在我國(guó)，標(biāo)準(zhǔn)分為13類：基礎(chǔ)標(biāo)準(zhǔn)、術(shù)語(yǔ)標(biāo)準(zhǔn)、符號(hào)標(biāo)準(zhǔn)、分類標(biāo)準(zhǔn)、試驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)、規(guī)范標(biāo)準(zhǔn)、規(guī)程標(biāo)準(zhǔn)、指南標(biāo)準(zhǔn)、產(chǎn)品標(biāo)準(zhǔn)、過(guò)程標(biāo)準(zhǔn)、服務(wù)標(biāo)準(zhǔn)、接口標(biāo)準(zhǔn)，和數(shù)據(jù)標(biāo)準(zhǔn)。比如接口標(biāo)準(zhǔn)就是規(guī)定產(chǎn)品或系統(tǒng)在其互連部位與兼容性有關(guān)的要求的標(biāo)準(zhǔn)。
不過(guò)這些年來(lái)在工業(yè)發(fā)達(dá)國(guó)家，尤其在美國(guó)，開展著一類非常活躍的標(biāo)準(zhǔn)活動(dòng)，似乎不能歸類于上述的任意一類標(biāo)準(zhǔn)。這就是在多種適用的工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)的基礎(chǔ)上，建立為特定細(xì)分行業(yè)服務(wù)的綜合性應(yīng)用標(biāo)準(zhǔn)，有時(shí)在文獻(xiàn)中還被稱為"標(biāo)準(zhǔn)的標(biāo)準(zhǔn)"（Standardofstandards）。這類標(biāo)準(zhǔn)往往不是由某個(gè)正式或官方的標(biāo)準(zhǔn)化組織所發(fā)起和操作的，而是由最終用戶根據(jù)他們的需要、思考和判斷來(lái)發(fā)起，并為此建立或委托一個(gè)非官方組織去開展相關(guān)的標(biāo)準(zhǔn)化活動(dòng)。這類目標(biāo)極為明確的標(biāo)準(zhǔn)化活動(dòng)吸引了一批志同道合的伙伴（包括最終用戶、自動(dòng)化供應(yīng)商、自動(dòng)化咨詢機(jī)構(gòu)和一些標(biāo)準(zhǔn)化組織等），共同開展跨組織的、資源投入巨大的努力，有效推動(dòng)了行業(yè)技術(shù)進(jìn)步，并將繼續(xù)顯示出前所未有的經(jīng)濟(jì)潛力和組織活力。
下面我們分析兩個(gè)案例：開放流程自動(dòng)化標(biāo)準(zhǔn)OPAS和被譽(yù)為機(jī)械裝備集成的樣板的PackML。
開放流程自動(dòng)化標(biāo)準(zhǔn)OPAS
OPAF論壇正在為下一代流程自動(dòng)化系統(tǒng)的體系架構(gòu)制定系列標(biāo)準(zhǔn)。所謂下一代流程自動(dòng)化系統(tǒng)區(qū)別于現(xiàn)有的DCS的主要特征是：開放、可互操作、具有內(nèi)生的信息安全。因此這些標(biāo)準(zhǔn)將使得獨(dú)立供應(yīng)商提供的基本功能部件能夠按照模塊化架構(gòu)的方式以及開放的接口標(biāo)準(zhǔn)方便地集成到流程工業(yè)適用的各類大、中、小系統(tǒng)之中。
1.開放流程自動(dòng)化的目標(biāo)和技術(shù)架構(gòu)
1.1開放流程自動(dòng)化的目標(biāo)
處于ISA95模型L1和L2層的自動(dòng)化硬件和軟件結(jié)構(gòu)許多年沒(méi)有變動(dòng)，自動(dòng)化市場(chǎng)也一直圍繞著硬件和軟件捆綁的模式在演進(jìn)。每一個(gè)自動(dòng)化供應(yīng)商都有自己的軟件開發(fā)和應(yīng)用環(huán)境，并將這種軟件環(huán)境交付給最終用戶，而用戶只能通過(guò)供應(yīng)商提供的組態(tài)工具與控制器交互。由此可以斷定，現(xiàn)今流程工業(yè)自動(dòng)化控制系統(tǒng)DCS和PLC最大的問(wèn)題在于其封閉和專用的特性。在IT技術(shù)飛躍發(fā)展的年代，這極大地阻礙了DCS和PLC的升級(jí)遷移，以及OT與IT深入高效的融合。此外，目前的DCS和PLC所有有關(guān)信息安全的措施都不是原生的，而是后加的，有如打補(bǔ)丁，因而一般不能提供內(nèi)在的保護(hù)運(yùn)營(yíng)、資產(chǎn)設(shè)備和其它投資所需要的信息安全特性。
許多在役的控制系統(tǒng)其構(gòu)成的硬件和軟件由于專用、封閉，維護(hù)和升級(jí)的成本昂貴，一旦需要與一流的第三方部件集成，耗資不菲。尤其在目前IT技術(shù)快速深入地滲透和融合到企業(yè)運(yùn)營(yíng)管理方方面面的趨勢(shì)下，這些控制系統(tǒng)通常不具備本征的信息安全特質(zhì)，造成了巨大的風(fēng)險(xiǎn)和隱患。還有一個(gè)問(wèn)題是，從長(zhǎng)遠(yuǎn)發(fā)展來(lái)看，現(xiàn)有的控制器不能有效而恰當(dāng)?shù)乇Ｗo(hù)設(shè)備資產(chǎn)和其它資本投資，以及多年來(lái)積累的過(guò)程數(shù)據(jù)和操作知識(shí)。
鑒于上述存在的問(wèn)題，2016年�？松梨诘难芯亢凸こ滩块T公開倡議開發(fā)一個(gè)全新的、基于標(biāo)準(zhǔn)的流程控制架構(gòu)，得到ARC咨詢集團(tuán)大力支持，并由非盈利的第三方機(jī)構(gòu)--美國(guó)開放集團(tuán)（TheOpenGroup）組織了一個(gè)新的面向流程工業(yè)控制技術(shù)的標(biāo)準(zhǔn)化活動(dòng)，即開放流程自動(dòng)化論壇（OPAF）。論壇聚焦于如何運(yùn)用最新的分布式云計(jì)算技術(shù)和虛擬化技術(shù)，重新定義已經(jīng)日趨陳舊、20多年沒(méi)有變動(dòng)的架構(gòu)，重新定義DCS和PLC，以及與優(yōu)化運(yùn)營(yíng)密切相關(guān)的先進(jìn)控制和MES，但不涉及專門針對(duì)流程工業(yè)安全保護(hù)的安全儀表系統(tǒng)SIS（見(jiàn)圖1）。
圖1開放流程自動(dòng)化論壇OPAF定義的范圍
值得高興的是，循著這一方向的進(jìn)展相當(dāng)迅速。繼2019年初發(fā)布OPASV1.0后，經(jīng)過(guò)不到一年的時(shí)間已經(jīng)在2020年1月定版正式發(fā)布；在今年2月發(fā)布了OPASV2.0，包括OPAS標(biāo)準(zhǔn)的Part6.1，6.2，6.4和Part7，已經(jīng)可從OPAF的網(wǎng)站下載評(píng)估版；而OPASV2.1預(yù)計(jì)會(huì)在今年年中推出。與此同時(shí)，建立測(cè)試床和進(jìn)行工業(yè)中試的計(jì)劃，也在順利推進(jìn)并付諸建設(shè)落實(shí)。2019年5月的OPAF可互操作性工作會(huì)議，敦促成員把他們支持OPASV1.0的硬件和軟件拿到已經(jīng)建立的測(cè)試床來(lái)試驗(yàn)，以驗(yàn)證標(biāo)準(zhǔn)初始版本的正確性和清晰性，從而將初始版升級(jí)為正式版。
原型/中試裝置包括4個(gè)反應(yīng)器訓(xùn)練裝置，由泵、反應(yīng)器、分離器、分析裝置等組成，系統(tǒng)有25個(gè)典型的流程控制回路，130個(gè)I/O單元，總計(jì)500點(diǎn)。碳?xì)淞鞒贪ㄔ秃图託湟约癏2S，主要是評(píng)估催化性能。在2020年1月完成現(xiàn)場(chǎng)接收測(cè)試。原型/中試裝置用開放流程自動(dòng)化OPA系統(tǒng)執(zhí)行了常規(guī)的單元操作，諸如啟動(dòng)、停車、控制單元的操作運(yùn)行參數(shù)，以及滿足操作人員的期望等。原型/中試裝置的數(shù)據(jù)由OSIsoft的PI歷史數(shù)據(jù)軟件和InductiveAutomation'的HMI/SCADA采集，其架構(gòu)的硬件和軟件來(lái)自Dell,nxtControls,PhoenixContact,Intel,Yokogawa,Moxa,Lantronix和Matrikon。其DCN有PhoenixContact的控制器、基于虛擬機(jī)的軟控制器、由Intel提供的可由客戶定義的DCN（具有4個(gè)通道），一個(gè)可切換的盒式微處理器組合（用來(lái)切換計(jì)算功能性）。通信采用OPCUA構(gòu)成實(shí)時(shí)總線，在一臺(tái)DellVxRailACP服務(wù)器中劃分為6個(gè)信息段區(qū)處理軟控制器和其它功能。圖2是原型/中試裝置的開放流程自動(dòng)化系統(tǒng)。
圖2為開放流程自動(dòng)化系統(tǒng)的測(cè)試建立的原型/中試裝置系統(tǒng)
1.2OPA的技術(shù)架構(gòu)
OPAS標(biāo)準(zhǔn)支持通信的相互作用，通過(guò)列出硬件和軟件部件的特定接口使自動(dòng)化系統(tǒng)成為一個(gè)面向服務(wù)的架構(gòu)SOA，而這些部件將被用來(lái)為最終用戶設(shè)計(jì)、構(gòu)建和啟用自動(dòng)化系統(tǒng)。
OPAS標(biāo)準(zhǔn)的版本并不限定一個(gè)架構(gòu)中所用接口的數(shù)量，也就是說(shuō)每一個(gè)自動(dòng)化系統(tǒng)都可為滿足其特定的要求構(gòu)成最合適的設(shè)計(jì)。標(biāo)準(zhǔn)只給出參考系統(tǒng)架構(gòu)（見(jiàn)圖3），而不專門定義詳細(xì)的系統(tǒng)架構(gòu)，通過(guò)給出用例來(lái)描述如何使用部件級(jí)的接口。
圖3開放型流程自動(dòng)化OPA的參考系統(tǒng)架構(gòu)
在參考系統(tǒng)架構(gòu)中包含下列基本要素：
1.分布式控制節(jié)點(diǎn)（DCN）
DCN可以是一個(gè)基于微處理器的控制器、I/O、或可處理輸入輸出和具有計(jì)算功能的網(wǎng)關(guān)設(shè)備。O-PAS標(biāo)準(zhǔn)的一個(gè)關(guān)鍵特性是硬件與控制軟件是解耦的，所以任意一個(gè)DCN的準(zhǔn)確功能取決于系統(tǒng)的構(gòu)造者。一個(gè)DCN包括硬件和某個(gè)系統(tǒng)軟件，也允許在其中運(yùn)行控制軟件，同時(shí)DCN具有能夠與O-PAS網(wǎng)絡(luò)（稱為OCF）連接的接口。
在OPAS標(biāo)準(zhǔn)中DCN表示一種基本的計(jì)算模塊，它可以是硬件實(shí)現(xiàn)或者是虛擬實(shí)現(xiàn)。DCN可大可小，可以沒(méi)有I/O或者有各種各樣的I/O。目前每個(gè)DCN容許的I/O密度并沒(méi)有規(guī)定，因此這方面的標(biāo)準(zhǔn)化可能要由市場(chǎng)來(lái)推動(dòng)最終的配置。DCN也可以作為與其它網(wǎng)絡(luò)或系統(tǒng)連接的網(wǎng)關(guān)，例如與傳統(tǒng)系統(tǒng)、數(shù)字現(xiàn)場(chǎng)網(wǎng)絡(luò)、I/O、和DCS、PLC控制器等連接。工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)IIoT的設(shè)備也可經(jīng)由這些系統(tǒng)進(jìn)行存取。
圖4DCN由DCP、DFC等構(gòu)成
2.分布式控制平臺(tái)（DCP）
DCP是在所有DCN中要求的硬件和標(biāo)準(zhǔn)軟件接口。標(biāo)準(zhǔn)軟件接口是一個(gè)公共平臺(tái)，在平臺(tái)之上運(yùn)行控制軟件程序。DCP提供物理的基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)和可互換的特性，這樣最終用戶便可以根據(jù)需要從多家供應(yīng)商選用軟件和硬件。
3.分布式控制框架（DCF）
DCF是軟件接口的標(biāo)準(zhǔn)集合，提供一個(gè)執(zhí)行應(yīng)用軟件（譬如控制軟件）的環(huán)境。DCF是DCP上面的層級(jí)，提供一個(gè)與OPAS有關(guān)功能一致性集合的應(yīng)用程序，而不管是哪個(gè)DCN在運(yùn)行。這對(duì)于建立OPAS應(yīng)用程序的市場(chǎng)地位很重要。
4.OPAS聯(lián)接性框架（OCF）
OCF是一個(gè)免版稅的、具有信息安全且可互操作的通信框架規(guī)范。在OPASV1.0中OCF運(yùn)用OPCUA。
5.高級(jí)計(jì)算平臺(tái)（ACP）
ACP是實(shí)現(xiàn)DCN功能性的計(jì)算平臺(tái)，但具有可擴(kuò)展可收縮的計(jì)算資源（存儲(chǔ)、硬盤、多核CPU），用于處理那些需要更多的資源的應(yīng)用程序或服務(wù)，通常這些應(yīng)用程序或服務(wù)不能由小配置的DCP來(lái)完成。ACP可以用來(lái)運(yùn)行不容易分布或無(wú)法分布的應(yīng)用程序，也可安裝在一個(gè)預(yù)置的服務(wù)器或云端服務(wù)器上。
2.制定標(biāo)準(zhǔn)的路線和方法
為開放、可互操作和安全的流程自動(dòng)化建立一個(gè)"標(biāo)準(zhǔn)的標(biāo)準(zhǔn)"，即"OPAS"，是一項(xiàng)復(fù)雜的事業(yè)。其制定策略是首先參考現(xiàn)有的各種適用的工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)，識(shí)別這些標(biāo)準(zhǔn)與OPAS所要求的目標(biāo)之間存在的差距，再與制定這些標(biāo)準(zhǔn)的相關(guān)組織一起對(duì)這些標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行修訂，或增加適合OPAF要求的條款，以實(shí)現(xiàn)合適的定義。只有在現(xiàn)有標(biāo)準(zhǔn)都不適用的時(shí)候，才考慮開發(fā)全新的標(biāo)準(zhǔn)。為此OPAF論壇已經(jīng)與下列組織達(dá)成許可協(xié)議：AutomationML、ControlSystemIntegratorAssociation（CSIA）、DistributedManagementTaskForce（DMTF）、FieldCommGroup、IndustrialInternetConsortium（IIC）、InternationalSocietyAutomation（ISA）、NAMUR、OPCFoundation、PLCopen以及ZVEI等。
OPAF制定標(biāo)準(zhǔn)的路線圖分三步走。第一步是2019年1月公布了OPASV1.0，著重于規(guī)范流程控制系統(tǒng)所用部件的互操作性。第二步是在2020年發(fā)表V2.0，主要規(guī)范組態(tài)（配置）和可移植性、可互換性。第三步是在2021年發(fā)表V3.0，主要是面向如何應(yīng)用的規(guī)范或指南。通過(guò)每年發(fā)布一個(gè)新版本這樣的方式，OPAF旨在促使開放流程自動(dòng)化能在工業(yè)界取得認(rèn)可和推進(jìn)，促使自動(dòng)化供應(yīng)商啟動(dòng)開發(fā)新產(chǎn)品，并反饋技術(shù)意見(jiàn)，同時(shí)也反映最終用戶的意見(jiàn)。
已經(jīng)發(fā)布的OPASV1.0共有5個(gè)部分：Part1-技術(shù)架構(gòu)概述（資料性）;Part2-信息安全（資料性）;Part3-配置;Part4-聯(lián)接性框架（OCF）;Part5-系統(tǒng)管理。OPASV1.0已經(jīng)有效采用了三個(gè)現(xiàn)有的標(biāo)準(zhǔn)：ANAI/ISA62443（被IEC采納為信息安全標(biāo)準(zhǔn)IEC62443）、OPCUA（被IEC采納為連接性標(biāo)準(zhǔn)IEC62541）、以及RedFISH（來(lái)自DMTF的系統(tǒng)管理標(biāo)準(zhǔn)）。這里Redfish是一種將IT軟件和軟件定義數(shù)據(jù)中心（SDDC）聚集混合的管理標(biāo)準(zhǔn)，它增強(qiáng)了公用的Internet和web服務(wù)的標(biāo)準(zhǔn)，讓信息直接面對(duì)現(xiàn)代工具鏈，不管是由人讀取，還是由機(jī)器讀取，既簡(jiǎn)單又安全。
OPASV2.0和V2.1（關(guān)于組態(tài)的可移植性）著重于對(duì)不同的自動(dòng)化部件和系統(tǒng)進(jìn)行控制策略的移植。所謂的可移植性是指從軟件供應(yīng)商購(gòu)買的應(yīng)用軟件，能按照應(yīng)用的許可協(xié)議在一個(gè)公司內(nèi)部在各種控制系統(tǒng)之間移植。如果經(jīng)過(guò)最終用戶的識(shí)別、判斷和采納，就可以將他們的知識(shí)產(chǎn)權(quán)IP以控制策略的形式進(jìn)行移植。V2.0和V2.1中用到的已有標(biāo)準(zhǔn)包括：IEC61131-3（用于控制概念）、IEC61499（用于執(zhí)行協(xié)調(diào)）和IEC61804（用于功能塊）。未來(lái)的OPASV3.0將著重于應(yīng)用程序的可移植性。
PackML--細(xì)分行業(yè)管控一體化標(biāo)準(zhǔn)的成功范例
近年來(lái)的實(shí)踐和發(fā)展表明，PackML（PackingMachineLanguage）已經(jīng)獲得巨大的成功，不僅在包裝行業(yè)取得廣泛的認(rèn)可和應(yīng)用，而且還被作為集成架構(gòu)的典型策略解決方案，為機(jī)械裝備的集成系統(tǒng)提供了建模的參照標(biāo)準(zhǔn)。因?yàn)镻ackML涵蓋了機(jī)械設(shè)備的橫向集成和運(yùn)行管理的縱向集成所需要的各種功能性，其概念、策略、架構(gòu)和方法完全可以適用于幾乎所有的機(jī)械設(shè)備集成系統(tǒng)，特別是所有運(yùn)用順序控制工藝的產(chǎn)線。
PackML是一個(gè)經(jīng)過(guò)充分驗(yàn)證的獨(dú)立的系列標(biāo)準(zhǔn)。它綜合運(yùn)用了許多適合于包裝過(guò)程的控制和管理的成熟工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)，并按實(shí)際需要加以擴(kuò)充和修改（見(jiàn)圖5）。這些工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)有：
工控編程語(yǔ)言標(biāo)準(zhǔn)IEC61131-3
運(yùn)動(dòng)控制規(guī)范PLCopen運(yùn)動(dòng)控制規(guī)范
機(jī)械功能安全規(guī)范PLCopen機(jī)械功能安全規(guī)范
功能安全標(biāo)準(zhǔn)IEC61508
管控一體化標(biāo)準(zhǔn)批量控制標(biāo)準(zhǔn)IEC61512（ISAS88）
通信標(biāo)準(zhǔn)IEC62541（OPCUA）
在此基礎(chǔ)上PackML開發(fā)工作組已經(jīng)完成大量工作，制定主要用于包裝工業(yè)控制的國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)以解決編程、聯(lián)網(wǎng)和最佳實(shí)踐三大技術(shù)關(guān)鍵。比如在管控架構(gòu)上運(yùn)用了IEC61512（ISAS88）批量控制標(biāo)準(zhǔn)，按企業(yè)、工廠、車間的傳統(tǒng)結(jié)構(gòu)將包裝生產(chǎn)線設(shè)置為車間中的流程處理單元。產(chǎn)線由不同功能的設(shè)備單元集成，而設(shè)備單元又是由設(shè)備模塊構(gòu)成，設(shè)備模塊包含了許多控制模塊。按照這樣的系統(tǒng)架構(gòu)貫通從上層的調(diào)度管理到底層機(jī)械設(shè)備的邏輯控制、順序控制和運(yùn)動(dòng)控制以及安全控制，還開創(chuàng)性地定義了PackTag包裝用通信標(biāo)簽，用OPCUA實(shí)現(xiàn)了機(jī)器對(duì)機(jī)器（M2M）和機(jī)器對(duì)其上層的HMI、MES等的通信。
圖5PackML綜合運(yùn)用工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)促成OT-IT融合
總之，PackML成功地用軟件工程的方法對(duì)包裝生產(chǎn)過(guò)程重新定義，支持了多品種、變批量的柔性自動(dòng)化高效生產(chǎn)；對(duì)機(jī)械設(shè)備供應(yīng)商、控制和通信供應(yīng)商、管理系統(tǒng)供應(yīng)商和系統(tǒng)集成商提供了可操作的標(biāo)準(zhǔn)化的關(guān)系界定；而對(duì)最終用戶則是以一攬子的方式滿足了它們提質(zhì)增效、降低成本的訴求。
歐洲工業(yè)界如此評(píng)價(jià)PackML："它是一個(gè)經(jīng)過(guò)充分驗(yàn)證的獨(dú)立的標(biāo)準(zhǔn)；它有一個(gè)完善定義的模式/狀態(tài)模型；它提供一個(gè)一致性的人機(jī)接口；它提供的公用定義通信標(biāo)簽和專業(yè)術(shù)語(yǔ)是互操作性的堅(jiān)實(shí)基礎(chǔ)；其架構(gòu)具有高度的模塊化。"而從事工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)服務(wù)的公司則高興地看到PackML為包裝生產(chǎn)過(guò)程提供關(guān)鍵業(yè)績(jī)指標(biāo)KPI的潛力：機(jī)械設(shè)備的PLC/工業(yè)PC運(yùn)用PackTag，通過(guò)OPCUA將生產(chǎn)信息和參數(shù)安全地傳輸?shù)竭h(yuǎn)程監(jiān)控的云端；在云端進(jìn)行分析計(jì)算和判斷后，生成KPI發(fā)布到移動(dòng)終端的APP，為相關(guān)的管理人員和工程技術(shù)人員提供即時(shí)的服務(wù)。
更值得關(guān)注的是它運(yùn)用于其它細(xì)分行業(yè)的前景和潛力。當(dāng)前制造企業(yè)面臨數(shù)字化轉(zhuǎn)型，提出任何資產(chǎn)都要集成、任何資產(chǎn)都要在線的目標(biāo)；在云賦能、大數(shù)據(jù)、人工智能等領(lǐng)域都面臨前所未有的挑戰(zhàn)。
而在許多制造行業(yè)中最大也是最直接的挑戰(zhàn)是怎么集成制造生產(chǎn)線，使得不論是老系統(tǒng)改造更新還是新系統(tǒng)設(shè)計(jì)調(diào)試和投運(yùn)，都能快速地?cái)備N其成本并獲得盈利。工業(yè)自動(dòng)化業(yè)界早已認(rèn)識(shí)到最大的集成成本來(lái)自軟件集成（機(jī)械裝備控制系統(tǒng)的協(xié)調(diào)集成、與企業(yè)業(yè)務(wù)系統(tǒng)的數(shù)據(jù)交換集成、與云應(yīng)用的集成等）。另外，許多制造廠希望提高他們的機(jī)械設(shè)備的效率，但苦于沒(méi)有數(shù)據(jù)；有的制造廠有一些數(shù)據(jù)，但還不足以運(yùn)用這些數(shù)據(jù)實(shí)施差異化；還有些已經(jīng)有了很多數(shù)據(jù)，但不知如何處理數(shù)據(jù)。一言以蔽之，絕大多數(shù)制造廠處于沒(méi)有標(biāo)準(zhǔn)機(jī)制的狀態(tài)，無(wú)法支撐他們將所采集的數(shù)據(jù)按需進(jìn)行分析。
其實(shí)，PackML標(biāo)準(zhǔn)所關(guān)注和側(cè)重的都是許多其它行業(yè)中最終用戶的心聲。因?yàn)镺MAC開發(fā)PackML的動(dòng)力正是來(lái)自用戶和系統(tǒng)集成商在設(shè)法將各種機(jī)械設(shè)備集成為一個(gè)協(xié)調(diào)的系統(tǒng)的過(guò)程中，耗費(fèi)了過(guò)多的時(shí)間和勞力而效果卻不佳這樣一個(gè)事實(shí)。其原因在于不同的設(shè)備廠家有不同的編程理念和方法、不同的控制邏輯、不同的通信協(xié)議、不同的控制器平臺(tái)和操作狀態(tài)，這意味著每臺(tái)機(jī)械設(shè)備有不同的操作過(guò)程、培訓(xùn)、標(biāo)準(zhǔn)和診斷方法。隨著來(lái)自不同廠商設(shè)備數(shù)量的增加，由此形成的復(fù)雜性不是按比例增加，而是呈幾何級(jí)數(shù)增加。因此，PackML在開發(fā)之初就充分考慮到：將機(jī)械部件集成為系統(tǒng)時(shí)一定要做到所見(jiàn)即所得的一致性；這樣才能為機(jī)械部件縱向和橫向的集成提供基礎(chǔ)，而不用考慮這些部件是哪個(gè)廠家制造的，以及用了什么樣的控制系統(tǒng)硬件。PackML最終實(shí)現(xiàn)了在不同種類和不同廠家的機(jī)械設(shè)備之間提供高度一致性，并在此基礎(chǔ)上建立了機(jī)械狀態(tài)的標(biāo)準(zhǔn)集合和控制功能塊的公共集合，為簡(jiǎn)化控制系統(tǒng)的開發(fā)、削減系統(tǒng)集成的工作量、減少培訓(xùn)和操作運(yùn)行成本提供了可行的條件，從而極大地降低了用戶總的消耗和投入。
PackML從不規(guī)定在所定義的任意一個(gè)機(jī)械狀態(tài)下的機(jī)械操作細(xì)節(jié)，不規(guī)定每一個(gè)狀態(tài)下的功能性。這保證了OEM廠家保護(hù)自己的知識(shí)產(chǎn)權(quán)。PackML只規(guī)定機(jī)械設(shè)備一共有多少個(gè)狀態(tài)以及由一個(gè)狀態(tài)轉(zhuǎn)移到另一個(gè)狀態(tài)的條件。但是，只要有公共狀態(tài)的集合和定義好的標(biāo)準(zhǔn)的PackTag標(biāo)簽，就完全可以實(shí)現(xiàn)對(duì)每一個(gè)符合PackML的機(jī)械設(shè)備的監(jiān)視和控制。同理，PackML也通過(guò)狀態(tài)機(jī)和PackTag標(biāo)簽使數(shù)據(jù)交換標(biāo)準(zhǔn)化，而不規(guī)定具體從哪個(gè)機(jī)械獲得數(shù)據(jù)又需要送到哪一臺(tái)機(jī)械去，或者將數(shù)據(jù)送到HMI還是上位的生產(chǎn)管理系統(tǒng)和業(yè)務(wù)管理系統(tǒng)去。PackML不規(guī)定具體的傳輸方法、信息安全、編碼/解碼規(guī)則，也不規(guī)定通信接口和物理介質(zhì)，這就導(dǎo)致OPCUA、TCP/IP和以太網(wǎng)得以進(jìn)入并發(fā)揮其所長(zhǎng)。OPCUA提供安全的通信，承擔(dān)通信的授權(quán)（例如使用PackTag的授權(quán)）和數(shù)據(jù)的封裝。OPCUA還提供公共的編碼，PackTag可以由OPCUA進(jìn)行適當(dāng)?shù)木幋a和解碼�？偟恼f(shuō)來(lái)，OPCUA為在很大程度上簡(jiǎn)化符合PackML的機(jī)械與其它機(jī)械的控制器、HMI、企業(yè)業(yè)務(wù)系統(tǒng)和云服務(wù)的集成提供了基礎(chǔ)。OPCUA可以通過(guò)實(shí)現(xiàn)PackML的架構(gòu)和方法，控制和監(jiān)視任何一類機(jī)械裝備，從而解決機(jī)械裝備集成所常見(jiàn)的若干戰(zhàn)略性問(wèn)題。
著名仿真軟件公司MathWorks的Matlab/Simulink為PackML開發(fā)了一套設(shè)計(jì)、仿真和測(cè)試的集成開發(fā)環(huán)境：用Stateflow建立符合PackML標(biāo)準(zhǔn)的狀態(tài)機(jī)的模型樣板，然后通過(guò)靜態(tài)檢查和一個(gè)附加的用戶接口確保模型的狀態(tài)和轉(zhuǎn)移條件符合標(biāo)準(zhǔn)的定義。仿真則使開發(fā)人員具備執(zhí)行早期和遞增驗(yàn)證的能力。DesignVerifier用來(lái)生成對(duì)模型的基于覆蓋延伸的測(cè)試實(shí)例，Test用來(lái)執(zhí)行和管理測(cè)試實(shí)例。在此基礎(chǔ)上運(yùn)用自動(dòng)代碼生成可針對(duì)不同廠家的PLC生成符合IEC61131-3標(biāo)準(zhǔn)的結(jié)構(gòu)化文本語(yǔ)言ST和符合ANSI/ISO的C/C++控制程序。用Coder（C/C++）或PLCCoder（IEC61131-3的ST）所生成的代碼符合PackTag的規(guī)則，這樣便可以與其它符合PackML的軟件無(wú)縫集成。而且PLCCoder能夠從測(cè)試實(shí)例中生成一個(gè)基準(zhǔn)測(cè)試程序，對(duì)模型進(jìn)行驗(yàn)證，以保證模型的行為特性和代碼的行為特性相等效。下列PLC和工業(yè)PC平臺(tái)支持由Simulink自動(dòng)生成控制代碼：3S的CoDeSys、貝加萊的AutomationStudio、倍福的TwinCAT、博世力士樂(lè)的IndraLogic、羅克韋爾的RSLogic、西門子的STEP7/TIAPortal/WinAC，以及三菱電機(jī)、OMRON、菲尼克斯的平臺(tái)軟件。
綜上所述，我們可以得出以下結(jié)論：（1）作為建立在適用工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)綜合基礎(chǔ)上的PackML系列標(biāo)準(zhǔn)已經(jīng)發(fā)展成熟，在包裝行業(yè)有了大量的推廣和應(yīng)用，而且已經(jīng)形成的一整套的技術(shù)性和經(jīng)濟(jì)性的良性循環(huán)的生態(tài)系統(tǒng)。（2）PackML標(biāo)準(zhǔn)和規(guī)范所蘊(yùn)含的價(jià)值遠(yuǎn)遠(yuǎn)超越了它為包裝生產(chǎn)線解決系統(tǒng)集成問(wèn)題的初衷。它所開創(chuàng)的理念、策略和方法可以直接推廣到所有的目前因集成不同廠家制造的設(shè)備而舉步維艱的應(yīng)用場(chǎng)景。不僅可以用于食品和飲料生產(chǎn)、以及其他日用消費(fèi)品如衛(wèi)生紙品的生產(chǎn)，甚至對(duì)于汽車生產(chǎn)這樣高度復(fù)雜的場(chǎng)景都可以發(fā)揮巨大作用。（3）PackML可以推廣到任意制造行業(yè)解決設(shè)備集成問(wèn)題，而PackML和OPCUA的進(jìn)一步組合有助于解決所有制造廠在云賦能、大數(shù)據(jù)、人工智能等領(lǐng)域所面臨的戰(zhàn)略挑戰(zhàn)。充分認(rèn)識(shí)這些經(jīng)過(guò)時(shí)間和實(shí)踐充分驗(yàn)證的技術(shù)，將對(duì)眾多行業(yè)降低集成成本、提高生產(chǎn)率、向數(shù)據(jù)驅(qū)動(dòng)的智能服務(wù)商業(yè)模式轉(zhuǎn)型帶來(lái)無(wú)盡的應(yīng)用潛力，產(chǎn)生難以估量的巨大價(jià)值。
討論
已經(jīng)獲得成功應(yīng)用的PackML細(xì)分行業(yè)綜合標(biāo)準(zhǔn)，貫通了從上層的管理到中間的通信，再到底層的機(jī)械控制及其運(yùn)動(dòng)控制，支持了多品種、變批量的柔性自動(dòng)化高效生產(chǎn)，對(duì)機(jī)械設(shè)備供應(yīng)商、自動(dòng)化供應(yīng)商、系統(tǒng)集成商，都是可操作的標(biāo)準(zhǔn)化的關(guān)系界定�？雌饋�(lái)一條已在役的專用自動(dòng)化生產(chǎn)線要改造成柔性自動(dòng)化生產(chǎn)線，可以從中汲取的將不僅僅是思路，而是從策略到方法、從整體框架乃至許多技術(shù)細(xì)節(jié)。
從包裝行業(yè)的領(lǐng)域知識(shí)和領(lǐng)域模型的視角來(lái)看，這里顯然有著深刻的技術(shù)背景：PackML遵循的是基于模型的系統(tǒng)工程（MBSE）的思路，通過(guò)建立和利用領(lǐng)域模型（即PackML的狀態(tài)圖）而不是通過(guò)建立和利用文檔作為信息交換的主要手段。PackML從概念設(shè)計(jì)階段開始，貫穿整個(gè)開發(fā)階段，直到后續(xù)的生命周期階段，都通過(guò)形式化的建模應(yīng)用來(lái)支持系統(tǒng)的要求、設(shè)計(jì)、分析、驗(yàn)證和確認(rèn)。特別是PackML選擇OPCUA作為互操作的標(biāo)準(zhǔn)，這與OPCUA近年來(lái)被德國(guó)工業(yè)4.0的資產(chǎn)管理殼AAS選中作為其標(biāo)準(zhǔn)和技術(shù)體系的支撐部分，有非常好的契合。其中的原因在于OPCUA的信息模型及其建模工具和運(yùn)行環(huán)境能夠同時(shí)兼容并融合PLCopen/MTconnect/AutomationML/機(jī)器視覺(jué)/通信等MBSE模型，當(dāng)然也包括PackML的MBSE模型。
從正在開展且取得部分中間成果的開放流程自動(dòng)化標(biāo)準(zhǔn)OPAS來(lái)看，其涉及的面更廣，對(duì)未來(lái)工業(yè)自動(dòng)化的發(fā)展影響更深。其最深刻的顛覆在于一改現(xiàn)有的工業(yè)控制系統(tǒng)硬件軟件捆綁的封閉面貌，開創(chuàng)了按照最終用戶要求集成不同供應(yīng)商的硬件和軟件部件，就能夠構(gòu)筑具有互操作性特性的控制系統(tǒng)的全新局面。也就是說(shuō)，在未來(lái)的DCS和PLC系統(tǒng)中硬件與軟件是徹底解耦的，用哪些硬件部件和軟件部件構(gòu)筑控制系統(tǒng)的主動(dòng)權(quán)完全在最終用戶手中，只要遵循OPAS規(guī)范，系統(tǒng)一定能實(shí)現(xiàn)互操作性運(yùn)行。進(jìn)一步的發(fā)展將朝著即插即用方向?qū)崿F(xiàn)同類型硬件部件和軟件部件的可互換，為此就要求在進(jìn)行系統(tǒng)組態(tài)和配置方面遵循相應(yīng)的規(guī)范，即在不同組態(tài)工具鏈之間建立符合一致性數(shù)據(jù)交換國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)AutomationML（等效于IEC62714）的接口，這樣就可以保證所定義的組態(tài)信息和Layer-F（即開放聯(lián)接框架層OCF，見(jiàn)圖3）的應(yīng)用軟件可以被不同供應(yīng)商的組態(tài)工具所輸入，也可以被不同供應(yīng)商的組態(tài)工具所輸出，從而實(shí)現(xiàn)了組態(tài)的可移植。
這兩個(gè)"標(biāo)準(zhǔn)的標(biāo)準(zhǔn)"展現(xiàn)了充分的系統(tǒng)性。所謂的系統(tǒng)性是一種復(fù)雜系統(tǒng)的狀態(tài)、質(zhì)量或條件。這種復(fù)雜系統(tǒng)雖然是由許多相互連接的部件所構(gòu)成，但系統(tǒng)作為一個(gè)整體所展現(xiàn)出來(lái)的行為特性遠(yuǎn)遠(yuǎn)區(qū)別于其組成部件的單個(gè)行為特性。因此系統(tǒng)性就是一種屬性，將最大而且直接地影響創(chuàng)新技術(shù)被采用的廣泛性。開放流程自動(dòng)化標(biāo)準(zhǔn)OPAS和PackML標(biāo)準(zhǔn)都是以它們鮮明和完整的系統(tǒng)性，已經(jīng)和正在顯露出無(wú)窮的生命力。
整體上說(shuō)，國(guó)外在這個(gè)方面的工作做得非常扎實(shí)，不但是可操作、可實(shí)現(xiàn)的，而且還是統(tǒng)一的。不管是制定新的面向行業(yè)應(yīng)用的標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范的能力，還是對(duì)當(dāng)前現(xiàn)有的各種標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范的組合應(yīng)用能力，國(guó)內(nèi)外的差距簡(jiǎn)直可以說(shuō)是天壤之別。在國(guó)內(nèi)，大家一窩蜂地跟隨某一潮流，大都為了當(dāng)前短暫的利益單兵作戰(zhàn)，彼此間沒(méi)有協(xié)同和統(tǒng)一；更沒(méi)有組織和單位去發(fā)起和創(chuàng)建服務(wù)于公共領(lǐng)域和細(xì)分行業(yè)的綜合性標(biāo)準(zhǔn)，形不成合力，更遑論形成一種生態(tài)。我們都說(shuō)，得標(biāo)準(zhǔn)者得天下！在開發(fā)"標(biāo)準(zhǔn)的標(biāo)準(zhǔn)"這一戰(zhàn)略能力方面的長(zhǎng)期缺失，很可能成為我國(guó)工業(yè)在自動(dòng)化、信息化和智能化發(fā)展道路上將來(lái)被進(jìn)一步拉大差距的根源。
