進的自控設計理念也必然隨之進入中國。仿真校驗作為一股不可阻擋的潮流，在國內自控界的流行將指日可待。