近年來，在生命科學(xué)和更廣泛的自動化行業(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化系統(tǒng)的復(fù)雜性。

對于生命科學(xué)制造商而言，橫向維度集成（設(shè)備對設(shè)備基于交互界面的自動化）和垂直集成（設(shè)備對工廠自動化）通常是正式投產(chǎn)前的關(guān)鍵步驟。其中包括驗證車間工藝設(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化的分布式控制系統(tǒng) (DCS)功能。

制藥企業(yè)對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)備及對應(yīng)的自動化組件，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)工作團隊成員逐漸意識到，相對于現(xiàn)場重新進行設(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，但針對這些標(biāo)準(zhǔn)產(chǎn)品的現(xiàn)場工藝及自動化集成的工作壓力和難度會非常大。所以，自動化工程師選擇工藝設(shè)備的自動化組件時，具備“即插即生產(chǎn)”能力的組件成為更優(yōu)質(zhì)的選擇，如同打印機的應(yīng)用邏輯。與此同時，羅克韋爾自動化及其業(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)動力

總部位于德國的 NAMUR 是推動“即插即生產(chǎn)”技術(shù)發(fā)展的團體之一，是過程行業(yè)自動化技術(shù)的用戶協(xié)會，同時也是一家代表了自動化技術(shù)用戶和過程控制技術(shù)專家的國際集團。該集團在全球擁有 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)。此項標(biāo)準(zhǔn)基本規(guī)定了任何設(shè)計都應(yīng)遵循模塊化理念，以便隨時升級或更換部件。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) 是自動化無自主化的模塊化處理單元，由一個或多個工藝設(shè)備組成，代表了在模塊化工廠中執(zhí)行一個工序的工藝設(shè)備或者基礎(chǔ)設(shè)施

過程編排層 (POL) 是跨越自動化和信息技術(shù)層級的設(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)定的自動化專用 XML 數(shù)據(jù)格式（稱為 AML 自動化標(biāo)記語言）來定義每臺設(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 MTP 文件，用于定義各種可用內(nèi)容，包括如下幾點：

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)允許工廠級操作員使用統(tǒng)一的圖形、對象監(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)備時遇到的困難（對于運營部門而言相對容易，對于自動化工程師而言較難），為模塊化自動化標(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)對生命科學(xué)行業(yè)的潛在影響：

1

上市時間縮短高達 40%

2

生產(chǎn)設(shè)備的使用效率提高高達 40%

3

復(fù)制生產(chǎn)線幾乎無需依賴自動化工程團隊

4

固定投資和運營費用減少高達 50%

作為 BioPhorum Operations Group“即插即生產(chǎn)”工作組的成員，羅克韋爾自動化根據(jù) PEA 和 POL 要求對已發(fā)布的模塊化自動化/MTP 標(biāo)準(zhǔn)進行了六次概念驗證及測試，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。該項檢驗不僅有助于創(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，羅克韋爾自動化將基于模塊化自動化/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)型升級帶來無限可能。