為什么？

對于流程工業(yè)與離散制造的工業(yè)4.0進展，美國的“一快一慢”的理論何在？自從德國建立工業(yè)4.0的工作組到現(xiàn)在，已經(jīng)5年多了，德國苦心經(jīng)營的離散制造業(yè)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(yè)的差異說開來。

與離散制造工業(yè)顯著不同的是，流程工業(yè)的生產(chǎn)流程本質(zhì)上是連續(xù)的，被加工處理的工質(zhì)不論是產(chǎn)生物理變化還是化學(xué)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(xué)理論還用物質(zhì)流、能量流和信息流的連續(xù)性來描述。這都要求運用自動化的儀表、控制系統(tǒng)、計算機系統(tǒng)進行狀態(tài)和參數(shù)的檢測、控制、預(yù)測、決策和執(zhí)行。

很顯然，從自動化技術(shù)和裝備的發(fā)展歷史上看，流程工業(yè)對自動化、網(wǎng)絡(luò)化和智能化的需求和產(chǎn)業(yè)實現(xiàn)，一直都是走在離散制造業(yè)前列的。以當下風(fēng)行于工業(yè)4.0和智能制造的OPC UA技術(shù)為例，最早就是運用于流程工業(yè)，并取得顯著成效后才被引入離散制造業(yè)。由此可見一斑。

工業(yè)4.0所關(guān)注的技術(shù)、資產(chǎn)的連接和數(shù)據(jù)的采集，流程工業(yè)在二三十年前就已經(jīng)在運用了。只不過那時還缺少今天工業(yè)4.0的高度和視野。當前流程工業(yè)實現(xiàn)工業(yè)4.0的重點應(yīng)該是，為實現(xiàn)正確的時間優(yōu)化過程、收益的最大化和風(fēng)險的最小化，貫通已有的各種技術(shù)軟件系統(tǒng)，高效的整合各種數(shù)據(jù)，運用人工智能的深度學(xué)習(xí)、強化學(xué)習(xí)（主要是動態(tài)規(guī)劃方法）進行實時數(shù)據(jù)分析和實時決策。技術(shù)僅僅是賦能的手段，如何超越原來所關(guān)注的企業(yè)和工廠的范圍，延伸到供應(yīng)鏈和生產(chǎn)后服務(wù)，圍繞生產(chǎn)組織的流程和結(jié)構(gòu)，通過其價值鏈運用成熟和創(chuàng)新的技術(shù)（如IIoT、云服務(wù)、數(shù)字孿生等），達到提質(zhì)增效、降低消耗、快速適應(yīng)市場需求變化，才是目的所在。在這里流程工業(yè)需要更多地發(fā)揮人的因素和生產(chǎn)流程的因素，彌補工業(yè)4.0關(guān)注的不足。

企業(yè)控制的系統(tǒng)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(chǔ)上發(fā)展起來的，適用于流程工業(yè)、離散制造業(yè)和批量過程工業(yè)，但畢竟最先獲得流程工業(yè)的普遍支持和實踐應(yīng)用。工業(yè)4.0的RAMI4.0參考架構(gòu)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(yè)軟件的開發(fā)廠商一般都以此模型為依據(jù)。為了更好地服務(wù)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(yè)接入云系統(tǒng)的集成）。

表1：ISA 95增加了L5企業(yè)云集成

?？松梨诘难芯亢凸こ滩块T公開倡議開發(fā)一個全新的、基于標準的過程控制架構(gòu)，已經(jīng)有好幾年了。2014年他們產(chǎn)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(fā)。自此引發(fā)了三天的討論，受到相當多的關(guān)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(yè)部門創(chuàng)建標準方面的專業(yè)性和成功表現(xiàn)，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(yè)中業(yè)務(wù)和技術(shù)的挑戰(zhàn)，開發(fā)一個新的標準。接著The Open Group創(chuàng)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(jīng)有超過110個團體成員，類別包括最終用戶、硬件和軟件供應(yīng)商、系統(tǒng)集成商、學(xué)術(shù)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?？松梨?、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(shè)備制造商（如華為、思科等），知名的咨詢集團（如ARC等），流程工業(yè)工業(yè)軟件的巨頭（如Aspentech等），工業(yè)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(yè)的架構(gòu)繪制藍圖。

值得注意的是，DCS的架構(gòu)已經(jīng)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(shù)重新定義DCS和PLC。還包括與優(yōu)化運營密切相關(guān)的先進控制和MES（參見圖1）。

圖1：開放流程自動化OPAF的范圍

ARC的資深咨詢專家Harrry Frobes評論說：“自從在1970年P(guān)LC和DCS進入自動化領(lǐng)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(jié)構(gòu)一直沒有變動，迄今為止自動化市場的結(jié)構(gòu)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(jié)構(gòu)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(yīng)商都是以硬件軟件捆綁的應(yīng)用方式和軟件工具，以及自己的渠道伙伴和軟件供應(yīng)商進入和占領(lǐng)市場。以大型的最終用戶為主的形式出現(xiàn)的開放流程自動化論壇OPAF，及其支持者流程自動化供應(yīng)商組成的共同體，已經(jīng)對這一高度垂直集成的業(yè)務(wù)模型形成威脅，極有可能使其接近它使命的終點?！?/p>

圖2：OPAF的架構(gòu)圖

由圖2給出的流程工業(yè)架構(gòu)圖清晰可見，OPAF所定義的DCN表示分布式控制節(jié)點，它是由DCF（分布式控制框架）和DCP（分布式物理基礎(chǔ)設(shè)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(tǒng)，如傳統(tǒng)的DCS、PLC、分析儀表系統(tǒng)、電氣系統(tǒng)、機械監(jiān)控系統(tǒng)……，但它們都可以經(jīng)由DCN接到OPAF所定義的聯(lián)接性框架OCF。即使是處理企業(yè)業(yè)務(wù)的事務(wù)性平臺（企業(yè)的IT數(shù)據(jù)中心）和其它非OPAF環(huán)境的系統(tǒng)，都能經(jīng)由DCN接入OCF。至于執(zhí)行ISA 95的L2和L3功能（如先進控制算法、MES等）的OT數(shù)據(jù)中心直接與OCF相聯(lián)，這一先進計算平臺采用容器化的軟件技術(shù)，將不同功能的APP組織容納在不同的容器中，形成高效執(zhí)行軟件子系統(tǒng)。

這些成員通力合作，使得新穎的軟件技術(shù)的力量和價值不僅在流程工業(yè)廣泛應(yīng)用，而且使得其新興的業(yè)務(wù)模型，能夠進入許多其它的領(lǐng)域，包括工廠自動化FA和工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)IIoT。驅(qū)動這一顛覆的就是軟件應(yīng)用的所謂“容器化”。軟件容器技術(shù)發(fā)源于幾十年前的UNIX操作系統(tǒng)，之所以能一直持續(xù)迅速發(fā)展到今天，得益于量大面廣的Linux開源生態(tài)系統(tǒng)以及大量云計算服務(wù)的供應(yīng)商的大力推動。

這些巨大的力量，第一次開始正面沖擊連續(xù)過程自動化的時候，意味著流程工業(yè)正在以更快的航速飛翔。

美國的流程工業(yè)正在邁開其實現(xiàn)工業(yè)4.0的大步。顯而易見，這與德國工業(yè)4.0的政府引導(dǎo)、舉國規(guī)劃和依托有關(guān)的行業(yè)組織實施的路線截然不同，這是一種因目標一致，由相關(guān)業(yè)界自發(fā)組織的共同體，充分運用商業(yè)化的方式有計劃、有步驟推動。流程工業(yè)的大型企業(yè)是背后的超級推手。

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

軟件，特別是云計算技術(shù)主導(dǎo)的分布式軟件，將讓自動化技術(shù)開啟新的征程。