流程工業(yè)和離散制造的自動化控制架構(gòu)正在朝著開放的方向闊步前進(jìn)，這是一個非常成功的趨勢。毫無疑問，這一趨勢必將持續(xù)地加速整個工業(yè)的效率和盈利能力。深入的數(shù)字化和數(shù)字化轉(zhuǎn)型正在通過工業(yè)4.0和工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)（IIoT）驅(qū)動的概念、軟件、產(chǎn)品和開放架構(gòu)的實施，重新定義流程工業(yè)和離散制造業(yè)的自動化控制架構(gòu)，這顯然是競爭成功的重要因素。
實際上工業(yè)自動化業(yè)界接受這一趨勢并付諸實踐，遠(yuǎn)非先知先覺，而是被動的后知后覺。因為近三十年來互聯(lián)網(wǎng)風(fēng)靡各行各業(yè)，促使整個社會的生產(chǎn)組織、商業(yè)組織乃至社會組織方式發(fā)生了無數(shù)創(chuàng)新、顛覆的變化，其成功的基石植根于開放的互聯(lián)網(wǎng)標(biāo)準(zhǔn)。正是開放的互聯(lián)網(wǎng)標(biāo)準(zhǔn)才使互聯(lián)網(wǎng)的應(yīng)用得以存在，促進(jìn)其成長，并提供一個強(qiáng)大生命力、支持創(chuàng)造力的碩大平臺，才造就了所有的用戶都從中受益。只有當(dāng)工業(yè)自動化業(yè)界都普遍接受了“多供應(yīng)商開放標(biāo)準(zhǔn)為終端用戶提供了廣泛的產(chǎn)品和供應(yīng)商選擇”這一觀念，認(rèn)識到這種競爭是推動創(chuàng)新的動力，并造就出應(yīng)用的開發(fā)人員可以利用這些標(biāo)準(zhǔn)提供的各種級別的兼容性，創(chuàng)建以前可能難以創(chuàng)建的應(yīng)用的廣闊局面，那時工業(yè)自動化界才會獲得真正質(zhì)的飛躍。原因很簡單，來自許多開發(fā)和設(shè)計的公司與組織為共享開放標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行共同投資和提供創(chuàng)造性人才，要比任何單一供應(yīng)商（哪怕是跨國公司）都要大得多、強(qiáng)得多。
開放標(biāo)準(zhǔn)對于有效的制造業(yè)業(yè)務(wù)數(shù)字化至關(guān)重要，這已在信息技術(shù)(IT)和商業(yè)計算行業(yè)得到證實。IT、物聯(lián)網(wǎng)和計算技術(shù)行業(yè)的影響導(dǎo)致了大量從業(yè)的群體之間進(jìn)行大規(guī)模的協(xié)作。在OT領(lǐng)域一些有先見之明的組織正在效仿這些成功的經(jīng)驗，為制造業(yè)數(shù)字化提供路線圖、模型和標(biāo)準(zhǔn)。
而開放自動化的關(guān)鍵標(biāo)準(zhǔn)和規(guī)范，對未來自動化的走向起著決定性的影響。
開放流程自動化和離散制造自動化方向
開放自動化論壇（OPAF）于2016年11月正式創(chuàng)立，這個由埃克森美孚為主的最終用戶倡議并積極組織的下一代開放自動化系統(tǒng)（OPA）的標(biāo)準(zhǔn)化活動，聚焦于開發(fā)適于流程工業(yè)運用的基于開放、內(nèi)在安全、可互操作的流程控制體系結(jié)構(gòu)。在5年多的時間內(nèi)已經(jīng)推出了系列的流程開放自動化的標(biāo)準(zhǔn)，這就是2019年1月公布了OPAS V1.0 ，著重于規(guī)范流程控制系統(tǒng)所用部件的互操作性；2020年發(fā)表V2.0和V2.1，主要規(guī)范組態(tài)（配置）和可移植性、可互換性；以及準(zhǔn)備在2022年以后發(fā)表V3.0，主要是面向如何應(yīng)用的規(guī)范或指南，目的是解決物理平臺、編排和應(yīng)用程序的可移植性等。這一標(biāo)準(zhǔn)鮮明的特色是：充分吸收和繼承工業(yè)界已有的標(biāo)準(zhǔn)化成果，對一切利益攸關(guān)者都持開放態(tài)度，以及注重結(jié)合實際的驗證工作，即標(biāo)準(zhǔn)的制定必須經(jīng)得起測試床的測試和工業(yè)裝置中試的檢驗和驗證。
流程開放自動化的方向已經(jīng)得到了工業(yè)界的積極肯定和響應(yīng)，包括默克(Merck)、杜邦(Dupont)、殼牌(Shell)、巴斯夫(BASF)、喬治亞太平洋(Georgia Pacific)和埃克森美孚(Exxon Mobil)等大型工業(yè)制造商對傳統(tǒng)流程自動化供應(yīng)商提出了新的要求，要求它們采用開放、互操作和內(nèi)在安全的IT/OT融合解決方案，即將信息技術(shù)IT和自動化控制技術(shù)OT統(tǒng)一并融合為一個管理和控制的單一系統(tǒng)。與此同時，這些流程工業(yè)的跨國公司還唾棄把希望全部寄托于供應(yīng)商的策略，自己也在動手投入。例如巴斯夫構(gòu)建了一個符合O-PAS標(biāo)準(zhǔn)的便攜式小型OPA系統(tǒng)，該系統(tǒng)包括一臺水泵、兩臺加熱器、四臺冷卻器和12個閥門及其控制系統(tǒng)，并于2019年在NAMUR大會上進(jìn)行首次演示。日本橫河的美國公司與埃克森美孚公司合作建立了一個測試平臺，承擔(dān)系統(tǒng)集成商的角色，按O-PAS標(biāo)準(zhǔn)對各類進(jìn)入OPA系統(tǒng)的硬件和軟件組件進(jìn)行測試；還在準(zhǔn)備建立一個中試裝置進(jìn)行現(xiàn)場實驗。圖1給出了埃克森美孚的開放流程自動化系統(tǒng)的計劃。他們準(zhǔn)備從2021-2023年花三年時間進(jìn)行現(xiàn)場實驗，然后在此基礎(chǔ)上從2025-2026年著手商業(yè)化的部署。沙特阿美公司已宣布與施耐德電氣合作利用EcoStruxure 開放自動化平臺（EAE）建立試驗臺，用于學(xué)習(xí)和測試，還計劃制定現(xiàn)場的實驗計劃。喬治太平洋公司和馬來西亞國家石油公司也在積極籌備建立試驗臺和演示裝置。陶氏化學(xué)公司也與合作伙伴和密歇根大學(xué)合作，利用開放流程自動化的架構(gòu)部署降低自動化成本和數(shù)字孿生的能力。這一系列動作有力地表明，開放流程自動化這個下一代DCS/PLC系統(tǒng)有如初生的太陽正在噴薄而出。
圖1 埃克森美孚的開放流程自動化系統(tǒng)的計劃（圖源：ARC網(wǎng)站）
為了促進(jìn)開放自動化早日從標(biāo)準(zhǔn)走向?qū)嵺`，從實踐早日走向推廣普及，在2021年7月成立的開放過程自動化聯(lián)盟(COPA)發(fā)起了COPA快速啟動，以幫助企業(yè)利用流程開放自動化系統(tǒng)標(biāo)準(zhǔn)，提高競爭力和盈利能力。眾所周知，目前主要的自動化供應(yīng)商控制合作伙伴生態(tài)系統(tǒng)的方法主要是關(guān)注優(yōu)化他們的利潤和抓住客戶。與此相反，開放系統(tǒng)使用戶能夠從廣泛的硬件和軟件中選擇最適合需求的產(chǎn)品，選擇的方法就是依據(jù)開放流程自動化的標(biāo)準(zhǔn)，因為專注于使制造企業(yè)更有利可圖和更具競爭力，才是開放自動化的初衷和本意。向開放工業(yè)和流程自動化系統(tǒng)的轉(zhuǎn)變，類似于上世紀(jì)80年代開始的用PC技術(shù)取代小型機(jī)和大型機(jī)時發(fā)生的轉(zhuǎn)變。
這個COPA的來頭也不小，是一個由領(lǐng)先的IT和OT技術(shù)公司組成的多元化集團(tuán)，由設(shè)在德克薩斯州奧斯汀的CSI公司（Collaborative Systems Integration of Austin, Texas）和加州硅谷的人工智能公司CPLANE.ai兩個新進(jìn)者領(lǐng)導(dǎo)。其合作伙伴包括經(jīng)驗豐富的自動化硬件和軟件的制造商，如Phoenix Contact、R. Stahl、Supermicro、Nova SMAR和CODESYS。Don Bartusiak是CSI的創(chuàng)始人和總裁。在2016年佛羅里達(dá)州奧蘭多ARC論壇上，時任埃克森美孚專司流程控制職責(zé)的總工程師，他發(fā)表了引人注目的演講，宣布了埃克森美孚下一代多供應(yīng)商自動化架構(gòu)計劃，成為了開放流程自動化的重要創(chuàng)導(dǎo)者。他描述了行業(yè)是如何受夠了專有封閉的傳統(tǒng)DCS系統(tǒng)的苦衷，未來將屬于基于多供應(yīng)商互操作標(biāo)準(zhǔn)的、開放的、安全的、可互操作的架構(gòu)，以及以商品形式供應(yīng)的軟件和硬件組件。為什么要成立COPA呢？Don Bartusiak強(qiáng)調(diào)說:一些工業(yè)自動化的大牌制造商“反復(fù)告訴我，如果O-PAS系統(tǒng)可用，他們會購買它們。”言下之意是這種開放系統(tǒng)遠(yuǎn)不是那么容易搞出來的。“COPA快速入門是我們應(yīng)對這一挑戰(zhàn)的答案。”隨著COPA快速啟動Quick Start的發(fā)布，聯(lián)盟正在利用OPAF成員多年來的研究、合作和投資，將基于開放、安全和互操作架構(gòu)的行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)構(gòu)建的ICS系統(tǒng)推向市場。
COPA的合作公司設(shè)計的COPA快速啟動系統(tǒng)，將來自多個供應(yīng)商的組件和技術(shù)集成到一個單一的、先進(jìn)的、內(nèi)聚的工業(yè)控制系統(tǒng)ICS中。這是工業(yè)自動化制造商加快采用最先進(jìn)的ICS系統(tǒng)的催化劑，必將極大地提高其運營的安全性、靈活性和盈利能力。為了幫助流程工業(yè)制造商開始學(xué)習(xí)、驗證和采用開放架構(gòu)ICS解決方案的過程，COPA快速啟動系統(tǒng)提供了關(guān)鍵的第一步。圖2描述了這一快速啟動系統(tǒng)的概貌。該系統(tǒng)包括：1）精心挑選來自Phoenix Contact、R. Stahl、Nova SMAR、Supermicro、CPLAN ai、 CSI和CODESYS的最佳產(chǎn)品組件，設(shè)計組成符合O-PAS標(biāo)準(zhǔn)的預(yù)先打包好的工業(yè)控制系統(tǒng)，便于保證在尚不熟悉開放系統(tǒng)集成的用戶不至于走彎路。2）由CPLANE.ai的Fusion管理軟件提供工業(yè)控制系統(tǒng)從啟動、運行到進(jìn)化的整個生命周期的無縫自動化和協(xié)調(diào)。CPLANE.ai 的Fusion軟件在英特爾的Edge Controls平臺上充分利用其設(shè)計能力，這一最新開發(fā)的軟件參考平臺也為開放控制系統(tǒng)提供一個前所未有的實時確定性計算、基于標(biāo)準(zhǔn)的連接性、類似IT的管理以及類似OT的準(zhǔn)確處理屬性（predictability）。3） 由Supermicro制造的高級計算平臺ACP，內(nèi)置Intel Xeon D處理器，安裝在通用的短深度1U機(jī)箱中。4） 先進(jìn)的數(shù)字技術(shù)展示了諸如快速循環(huán)模型預(yù)測控制、強(qiáng)化學(xué)習(xí)控制、人工智能和先進(jìn)網(wǎng)絡(luò)安全等新功能的價值。5）通過實際操作培訓(xùn)使工程師和管理人員迅速獲得對下一代控制系統(tǒng)的更深入的了解。
圖2 COPA快速啟動系統(tǒng)的系統(tǒng)概貌
COPA聯(lián)盟已經(jīng)制定了詳細(xì)的快速啟動教育培訓(xùn)計劃，包括設(shè)計、啟動、操作運行、改進(jìn)、信息安全和故障排除共六個階段。
COPA 快速啟動系統(tǒng)存在的意義在于，他們提供的產(chǎn)品不需要巨額的資金支持，這就大大降低了學(xué)習(xí)流程開放自動化標(biāo)準(zhǔn)O-PAS和發(fā)展關(guān)鍵內(nèi)部專業(yè)知識的障礙。大量的中小型流程工業(yè)企業(yè)他們不像擁有充足研發(fā)預(yù)算的大公司（如埃克森美孚、沙特阿美、馬來西亞國家石油公司和科赫工業(yè)公司），為了了解和評估美國開放集團(tuán)（The Open Group）不斷發(fā)展的O-PAS標(biāo)準(zhǔn)去建立需要大量的財政支持的實驗室和測試程序。因此COPA聯(lián)盟的成立與開放流程自動化論壇OPAF形成了相互支持相互補(bǔ)充的局面，通過COPA快速啟動的這種方法為加速開放自動化方向的發(fā)展和推廣提供了一種有效途徑。
OPC UA——廣泛被IT和OT采用的行業(yè)互操作性解決方案
上世紀(jì)90年代發(fā)端于美國的OPC，經(jīng)過2005年轉(zhuǎn)型為OPC UA，到了2010年以后其發(fā)展重心似乎轉(zhuǎn)移到了德國，在工業(yè)自動化的領(lǐng)域中也從流程工業(yè)擴(kuò)展到離散制造業(yè)和許多其他行業(yè)。
現(xiàn)今OPC UA，不但是工業(yè)自動化領(lǐng)域中安全可靠的數(shù)據(jù)交換互操作性標(biāo)準(zhǔn)，而且也是一個統(tǒng)一的、獨立于制造商的、廣泛被IT和OT采用的行業(yè)互操作性解決方案。它已經(jīng)擴(kuò)展到上至云端，下至控制和現(xiàn)場層，貫穿了原有的自動化金字塔架構(gòu)，從生產(chǎn)現(xiàn)場級到企業(yè)管理級，以至外延到更廣闊的領(lǐng)域（見圖3）。運用OPC UA可以將處在L0級到L4級以至L5級的IT功能（用橙色和紅色標(biāo)注）和OT功能（用藍(lán)色、淺藍(lán)色和白色標(biāo)注）進(jìn)行數(shù)據(jù)和信息的無縫交換。作為一個有著長遠(yuǎn)規(guī)劃和目標(biāo)的OPC UA項目，在既定的總體框架下采取內(nèi)外合作的方式，組織了許多規(guī)范的開發(fā)制定和驗證。以下列舉近些年的若干進(jìn)展。
圖3 從現(xiàn)場到云端、從控制到管理的OPC UA解決方案
現(xiàn)場級通信（FLC）FLC倡議的目標(biāo)是提供一種開放的、有內(nèi)聚力的方法在現(xiàn)場設(shè)備中實現(xiàn)OPC UA。這些協(xié)調(diào)和標(biāo)準(zhǔn)化的應(yīng)用行規(guī)適用于相當(dāng)寬泛的現(xiàn)場設(shè)備，涵蓋傳感器輸入/輸出、運動控制、安全、系統(tǒng)冗余、在線和離線場景中現(xiàn)場級設(shè)備的OPC UA信息模型的標(biāo)準(zhǔn)化（如設(shè)備描述及對應(yīng)的診斷)，以及將OPC UA的應(yīng)用行規(guī)映射到在以太網(wǎng)（包括TSN）實時運行。自2018年11月啟動以來有來自27個公司參加了指導(dǎo)委員會。目前第一個候選版本已經(jīng)完成，正在積極地實現(xiàn)原型系統(tǒng)和進(jìn)行互操作性測試，以驗證規(guī)范。與此同時，測試規(guī)范正在生成，稍后將轉(zhuǎn)換為OPC UA符合性測試工具（CTT）的相應(yīng)測試用例。在第二個版本的規(guī)范中，已經(jīng)開發(fā)的概念將擴(kuò)展控制器與設(shè)備間（Cotroller-to-Device ，C2D）和設(shè)備間(D2D)的用例，這將使OPC UA可以用作一個統(tǒng)一和一致的縱向和橫向一體化的通信解決方案，包括現(xiàn)場、邊緣和云。這兩個規(guī)范將開啟全新的可能性，特別是針對各種工業(yè)4.0和工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)用例和應(yīng)用場景，從而達(dá)到使生產(chǎn)更高效和更靈活的目標(biāo)。
第一個候選版本由4個部分（OPC UA parts 80-83）組成，通過點對點的對等連接和基本診斷重點關(guān)注C2C通信（控制器到控制器）的數(shù)據(jù)交換過程和組態(tài)數(shù)據(jù)。這些規(guī)范部分標(biāo)有OPC UA FX字樣，即:OPC UA FX 10000-80，概述將OPC UA擴(kuò)展到用于現(xiàn)場級的通信的基本概念；OPC UA FX 10000-81，規(guī)范滿足工廠和過程自動化的各種用例和需求的控制器和現(xiàn)場設(shè)備（自動化組件）的基本信息模型和通信概念；OPC UA FX 10000-82描述了網(wǎng)絡(luò)服務(wù)，如拓?fù)錂z測和時間同步；OPC UA FX 10000-83使用描述符和描述符包描述離線工程所需的信息交換的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)。
為滿足現(xiàn)場級別的通信必不可少的靈活性、效率和確定性的要求，OPC UA的控制器和現(xiàn)場設(shè)備都支持面向連接的客戶端/服務(wù)器通信模型和發(fā)布/訂閱擴(kuò)展。還使用了OPC UA中指定的安全機(jī)制，其中包括支持要傳輸?shù)臄?shù)據(jù)的身份驗證、簽名和加密。
OPC UA FX定義了兩個通信行規(guī)。一種是將OPC UA協(xié)議(UADP)映射到UDP/IP。另一種是直接將UADP映射到Level 2數(shù)據(jù)鏈路層的以太網(wǎng)TSN。后一種選項用于減少協(xié)議開銷，并提高像運動控制或高速I/O這類自動化應(yīng)用的協(xié)議效率。
將OPC UA引入到現(xiàn)場的關(guān)鍵技術(shù)是以太網(wǎng)的APL（先進(jìn)物理層）和以太網(wǎng)時間敏感聯(lián)網(wǎng)TSN。但OPC UA應(yīng)用并不僅僅局限于有線以太網(wǎng)技術(shù)，今后還會使用無線通信標(biāo)準(zhǔn)如5G或Wi-Fi/7。在OPC基金會的路線圖中也列入對移動通信標(biāo)準(zhǔn)的支持。為此，OPC基金會一直在研究將5G納入其服務(wù)質(zhì)量（QoS）模型的概念中，以實現(xiàn)5G與現(xiàn)有OPC UA架構(gòu)的無縫集成，目標(biāo)是為工業(yè)4.0 & IIoT應(yīng)用提供可靠而又靈活的通信解決方案。由此可見，OPC UA不僅僅是一個協(xié)議，實際上它是一個從根本上與傳輸無關(guān)的工業(yè)建模框架，因此可以根據(jù)應(yīng)用的特定需求和用例輕而易舉地去適應(yīng)不同的傳輸層。
圖4 現(xiàn)場數(shù)據(jù)交換的OPC UA框架及其擴(kuò)展
OPC UA安全解決方案（OPC UA safety）已于2019年11月發(fā)布（OPC 10000-15）。這個基于客戶端/服務(wù)器機(jī)制的OPC UA安全規(guī)范由Profibus和Profinet International聯(lián)合工作組開發(fā)。OPC UA安全規(guī)范的修訂版將很快發(fā)布，其中描述了OPC UA Pub/Sub的擴(kuò)展和安全設(shè)備的參數(shù)化，包括C2D（控制器到設(shè)備）。OPC UA Safety支持最大1500字節(jié)的用戶數(shù)據(jù)長度，創(chuàng)建任何網(wǎng)絡(luò)拓?fù)洌ㄐ切停€，網(wǎng)格等）。為簡化管理機(jī)械設(shè)備前后串接，以及對可變動設(shè)備進(jìn)行動態(tài)連接設(shè)置，采用多層級的安全標(biāo)識號ID。所謂的可變動設(shè)備是指諸如模塊化機(jī)械設(shè)備、自動引導(dǎo)運載車輛AGV、自主移動機(jī)器人AMRs、以及工具更換部件等。
2020年年中開始了開發(fā)基于OPC UA的運動控制解決方案，該解決方案包括用于各種類型運動設(shè)備的運動控制功能，如控制器、標(biāo)準(zhǔn)驅(qū)動器、變頻器和伺服驅(qū)動器。FLC指導(dǎo)委員會已同意以CIP Motion和Sercos規(guī)范為基礎(chǔ)，采用OPC UA信息模型和系統(tǒng)架構(gòu)的規(guī)則，同時考慮相關(guān)的工業(yè)4.0和工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)用例。在開發(fā)安全和運動控制規(guī)范時使用現(xiàn)有成熟的概念和規(guī)范，目的是可以顯著加快進(jìn)度。
伙伴規(guī)范 OPC UA設(shè)計了一種可擴(kuò)展的框架，通過OPC元模型-通用基礎(chǔ)信息模型-伙伴信息模型的結(jié)構(gòu)，來支持廣泛的應(yīng)用領(lǐng)域：從現(xiàn)場級別(例如測量或識別設(shè)備、PLC)到企業(yè)管理級別和離線工程設(shè)計級別。各個細(xì)分行業(yè)和不同領(lǐng)域在基礎(chǔ)信息模型規(guī)則的基礎(chǔ)上設(shè)計面向自身的行業(yè)和領(lǐng)域的行規(guī)模型。這些伙伴規(guī)范由廣泛的行業(yè)組織創(chuàng)建，他們專注于工程化并為多供應(yīng)商互操作性提供公共語義模型的應(yīng)用。OPC基金會有三種創(chuàng)建伙伴規(guī)范的方式，即由OPC內(nèi)部工作組創(chuàng)建的模型，它們與統(tǒng)一架構(gòu)規(guī)范相關(guān)聯(lián)；聯(lián)合伙伴模型，這些模型由OPC基金會和另一個組間的聯(lián)合工作組創(chuàng)建（如與PLCopen合作的IEC 61131-3的OPC UA信息模型，與ISA OMAC合作的PackML的OPC UA信息模型等）；以及由獨立于OPC基金會的外部機(jī)構(gòu)創(chuàng)建伙伴模型。
在開發(fā)上述伙伴模型的基礎(chǔ)上，不同領(lǐng)域、行業(yè)或?qū)I(yè)的細(xì)分模型都有著OPC UA的“共同語言”，原本被相互割裂的領(lǐng)域知識、數(shù)據(jù)信息、網(wǎng)絡(luò)，便融入到OPC UA的分布式數(shù)字空間，由此構(gòu)成的系統(tǒng)也隨之具備了跨系統(tǒng)、跨網(wǎng)絡(luò)、跨專業(yè)的能力。因此，概括地說伙伴信息模型規(guī)范是OPC UA提供領(lǐng)域建模的解決方案的主要工具。德國有些公司正在運用這種解決方案實現(xiàn)符合自己工程設(shè)計場景化建模。
一個值得關(guān)注的基金會
成立于2001年的Eclipse基金會，在自動化開源領(lǐng)域起著重要的作用。它是Eclipse IDE和350多個開源項目的總部。基金會促進(jìn)和支持開源軟件協(xié)作和創(chuàng)新，包括運行時、工具和廣泛的技術(shù)領(lǐng)域的框架，如物聯(lián)網(wǎng)、工業(yè)、汽車、地理空間、系統(tǒng)工程、和許多其他項目。許多跟制造都有關(guān)。Eclipse BaSyx項目是由德國教育與研究部提供經(jīng)費的研究項目BaSys 4.0的開源成果。
Eclipse BaSyx是下一代自動化的開源平臺，旨在通過提供通用工業(yè)4.0組件和一個可擴(kuò)展的軟件開發(fā)工具包(SDK)，加速工業(yè)4.0解決方案的開發(fā)。為著重應(yīng)對工業(yè)4.0開發(fā)中的各種挑戰(zhàn)（諸如可變更生產(chǎn)、低成本實現(xiàn)個性化產(chǎn)品生產(chǎn)、利用大數(shù)據(jù)分析、連接異構(gòu)設(shè)備和系統(tǒng)、最小化停機(jī)時間等），Eclipse BaSyx實現(xiàn)了工業(yè)4.0生產(chǎn)架構(gòu)中以下的幾個核心技術(shù)：1）虛擬自動化總線 實現(xiàn)了制造機(jī)械裝置(車間)和IT之間的跨網(wǎng)絡(luò)和跨協(xié)議點對點通信。2）資產(chǎn)管理殼 是生產(chǎn)資產(chǎn)的數(shù)字代表，即它們的數(shù)字孿生。這些資產(chǎn)可以是物理資產(chǎn)，也可以是非物理的無形資產(chǎn)（如軟件、技術(shù)文檔）。資產(chǎn)的管理殼包含所提供的子模型，例如接口以及狀態(tài)和實時數(shù)據(jù)。3）控制組件 實現(xiàn)設(shè)備統(tǒng)一的服務(wù)接口。它們將生產(chǎn)服務(wù)的實現(xiàn)從生產(chǎn)過程中分離出來，并使生產(chǎn)的設(shè)備和流程變得可更改。控制組件還實現(xiàn)了更多的對實現(xiàn)的細(xì)節(jié)加以抽象，因此更容易使用。控制組件均通過運行時環(huán)境實現(xiàn)。
而Eclipse 4diac則是另外一個至關(guān)重要的開源項目。這是一個為促進(jìn)IEC 61499在分布式工業(yè)過程測量和控制系統(tǒng)進(jìn)一步開發(fā)的開源項目，并進(jìn)一步分發(fā)來自原始貢獻(xiàn)者的研究結(jié)果。從一開始，它就提供了基于IEC 61499編寫和執(zhí)行分布式系統(tǒng)所需的一切。這些年來4diac成為基于IEC 61499的研究和開發(fā)的主要來源之一，而且已成功應(yīng)用于多個工業(yè)系統(tǒng)，包括制造系統(tǒng)、物流、電力和能源應(yīng)用、機(jī)器人和樓宇自動化。例如前些年被施耐德電氣收購的NXTcontrol，其開發(fā)的軟件系統(tǒng)就是在4diac基礎(chǔ)上實用化、商業(yè)化的，之后又成為施耐德推行開放自動化軟件架構(gòu)EAE的重要基礎(chǔ)。
軟件要開源，必須有一套規(guī)范。Sparkplug正是如此，它為消息隊列遠(yuǎn)程傳輸（MQTT）客戶端提供框架，以便在MQTT基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)中無縫地集成來自其應(yīng)用程序、傳感器、設(shè)備和網(wǎng)關(guān)的數(shù)據(jù)（見圖5）。Sparkplug提供開放和免費的規(guī)范，支持網(wǎng)絡(luò)邊緣網(wǎng)關(guān)、本地MQTT的終端設(shè)備和MQTT應(yīng)用程序在MQTT基礎(chǔ)架構(gòu)中進(jìn)行雙向通信。
圖5 MQTT/Sparkplug開源軟件規(guī)范支持IIoT雙向通信（圖源：OPTO 22網(wǎng)站）
結(jié)束語：把握時機(jī)開創(chuàng)自動化的未來
隨著越來越多的制造商意識到要保持競爭力并獲得更多的靈活性和效率，必須對其制造基礎(chǔ)設(shè)施進(jìn)行改造升級，并且完全由自己來集成制造系統(tǒng)的基礎(chǔ)架構(gòu)；整體的愿景是實時的先進(jìn)優(yōu)化、分析，以及連接供應(yīng)鏈、設(shè)計、制造、產(chǎn)品出廠物流和全生命周期服務(wù)。這種集成只能通過利用最新的技術(shù)來有效完成，而這類復(fù)雜的多專業(yè)多系統(tǒng)的集成必須依賴持開放目標(biāo)的系列標(biāo)準(zhǔn)。
工業(yè)自動化領(lǐng)域當(dāng)前正處在一個前所未有的轉(zhuǎn)型期，控制系統(tǒng)從傳統(tǒng)的硬件軟件捆綁轉(zhuǎn)向按最終用戶的需求配置硬件軟件組件；企業(yè)的管控一體化從傳統(tǒng)的金字塔多層分級系統(tǒng)轉(zhuǎn)向統(tǒng)一的、獨立于制造商的、廣泛被IT和OT采用的、IT/OT融合的行業(yè)互操作性解決方案。或許這一轉(zhuǎn)型需要一個較長的的時間，但由目前發(fā)展的勢頭來看，絕對不會超過十年。工業(yè)自動化供應(yīng)商有獨特的機(jī)會站在自動化技術(shù)進(jìn)步的正確一邊，開發(fā)基于開放標(biāo)準(zhǔn)的系統(tǒng)，參與發(fā)展開放標(biāo)準(zhǔn)的生態(tài)系統(tǒng)。不過把握時機(jī)的關(guān)鍵在于必須在達(dá)到臨界點之前迅速行動，否則其他公司就會利用來自行業(yè)外部的重大變化，完全擁抱開放互操作生態(tài)系統(tǒng)的工業(yè)自動化供應(yīng)商將通過響應(yīng)用戶需求而受益匪淺。
面對工業(yè)自動化領(lǐng)域的這一轉(zhuǎn)型，我國廣大的自動化工作者必須有清醒的認(rèn)識和態(tài)度，不能躺平等待先進(jìn)工業(yè)國家完成轉(zhuǎn)型之后才付諸行動。慶幸的是我國有越來越多自動化企業(yè)和開發(fā)人員注意到了這個趨勢，在各自的工作中正在關(guān)注和運用開放自動化的標(biāo)準(zhǔn)。如果有更多的組織、人員和熱情從奢談工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)轉(zhuǎn)向務(wù)實和落地，必不可少的前提一定是共享開放自動化的標(biāo)準(zhǔn)，共筑開放自動化的生態(tài)系統(tǒng)，共創(chuàng)開放自動化的未來。
