當下，美國自動化行業的圈子中有下麵一種說法：“在實現工業4.0的進程中，流程工業已經在飛行
，而離散製造業還在辦登機手續。”不由得讓人想起在2013年漢諾威博覽會上關於工業4.0的報告中，很難找到對流程工業的未來的描述。

為什麼？

離散的招數，流程早就見過了

對於流程工業與離散製造的工業4.0進展，美國的“一快一慢”的理論何在？自從德國建立工業4.0的工作組到現在，已經5年多了
，德國苦心經營的離散製造業的升級遷移，真的還處在起始的階段嗎？

這需要從流程與離散製造業的差異說開來。

與(yu)離(li)散(san)製(zhi)造(zao)工(gong)業(ye)顯(xian)著(zhu)不(bu)同(tong)的(de)是(shi)
，流(liu)程(cheng)工(gong)業(ye)的(de)生(sheng)產(chan)流(liu)程(cheng)本(ben)質(zhi)上(shang)是(shi)連(lian)續(xu)的(de)
，被(bei)加(jia)工(gong)處(chu)理(li)的(de)工(gong)質(zhi)不(bu)論(lun)是(shi)產(chan)生(sheng)物(wu)理(li)變(bian)化(hua)還(hai)是(shi)化(hua)學(xue)變(bian)化(hua)，其(qi)過(guo)程(cheng)從(cong)不(bu)會(hui)中(zhong)斷(duan)

，而(er)且(qie)往(wang)往(wang)是(shi)處(chu)於(yu)密(mi)閉(bi)的(de)管(guan)道(dao)或(huo)容(rong)器(qi)中(zhong)（煉油
、石化

、化工等）。冶金流程學理論還用物質流、能量流和信息流的連續性來描述。這都要求運用自動化的儀表、控製係統
、計算機係統進行狀態和參數的檢測、控製、預測、決策和執行。

很顯然
，從自動化技術和裝備的發展曆史上看
，流程工業對自動化、網絡化和智能化的需求和產業實現
，一直都是走在離散製造業前列的。以當下風行於工業4.0和智能製造的OPC UA技術為例，最早就是運用於流程工業，並取得顯著成效後才被引入離散製造業。由此可見一斑。

工業4.0所關注的技術、資產的連接和數據的采集，流程工業在二三十年前就已經在運用了。隻不過那時還缺少今天工業4.0的高度和視野。當前流程工業實現工業4.0的重點應該是，為實現正確的時間優化過程、收益的最大化和風險的最小化
，貫通已有的各種技術軟件係統

，高效的整合各種數據，運用人工智能的深度學習
、強化學習（主要是動態規劃方法）進jin行xing實shi時shi數shu據ju分fen析xi和he實shi時shi決jue策ce。技ji術shu僅jin僅jin是shi賦fu能neng的de手shou段duan，如ru何he超chao越yue原yuan來lai所suo關guan注zhu的de企qi業ye和he工gong廠chang的de範fan圍wei，延yan伸shen到dao供gong應ying鏈lian和he生sheng產chan後hou服fu務wu
，圍wei繞rao生sheng產chan組zu織zhi的de流liu程cheng和he結jie構gou，通tong過guo其qi價jia值zhi鏈lian運yun用yong成cheng熟shu和he創chuang新xin的de技ji術shu（如IIoT、雲服務、數字孿生等）


，達到提質增效、降低消耗、快速適應市場需求變化
，才是目的所在。在這裏流程工業需要更多地發揮人的因素和生產流程的因素
，彌補工業4.0關注的不足。

自動化架構麵臨大修

企業控製的係統集成國際標準IEC/ISO 62264脫胎於ISA 95。雖然這一標準是在普度CIMS模型的基礎上發展起來的
，適用於流程工業
、離散製造業和批量過程工業，但畢竟最先獲得流程工業的普遍支持和實踐應用。工業4.0的RAMI4.0參考架構模型中的“Hierarchy Levels”的維度主要是借鑒了ISA 95的概念。由於最終用戶對此ISA 95參考模型的認可和青睞

，在美國和歐洲工業軟件的開發廠商一般都以此模型為依據。為了更好地服務於智能製造和IIoT的需要，如表1所示，ISA 95在原來的L0至L4的層級之上增加了L5級（企業接入雲係統的集成）。

表1：ISA 95增加了L5企業雲集成

埃克森美孚的研究和工程部門公開倡議開發一個全新的、基於標準的過程控製架構
，已經有好幾年了。2014年他們產生了一個基本特性的文件，在ARC谘詢集團召開的2015年的ARC論壇上分發。自此引發了三天的討論，受到相當多的關注，也得到具有相同要求的其它最終用戶的支持。由於美國開放集團（The Open Group）zaiweiqitagongyebumenchuangjianbiaozhunfangmiandezhuanyexinghechenggongbiaoxian，aikesenmeifujuedingweituozhegefeiyinglidedisanfang
，zuzhiyigexindebiaozhunhuahuodong
，mianxiangliuchengkongzhigongyezhongyewuhejishudetiaozhan，kaifayigexindebiaozhun。jiezheThe Open Group創建了開放流程自動化論壇OPAF（the Open Process Automation™ Forum），吸收一批最初的成員，並於2016年11月在舊金山召開了第一次會議。目前論壇已經有超過110個團體成員
，類別包括最終用戶、硬件和軟件供應商
、係統集成商
、學術單位和標準化組織。其代表性的成員有：超大型的最終用戶（如埃克森美孚
、巴斯夫
、英國石油BP、DOW等）
，自動化的跨國集團（如西門子、ABB、施耐德、橫河
、GE等）
，IT大鱷（IBM、ORACLE等），通信設備製造商（如華為、思科等）
，知名的谘詢集團（如ARC等）
，流程工業工業軟件的巨頭（如Aspentech等）

，工業標準化組織（如OPC基金會、PLCopen等），他們集合在一起共同為新一代流程工業的架構繪製藍圖。

值得注意的是，DCS的架構已經20多年沒有變動了
，顯得日趨陳舊，OPAF正在進行的工作將運用最新的雲計算技術重新定義DCS和PLC。還包括與優化運營密切相關的先進控製和MES（參見圖1）。

圖1：開放流程自動化OPAF的範圍

舊自動化的終結？

ARC的資深谘詢專家Harrry Frobes評論說：“自從在1970年PLC和DCS進入自動化領域之後
，處於ISA 95的L1和L2的(de)控(kong)製(zhi)層(ceng)的(de)自(zi)動(dong)化(hua)硬(ying)件(jian)和(he)軟(ruan)件(jian)結(jie)構(gou)一(yi)直(zhi)沒(mei)有(you)變(bian)動(dong)

，迄(qi)今(jin)為(wei)止(zhi)自(zi)動(dong)化(hua)市(shi)場(chang)的(de)結(jie)構(gou)也(ye)一(yi)直(zhi)圍(wei)繞(rao)著(zhe)捆(kun)綁(bang)式(shi)的(de)自(zi)動(dong)化(hua)硬(ying)件(jian)和(he)軟(ruan)件(jian)在(zai)演(yan)進(jin)。這(zhe)一(yi)種(zhong)結(jie)構(gou)方(fang)式(shi)與(yu)1970年的小型計算機市場非常類似：當(dang)時(shi)，幾(ji)乎(hu)每(mei)一(yi)個(ge)小(xiao)型(xing)機(ji)的(de)供(gong)應(ying)商(shang)都(dou)是(shi)以(yi)硬(ying)件(jian)軟(ruan)件(jian)捆(kun)綁(bang)的(de)應(ying)用(yong)方(fang)式(shi)和(he)軟(ruan)件(jian)工(gong)具(ju)，以(yi)及(ji)自(zi)己(ji)的(de)渠(qu)道(dao)夥(huo)伴(ban)和(he)軟(ruan)件(jian)供(gong)應(ying)商(shang)進(jin)入(ru)和(he)占(zhan)領(ling)市(shi)場(chang)。以(yi)大(da)型(xing)的(de)最(zui)終(zhong)用(yong)戶(hu)為(wei)主(zhu)的(de)形(xing)式(shi)出(chu)現(xian)的(de)開(kai)放(fang)流(liu)程(cheng)自(zi)動(dong)化(hua)論(lun)壇(tan)OPAF，及其支持者流程自動化供應商組成的共同體，已經對這一高度垂直集成的業務模型形成威脅
，極有可能使其接近它使命的終點。”

圖2：OPAF的架構圖

由圖2給出的流程工業架構圖清晰可見，OPAF所定義的DCN表示分布式控製節點
，它是由DCF（分布式控製框架）和DCP（分布式物理基礎設施）所組成。圖中黃色所標的均為OPAF所定義的部件和模塊；海藍色所標的則是非OPAF定義的其它係統，如傳統的DCS
、PLC、分析儀表係統
、電氣係統、機械監控係統……
，但它們都可以經由DCN接到OPAF所定義的聯接性框架OCF。即使是處理企業業務的事務性平台（企業的IT數據中心）和其它非OPAF環境的係統，都能經由DCN接入OCF。至於執行ISA 95的L2和L3功能（如先進控製算法
、MES等）的OT數據中心直接與OCF相聯
，這一先進計算平台采用容器化的軟件技術，將不同功能的APP組織容納在不同的容器中
，形成高效執行軟件子係統。

zhexiechengyuantonglihezuo，shidexinyingderuanjianjishudelilianghejiazhibujinzailiuchenggongyeguangfanyingyong
，erqieshideqixinxingdeyewumoxing
，nenggoujinruxuduoqitadelingyu，baokuogongchangzidonghuaFA和工業物聯網IIoT。驅動這一顛覆的就是軟件應用的所謂“容器化”。軟件容器技術發源於幾十年前的UNIX操作係統，之所以能一直持續迅速發展到今天，得益於量大麵廣的Linux開源生態係統以及大量雲計算服務的供應商的大力推動。

這些巨大的力量，第一次開始正麵衝擊連續過程自動化的時候，意味著流程工業正在以更快的航速飛翔。

結束語

美國的流程工業正在邁開其實現工業4.0的大步。顯而易見，這與德國工業4.0的政府引導、舉(ju)國(guo)規(gui)劃(hua)和(he)依(yi)托(tuo)有(you)關(guan)的(de)行(xing)業(ye)組(zu)織(zhi)實(shi)施(shi)的(de)路(lu)線(xian)截(jie)然(ran)不(bu)同(tong)，這(zhe)是(shi)一(yi)種(zhong)因(yin)目(mu)標(biao)一(yi)致(zhi)，由(you)相(xiang)關(guan)業(ye)界(jie)自(zi)發(fa)組(zu)織(zhi)的(de)共(gong)同(tong)體(ti)，充(chong)分(fen)運(yun)用(yong)商(shang)業(ye)化(hua)的(de)方(fang)式(shi)有(you)計(ji)劃(hua)、有步驟推動。流程工業的大型企業是背後的超級推手。

能(neng)夠(gou)看(kan)到(dao)的(de)是(shi)
，一(yi)個(ge)巨(ju)大(da)的(de)的(de)技(ji)術(shu)漩(xuan)渦(wo)正(zheng)在(zai)逼(bi)近(jin)工(gong)業(ye)自(zi)動(dong)化(hua)的(de)領(ling)域(yu)。這(zhe)種(zhong)具(ju)有(you)顛(dian)覆(fu)的(de)潛(qian)力(li)將(jiang)致(zhi)使(shi)供(gong)應(ying)商(shang)長(chang)期(qi)保(bao)有(you)的(de)業(ye)務(wu)模(mo)型(xing)變(bian)得(de)陳(chen)舊(jiu)

，而(er)不(bu)得(de)不(bu)被(bei)拋(pao)棄(qi)。它(ta)還(hai)會(hui)要(yao)求(qiu)供(gong)應(ying)商(shang)采(cai)用(yong)正(zheng)在(zai)湧(yong)現(xian)的(de)軟(ruan)件(jian)技(ji)術(shu)和(he)來(lai)自(zi)雲(yun)計(ji)算(suan)領(ling)域(yu)的(de)實(shi)踐(jian)。顯(xian)然(ran)
，這(zhe)一(yi)顛(dian)覆(fu)將(jiang)會(hui)被(bei)幾(ji)乎(hu)整(zheng)個(ge)新(xin)的(de)軟(ruan)件(jian)技(ji)術(shu)
，而(er)非(fei)硬(ying)件(jian)技(ji)術(shu)所(suo)驅(qu)動(dong)。

軟件
，特別是雲計算技術主導的分布式軟件，將讓自動化技術開啟新的征程。

作 者

彭 瑜：上海工業自動化儀表研究院
，PLC open中國組織

轉載自知識自動化