近年來，在生命科學(xué)和更廣泛的自動(dòng)化行業(yè)中，模塊化設(shè)備概念逐漸普及開來。這一趨勢有利于生產(chǎn)設(shè)備調(diào)試，但也增加了定義全廠自動(dòng)化系統(tǒng)的復(fù)雜性。

對(duì)于生命科學(xué)制造商而言，橫向維度集成（設(shè)備對(duì)設(shè)備基于交互界面的自動(dòng)化）和垂直集成（設(shè)備對(duì)工廠自動(dòng)化）通常是正式投產(chǎn)前的關(guān)鍵步驟。其中包括驗(yàn)證車間工藝設(shè)備（例如包裝設(shè)備）的可編程邏輯控制器 (plc) 控制功能和全廠自動(dòng)化的分布式控制系統(tǒng) (dcs)功能。

制藥企業(yè)對(duì)模塊化的探索與日俱增，所面臨的潛在挑戰(zhàn)也隨之增加。例如，他們讓一家公司提供全廠分布式控制系統(tǒng) (dcs)，又讓另一家公司提供生產(chǎn)設(shè)備及對(duì)應(yīng)的自動(dòng)化組件，甚至還有用于其他設(shè)備的第三方組件。因此，工廠中使用的可編程邏輯控制器 (plc) 數(shù)量成倍增加。

一些生命科學(xué)工作團(tuán)隊(duì)成員逐漸意識(shí)到，相對(duì)于現(xiàn)場重新進(jìn)行設(shè)備組態(tài)，直接訂購預(yù)標(biāo)準(zhǔn)化的設(shè)備更具貨期優(yōu)勢，但針對(duì)這些標(biāo)準(zhǔn)產(chǎn)品的現(xiàn)場工藝及自動(dòng)化集成的工作壓力和難度會(huì)非常大。所以，自動(dòng)化工程師選擇工藝設(shè)備的自動(dòng)化組件時(shí)，具備“即插即生產(chǎn)”能力的組件成為更優(yōu)質(zhì)的選擇，如同打印機(jī)的應(yīng)用邏輯。與此同時(shí)，羅克韋爾自動(dòng)化及其業(yè)內(nèi)成員組織和公司也在積極致力于穩(wěn)定和鞏固“即插即生產(chǎn)”技術(shù)的基礎(chǔ)。

模塊化背后的驅(qū)動(dòng)力

總部位于德國的 namur 是推動(dòng)“即插即生產(chǎn)”技術(shù)發(fā)展的團(tuán)體之一，是過程行業(yè)自動(dòng)化技術(shù)的用戶協(xié)會(huì)，同時(shí)也是一家代表了自動(dòng)化技術(shù)用戶和過程控制技術(shù)專家的國際集團(tuán)。該集團(tuán)在全球擁有 150 多家成員公司，其成員公司深知“即插即生產(chǎn)”模塊的價(jià)值。具體來說，就是更輕松地基于生產(chǎn)需求替換特定功能的現(xiàn)場工藝設(shè)備，以及更了解工廠操作員的工作方式，即使用標(biāo)準(zhǔn)接口處理標(biāo)準(zhǔn)數(shù)據(jù)。

該集團(tuán)正在幫助制定被稱為 mtp 模塊類型包 (vdi/vde/namur 2658) 的模塊化標(biāo)準(zhǔn)，其中涵蓋從數(shù)據(jù)到人機(jī)界面 (hmi) 的各方各面。該標(biāo)準(zhǔn)使用 opc 統(tǒng)一架構(gòu) (ua) 描述通信、報(bào)警、安全等功能。

mtp 標(biāo)準(zhǔn)遵照 ne148 標(biāo)準(zhǔn)和行業(yè)參考架構(gòu)模型 (rami) 4.0 進(jìn)行編寫，目前，已經(jīng)發(fā)展為關(guān)于工廠組件生命周期的 iec 標(biāo)準(zhǔn)。此項(xiàng)標(biāo)準(zhǔn)基本規(guī)定了任何設(shè)計(jì)都應(yīng)遵循模塊化理念，以便隨時(shí)升級(jí)或更換部件。此外，mtp 標(biāo)準(zhǔn)還具有如下功能：

從安全角度而言，過程設(shè)備組件 (pea) 是自動(dòng)化無自主化的模塊化處理單元，由一個(gè)或多個(gè)工藝設(shè)備組成，代表了在模塊化工廠中執(zhí)行一個(gè)工序的工藝設(shè)備或者基礎(chǔ)設(shè)施

過程編排層 (pol) 是跨越自動(dòng)化和信息技術(shù)層級(jí)的設(shè)備組件，用于模塊化系統(tǒng)操作

mtp 正式描述了模塊化處理單元中自動(dòng)化技術(shù)的接口和功能

mtp 的工作原理

設(shè)備供應(yīng)商提供的 mtp 文件是 mtp 標(biāo)準(zhǔn)的核心，代表了 pea 接口。此文件包含 pol 設(shè)置其通信、標(biāo)簽、服務(wù)和 hmi 所需的所有信息，以便監(jiān)測/控制 pea。

在 mtp 文件中，使用了國際標(biāo)準(zhǔn) (iec 62714) 規(guī)定的自動(dòng)化專用 xml 數(shù)據(jù)格式（稱為 aml 自動(dòng)化標(biāo)記語言）來定義每臺(tái)設(shè)備。例如，自帶控制和 hmi 系統(tǒng)的生物反應(yīng)器將提供一個(gè) mtp 文件，用于定義各種可用內(nèi)容，包括如下幾點(diǎn)：

服務(wù) —— 加熱、攪拌、ph 控制

數(shù)據(jù) —— 溫度、壓力、流量

可視化 —— 與 pol 操作相關(guān)的操作員圖形界面

報(bào)警

事件/觸發(fā)條件

此外，符合 mtp 標(biāo)準(zhǔn)的 pol，可用于獲取上述項(xiàng)目的 opc ua 連接和標(biāo)簽信息，還能夠幫助其從工廠系統(tǒng)各類工藝設(shè)備中導(dǎo)入 mtp 的 pea 文件，并借助這些信息來開發(fā)工廠級(jí)可視化和批處理系統(tǒng)，用于監(jiān)測和控制車間內(nèi)的工藝設(shè)備。目前，pol 已經(jīng)允許工廠級(jí)操作員使用統(tǒng)一的圖形、對(duì)象監(jiān)測和控制成套設(shè)備，并且還允許批處理系統(tǒng)使用標(biāo)準(zhǔn)配方來監(jiān)測和控制服務(wù)，不受工藝設(shè)備功能或品牌限制。

為“即插即生產(chǎn)”標(biāo)準(zhǔn)盡一己之力

羅克韋爾自動(dòng)化作為智能制造的引領(lǐng)者，將繼續(xù)盡力解決使用模塊化設(shè)備時(shí)遇到的困難（對(duì)于運(yùn)營部門而言相對(duì)容易，對(duì)于自動(dòng)化工程師而言較難），為模塊化自動(dòng)化標(biāo)準(zhǔn)開發(fā)盡一己之力，并積極加入相關(guān)行業(yè)組織，以期借助這些標(biāo)準(zhǔn)為行業(yè)帶來更大效益。

其中一家行業(yè)組織 biophorum operations group 在 2019 年的一篇論文中闡述了“即插即生產(chǎn)”技術(shù)對(duì)生命科學(xué)行業(yè)的潛在影響：

上市時(shí)間縮短高達(dá) 40%

生產(chǎn)設(shè)備的使用效率提高高達(dá) 40%

復(fù)制生產(chǎn)線幾乎無需依賴自動(dòng)化工程團(tuán)隊(duì)

固定投資和運(yùn)營費(fèi)用減少高達(dá) 50%

作為 biophorum operations group “即插即生產(chǎn)”工作組的成員，羅克韋爾自動(dòng)化根據(jù) pea 和 pol 要求對(duì)已發(fā)布的模塊化自動(dòng)化/mtp 標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行了六次概念驗(yàn)證及測試，致力于“即插即生產(chǎn)”工作流和 namur mtp 標(biāo)準(zhǔn)的持續(xù)完善。該項(xiàng)檢驗(yàn)不僅有助于創(chuàng)新開發(fā)工具和解決方案，為從生命科學(xué)到石油天然氣等多個(gè)行業(yè)的 pea 和 pol 合作伙伴提供支持；并且，隨著其他 mtp 標(biāo)準(zhǔn)的不斷發(fā)布，還將繼續(xù)參與測試過程，并能夠相應(yīng)地改善 pea 和 pol 解決方案。

小羅有話說

作為工業(yè)自動(dòng)化、信息化和數(shù)字化轉(zhuǎn)型領(lǐng)域的全球領(lǐng)先企業(yè)之一，羅克韋爾自動(dòng)化將基于模塊化自動(dòng)化/mtp 標(biāo)準(zhǔn)持續(xù)完善自身產(chǎn)品及解決方案，為生命科學(xué)、石油天然氣等行業(yè)數(shù)字化、信息化、智能化的轉(zhuǎn)型升級(jí)帶來無限可能。