當下，美國自動化行業的圈子中有下面一種說法：“在實現工業4.0的進程中，流程工業已經在飛行，而離散制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于工業4.0的報告中，很難找到對流程工業的未來的描述。

為什么？

離散的招數，流程早就見過了

對于流程工業與離散制造的工業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制造業的升級遷移，真的還處在起始的階段嗎？

這需要從流程與離散制造業的差異說開來。

與離散制造工業顯著不同的是，流程工業的生產流程本質上是連續的，被加工處理的工質不論是產生物理變化還是化學變化，其過程從不會中斷，而且往往是處于密閉的管道或容器中（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、控制系統、計算機系統進行狀態和參數的檢測、控制、預測、決策和執行。

很顯然，從自動化技術和裝備的發展歷史上看，流程工業對自動化、網絡化和智能化的需求和產業實現，一直都是走在離散制造業前列的。以當下風行于工業4.0和智能制造的OPC UA技術為例，最早就是運用于流程工業，并取得顯著成效后才被引入離散制造業。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。只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系統，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）進行實時數據分析和實時決策。技術僅僅是賦能的手段，如何超越原來所關注的企業和工廠的范圍，延伸到供應鏈和生產后服務，圍繞生產組織的流程和結構，通過其價值鏈運用成熟和創新的技術（如IIoT、云服務、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。在這里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。

自動化架構面臨大修

企業控制的系統集成國際標準IEC/ISO 62264脫胎于ISA 95。雖然這一標準是在普度CIMS模型的基礎上發展起來的，適用于流程工業、離散制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。由于最終用戶對此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。為了更好地服務于智能制造和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（企業接入云系統的集成）。

表1：ISA 95增加了L5企業云集成

埃克森美孚的研究和工程部門公開倡議開發一個全新的、基于標準的過程控制架構，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咨詢集團召開的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。由于美國開放集團（The Open Group）在為其它工業部門創建標準方面的專業性和成功表現，埃克森美孚決定委托這個非盈利的第三方，組織一個新的標準化活動，面向流程控制工業中業務和技術的挑戰，開發一個新的標準。接著The 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，并于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、系統集成商、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），通信設備制造商（如華為、思科等），知名的咨詢集團（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制藍圖。

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云計算技術重新定義DCS和PLC。還包括與優化運營密切相關的先進控制和MES（參見圖1）。

圖1：開放流程自動化OPAF的范圍

舊自動化的終結？

ARC的資深咨詢專家Harrry Frobes評論說：“自從在1970年PLC和DCS進入自動化領域之后，處于ISA 95的L1和L2的控制層的自動化硬件和軟件結構一直沒有變動，迄今為止自動化市場的結構也一直圍繞著捆綁式的自動化硬件和軟件在演進。這一種結構方式與1970年的小型計算機市場非常類似：當時，幾乎每一個小型機的供應商都是以硬件軟件捆綁的應用方式和軟件工具，以及自己的渠道伙伴和軟件供應商進入和占領市場。以大型的最終用戶為主的形式出現的開放流程自動化論壇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表示分布式控制節點，它是由DCF（分布式控制框架）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定義的其它系統，如傳統的DCS、PLC、分析儀表系統、電氣系統、機械監控系統……，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臺（企業的IT數據中心）和其它非OPAF環境的系統，都能經由DCN接入OCF。至于執行ISA 95的L2和L3功能（如先進控制算法、MES等）的OT數據中心直接與OCF相聯，這一先進計算平臺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系統。

這些成員通力合作，使得新穎的軟件技術的力量和價值不僅在流程工業廣泛應用，而且使得其新興的業務模型，能夠進入許多其它的領域，包括工廠自動化FA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”。軟件容器技術發源于幾十年前的UNIX操作系統，之所以能一直持續迅速發展到今天，得益于量大面廣的Linux開源生態系統以及大量云計算服務的供應商的大力推動。

這些巨大的力量，第一次開始正面沖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、舉國規劃和依托有關的行業組織實施的路線截然不同，這是一種因目標一致，由相關業界自發組織的共同體，充分運用商業化的方式有計劃、有步驟推動。流程工業的大型企業是背后的超級推手。

能夠看到的是，一個巨大的的技術漩渦正在逼近工業自動化的領域。這種具有顛覆的潛力將致使供應商長期保有的業務模型變得陳舊，而不得不被拋棄。它還會要求供應商采用正在涌現的軟件技術和來自云計算領域的實踐。顯然，這一顛覆將會被幾乎整個新的軟件技術，而非硬件技術所驅動。

軟件，特別是云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