不容忽略的标准

　　在我国，标准分为13类：基础标准、术语标准、符号标准、分类标准、试验标准、规范标准、规程标准、指南标准、产品标准、过程标准、服务标准、接口标准，和数据标准。比如接口标准就是规定产品或系统在其互连部位与兼容性有关要求的标准。

　　不过这些年来在工业发达国家，尤其在美国，开展着一类非常活跃的标准活动，似乎不能归类于上述的任意一类标准。这就是在多种适用的工业标准的基础上，建立为特定细分行业服务的综合性应用标准，有时在文献中还被称为“标准的标准”（Standard of standards）。这类标准往往不是由某个正式或官方的标准化组织所发起和操作的，而是由最终用户根据他们的需要、思考和判断来发起，并为此建立或委托一个非官方组织去开展相关的标准化活动。这类目标极为明确的标准化活动吸引了一批志同道合的伙伴（包括最终用户、自动化供应商、自动化咨询机构和一些标准化组织等），共同开展跨组织的、资源投入巨大的努力，有效推动了行业技术进步，并将继续显示出前所未有的经济潜力和组织活力。

　　管控一体化标准的佼佼者

　　近年来的实践和发展表明，PackML（Packing Machine Language）已经获得巨大的成功，不仅在包装行业取得广泛的认可和应用，而且还被作为集成架构的典型策略解决方案，为机械装备的集成系统提供了建模的参照标准。因为PackML涵盖了机械设备的横向集成和运行管理的纵向集成所需要的各种功能性，其概念、策略、架构和方法完全可以适用于几乎所有的机械设备集成系统控制工程网版权所有，特别是所有运用顺序控制工艺的产线。

　　PackML是一个经过充分验证的独立的系列标准。它综合运用了许多适合于包装过程的控制和管理的成熟工业标准，并按实际需要加以扩充和修改（见下图）。这些工业标准有：

　　在此基础上PackML开发工作组围绕编程、联网和最佳实践三大技术关键制定主要用于包装工业控制的国际标准。比如在管控架构上运用了IEC 61512（ISA S88）批量控制标准，按企业、工厂、车间的传统结构将包装生产线设置为车间中的流程处理单元。产线由不同功能的设备单元集成，而设备单元又是由设备模块构成CONTROL ENGINEERING China版权所有，设备模块包含了许多控制模块。按照这样的系统架构贯通从上层的调度管理到底层机械设备的逻辑控制、顺序控制和运动控制以及安全控制，还开创性地定义了PackTag包装用通信标签，用OPC UA实现了机器对机器（M2M）和机器对其上层的HMI、MES等的通信。

　　图1 PackML综合运用工业标准促成OT-IT融合

　　PackML提供了完善定义的模式/状态模型，简捷清晰地概括了包装生产过程的所有模式和对应于不同模式下的运行状态。在全自动生产模式下其状态图由17个状态组成，涵盖了包装生产的全部过程，用以对制造设备单元/机械设备的状态进行控制和可视化监控。状态图的语法是用命令（外部命令和网络命令）激活状态去执行某种动作功能，用状态完成（state completed,SC）执行状态转移、进入等待或执行状态。而在维护模式（即半自动模式）下，只需要状态图中的12个状态即能完整描述；清洁模式（即启动模式）下只需11个状态，详见图3。基于统一而且标准的状态图生成标准的控制软件和具一致性的人机界面，可以取得手到擒来的效果。

　　图2 PackML完整定义包装过程的生产模式和状态

　　概括地说，PackML成功地用软件工程的方法对包装生产过程重新定义，支持了多品种、变批量的柔性自动化高效生产；对机械设备供应商、控制和通信供应商、管理系统供应商和系统集成商提供了可操作的标准化的关系界定；而对最终用户则是以一揽子的方式满足了它们提质增效、降低成本的诉求。

　　成功的回响

　　欧洲工业界如此评价PackML：“它是一个经过充分验证的独立的标准；它有一个完善定义的模式/状态模型；它提供一个一致性的人机接口；它提供的公用定义通信标签和专业术语是互操作性的坚实基础；其架构具有高度的模块化。”而从事工业互联网服务的公司则高兴地看到PackML为包装生产过程提供关键业绩指标KPI的潜力：机械设备的PLC/工业PC运用PackTag，通过OPC UA将生产信息和参数安全地传输到远程监控的云端；在云端进行分析计算和判断后，生成KPI发布到移动终端的APP，为相关的管理人员和工程技术人员提供即时的服务。

　　图3 PackML在包装行业工业互联网的应用中同样潜力无穷

　　更值得关注的是它运用于其它细分行业的前景和潜力。当前制造企业面临数字化转型CONTROL ENGINEERING China版权所有，提出任何资产都要集成、任何资产都要在线的目标；在云赋能、大数据、人工智能等领域都面临前所未有的挑战。而在许多制造行业中最大也是最直接的挑战是怎么集成制造生产线，使得不论是老系统改造更新还是新系统设计调试和投运，都能快速地摊销其成本并获得盈利。工业自动化业界早已认识到最大的集成成本来自软件集成（机械装备控制系统的协调集成、与企业业务系统的数据交换集成、与云应用的集成等）。另外，许多制造厂希望提高他们的机械设备的效率，但苦于没有数据；有的制造厂有一些数据，但还不足以运用这些数据实施差异化；还有些已经有了很多数据，但不知如何处理数据。一言以蔽之，绝大多数制造厂处于没有标准机制的状态，无法支撑他们将所采集的数据按需进行分析。

　　其实，PackML标准所关注和侧重的都是许多其它行业中最终用户的心声。因为OMAC开发PackML的动力正是来自用户和系统集成商在设法将各种机械设备集成为一个协调的系统的过程中，耗费了过多的时间和劳力而效果却不佳这样一个事实。其原因在于不同的设备厂家有不同的编程理念和方法、不同的控制逻辑、不同的通信协议、不同的控制器平台和操作状态，这意味着每台机械设备有不同的操作过程、培训、标准和诊断方法。随着来自不同厂商设备数量的增加，由此形成的复杂性不是按比例增加，而是呈几何级数增加。

　　因此，PackML在开发之初就充分考虑到：将机械部件集成为系统时一定要做到所见即所得的一致性；这样才能为机械部件纵向和横向的集成提供基础，而不用考虑这些部件是哪个厂家制造的，以及用了什么样的控制系统硬件。PackML最终实现了在不同种类和不同厂家的机械设备之间提供高度一致性，并在此基础上建立了机械状态的标准集合和控制功能块的公共集合，为简化控制系统的开发、削减系统集成的工作量、减少培训和操作运行成本提供了可行的条件，从而极大地降低了用户总的消耗和投入。

　　如何赢得生态

　　PackML从不规定在所定义的任意一个机械状态下的机械操作细节，不规定每一个状态下的功能性。这保证了OEM厂家保护自己的知识产权。PackML只规定机械设备一共有多少个状态以及由一个状态转移到另一个状态的条件。但是，只要有公共状态的集合和定义好的标准的PackTag标签，就完全可以实现对每一个符合PackML的机械设备的监视和控制。同理，PackML也通过状态机和PackTag标签使数据交换标准化，而不规定具体从哪个机械获得数据又需要送到哪一台机械去，或者将数据送到HMI还是上位的生产管理系统和业务管理系统去。PackML不规定具体的传输方法、信息安全、编码/解码规则，也不规定通信接口和物理介质，这就导致OPC UA、TCP/IP和以太网得以进入并发挥其所长。OPC UA提供安全的通信，承担通信的授权（例如使用PackTag的授权）和数据的封装。OPC UA还提供公共的编码，PackTag可以由OPC UA进行适当的编码和解码。总的说来，OPC UA为在很大程度上简化符合PackML的机械与其它机械的控制器、HMI、企业业务系统和云服务的集成提供了基础。OPC UA可以通过实现PackML的架构和方法，控制和监视任何一类机械装备，从而解决机械装备集成所常见的若干战略性问题。

　　著名仿真软件公司MathWorks的Matlab/Simulink为PackML开发了一套设计、仿真和测试的集成开发环境：用Stateflow建立符合PackML标准的状态机的模型样板，然后通过静态检查和一个附加的用户接口确保模型的状态和转移条件符合标准的定义。仿真则使开发人员具备执行早期和递增验证的能力。Design Verifier用来生成对模型的基于覆盖延伸的测试实例，Test用来执行和管理测试实例。在此基础上运用自动代码生成可针对不同厂家的PLC生成符合IEC 61131-3标准的结构化文本语言ST和符合ANSI/ISO的C/C++控制程序。用Coder（C/C++）或PLC Coder（IEC 61131-3的ST）所生成的代码符合PackTag的规则，这样便可以与其它符合PackML的软件无缝集成。而且PLC Coder能够从测试实例中生成一个基准测试程序www.cechina.cn，对模型进行验证，以保证模型的行为特性和代码的行为特性相等效。

　　自动化领域最主要的自动化平台软件，包括3S的CoDeSys、贝加莱的Automation Studio、倍福的TwinCAT、博世力士乐的IndraLogic、罗克韦尔的RSLogic、西门子的STEP 7/TIA Portal/WinAC，以及三菱电机、OMRON、菲尼克斯等。由于这些PLC和工业PC平台，都支持由Simulink自动生成控制代码，因此这也使得PackML得到了广泛的应用。

　　PackML背后的系统工程

　　作为建立在适用工业标准综合基础上的PackML系列标准已经发展成熟，在包装行业有了大量的推广和应用，而且已经形成的一整套的技术性和经济性的良性循环的生态系统。

　　PackML可以推广到任意制造行业解决设备集成问题，而PackML和OPC UA的进一步组合有助于解决所有制造厂在云赋能、大数据、人工智能等领域所面临的战略挑战。充分认识这些经过时间和实践充分验证的技术，将对众多行业降低集成成本、提高生产率、向数据驱动的智能服务商业模式转型带来无尽的应用潜力，产生难以估量的巨大价值。

　　值得注意的是，PackML标准和规范所蕴含的价值远远超越了它为包装生产线解决系统集成问题的初衷。它所开创的理念、策略和方法可以直接推广到所有的目前因集成不同厂家制造的设备而举步维艰的应用场景。不仅可以用于食品和饮料生产、以及其他日用消费品如卫生纸品的生产，甚至对于汽车生产这样高度复杂的场景都可以发挥巨大作用。

　　已经获得成功应用的PackML细分行业综合标准，贯通了从上层的管理到中间的通信，再到底层的机械控制及其运动控制，支持了多品种、变批量的柔性自动化高效生产，对机械设备供应商、自动化供应商、系统集成商，都是可操作的标准化的关系界定。看起来一条已在役的专用自动化生产线要改造成柔性自动化生产线，可以从中汲取的将不仅仅是思路，而是从策略到方法、到整体框架乃至许多技术细节。

　　从包装行业的领域知识和领域模型的视角来看，这里显然有着深刻的技术背景：PackML遵循的是基于模型的系统工程（MBSE）的思路控制工程网版权所有，通过建立和利用领域模型（即PackML的状态图）而不是通过建立和利用文档作为信息交换的主要手段。PackML从概念设计阶段开始，贯穿整个开发阶段，直到后续的生命周期阶段，都通过形式化的建模应用来支持系统的要求、设计、分析、验证和确认。特别是PackML选择OPC UA作为互操作的标准，这与OPC UA近年来被德国工业4.0的资产管理壳AAS选中作为其标准和技术体系的支撑部分，有非常好的契合。其中的原因在于OPC UA的信息模型及其建模工具和运行环境能够同时兼容并融合PLCopen/MTconnect/AutomationML/机器视觉/通信等MBSE模型，当然也包括PackML的MBSE模型。 

　　PackML作为“标准的标准“，展现了充分的系统性。所谓的系统性是一种复杂系统的状态、质量或条件。这种复杂系统虽然是由许多相互连接的部件所构成，但系统作为一个整体所展现出来的行为特性远远区别于其组成部件的单个行为特性。因此系统性就是一种属性，将最大而且直接地影响创新技术被采用的广泛性。PackML标准是以其鲜明和完整的系统性，已经和正在显露出无穷的生命力。

　　小记：起跑线走神的风险

　　工业发达国家在制定标准以及标准的标准等方面，工作做得非常扎实。不但是可操作、可实现的，而且还是统一的。不管是制定新的面向行业应用的标准规范的能力，还是对当前现有的各种标准规范的组合应用能力，国内外差距简直天壤之别。

　　在国内，大家一窝蜂地跟随某一潮流，大都为了当前短暂的利益单兵作战，彼此间没有协同和统一。很少有组织和单位去发起和创建服务于公共领域和细分行业的综合性标准，形不成合力，更遑论形成一种生态。

　　得标准者得天下，失标准者寄人篱下。在全球制造数字化转型的时候，如果在开发“标准的标准”这一战略能力方面有所缺失，这会导致中国工业在智能制造和工业互联网发展的道路上，再次被拉大差距。