未来的过程自动化系统

你可能很了解ARC顾问集团的市场研究报告，它量化并预测自动化系统、软件、仪器仪表、自动化服务等多个市场。但ARC的研究并非都是定量的市场占有率/市场预测报告。ARC最近发布了3.0版的协同过程自动化系统（CPAS）研究报告，其中描述了ARC所期望的过程自动化系统的功能，更重要的是介绍了CPAS将如何帮助实际运营者实现卓越运营（OpX）。

如今的过程自动化系统已经越来越复杂，这样一来就更加难以评估自动化为企业增加的价值。因此我们必须确定以下几个问题。你现在的自动化系统正在妨碍或帮助你实现业务目标吗？它是否能提供适当的安全性和可靠性？它是否包含3级的制造运营管理（MOM）应用程序？

采用标准信息技术，支持大量的应用程序和功能

CPAS诞生于标准信息技术刚开始应用于过程自动化系统的时代。随着信息技术为加工厂带来越来越多的好处，主要的过程自动化公司纷纷推出新产品。这标志着新一代自动化系统的到来。根据供应商遇到的具体问题以及他们所期望的解决方案，每一个系统都是独一无二的。

ARC顾问集团所期望的系统支持过程控制、先进过程控制、运营管理应用，还辅以人工授权的应用程序，比如决策支持和高级分析工具。这一愿景需要一般的指导原则，同时提供了详细内容，这有助于深入的内部讨论以及与外部供应商进行有关生产解决方案的讨论。

减少完成项目的成本和时间

如今，许多过程自动化系统（包括许多安装在新工厂的系统）采用了大量的定制，并且饱受项目延误和成本超支带来的影响。他们与工厂资产管理、生产计划管理等许多MOM应用的集成性也很差。其中的许多系统也受到人为阻碍，无法为有需要的人员和应用程序提供开放式的信息流。CPAS探讨了许多原则，如果遵循这些原则将有助于消除这些阻碍。

当然必须在安全的情况下实现这一切，它还必须支持新兴技术，比如虚拟化、云计算、物联网（IoT）。如今，这些信息技术已经被集成到过程自动化系统中，因此最终用户必须考虑这些新技术带来的各种功能以及相关的安全风险。

当前行业标准与最佳实践的支持

CPAS也涵盖了当前复杂环境下的指导标准。ARC介绍了当前的指导标准及其对自动化策略的影响，从IEC 61508和61511安全标准等国际规范到针对智能设备管理工作流程的ISA 108新标准。该研究还深入探讨了CPAS在“协同”方面的功能，它将指导你如何在公司内部设立专家门户，并优先使用那些已经安装在你的工厂或设施的MOM应用。

CPAS指导原则

首先，ARC建立了针对协同过程自动化的指导原则。我们利用这些指导原则来创建该研究所包含的功能性需求、架构和技术选择。我们将这些原则视为一个分层结构，下层的每一个原则都支持它上面的原则。首要原则是CPAS必须实现高度可靠的控制与安全功能，所有层次都由这一原则支撑。

资产回报率（ROA）

过程行业是一个高度资产密集型行业，ARC相信过程自动化可以为加工厂带来极高的未实现资产回报率（ROA）。然而，大多数用户购买过程自动化系统是用于保持技术领先，并降低总拥有成本（TCO）和风险，而不是为了实现持续改进及相关经济收益。ARC还认为面向项目的自动化往往掩盖了过程自动化为ROA做出的真正贡献。这是因为在收益实现之前项目就结束了，整个项目的ROA无法识别过程自动化实现的收益。缺乏一个投资回报率反馈机制和衡量绩效的基本标准使得这一问题更加复杂。

实现卓越运营（OpX）

卓越运营是支撑ROA的第一层。通过少花钱多办事、高效工作、降低成本等措施，卓越运营可以带来可测量的业绩提升。更多的人做出更多的正确决定就能实现OpX。持续改进的OpX方法强化了它是一个持续过程这一概念。

有效性、敏捷性和可视化

有效性、敏捷性和绩效可视化是卓越运作的关键。有效性和敏捷性支持完美运营的原则。研究表明在北美加工厂的平均运营水平不到四西格玛的绩效水平。

自动化和授权

将所有应当自动化的工序自动化，同时你必须确保始终以最佳方式来执行手动操作。自动化还节省了为员工授权的时间，这让知识型员工有机会去完成更多的增值工作。

自动化资产管理

因为CPAS是基于标准的，所以它可以支持多个供应商，每个应用程序都有自己的配置和系统管理工具。现有的自动化系统正在朝着CPAS的愿景发展，但其中大多数仍拥有专用的系统通信和配置管理环境。CPAS提供了一个开放的平台和混合的供应商环境。在该环境中，每个应用程序都保留自己的系统及配置管理，但一个用于配置管理和系统健康的自动化资产管理设备解决了多个系统及配置设备的问题。

透明的功能，简单的逻辑

应用程序需要直接对整个加工过程进行交互操作，无需中间数据库或网关。通过清除障碍，应用程序可以在紧凑而开放的配置下运行。统一的通信环境让应用程序具有透明的功能。一体化依赖于标准，从而减少网关。

数据的确定性和可追溯性

CPAS的成功依赖于可靠的数据信息收集、保存和交换。对于传统的过程控制装置，由于各种原因有高达百分之十的设备信号是不准确的。因此，为数据添加相关的质量信息或标签是非常重要的。因变量数据也应该有质量标签。规范的行业要求产品成分的可追溯性，这就是为什么CPAS也拥有可追溯功能。

架构视图

从结构来看，CPAS架构以通用的信息基础设施或单一的通信骨干网为中心。由于以太网TCP/IP已经成为商业、制造业和个人的标准网络协议，因此它可以被称为单一的逻辑通信骨干网。这一基于标准的架构拥有很长的生命周期，并且支持革命性的系统升级方式以及供应商肯定会推向市场的新一代系统。

CPAS包括一个用于连接无线本地局域网（WLAN）的天然架构。它可以轻松连接用于过程控制的现场总线和用于离散控制的设备总线。分析仪、振动监测设备等针对特定应用程序的设备也可以很轻松地接入。它可以为各种应用和任务配置应用服务器。服务器使用冗余通信通道或虚拟服务器配置以确保可靠性。因为它们共享基于以太网的相同骨干网，所以业务系统和自动化系统可以更容易地通信。

防护

工业网络防护专家正在关注如何保护工厂和过程自动化系统。遗留系统非常重要，因为它们主导了控制系统的结构，并且其中许多仍有很长寿命。它们的设计也不安全，所以工业网络防护的重点主要集中在保护脆弱的网络和控制元件。供应商为新系统制定了类似的策略，因为其中大多数都基于遗留的产品平台和协议。

CPAS将防护设计的原则融入自动化硬件、软件和网络中。它还包括连接物理防护与访问控制系统的必要接口。所有大型自动化供应商都应该提供一个集成网络防护的解决方案，可能还需要提供与网络防护相关的关键服务，比如现场评估。

移动、物联网、云计算等领域的技术进步正在为行业带来革命性变化。控制系统必须适应开放的、技术驱动的新世界。尽管会带来额外的安全风险，但未来的控制系统设计将利用这些新技术，并且结合网络传感器和智能资产。

非常有必要为这一转变过程绘制一张路线图。防护组织、流程和技术的变化非常费时，因此必须在采用这些技术之前就绪。期望网络风险来阻碍新技术的应用是一种幼稚的想法。由于成本和绩效的收益巨大，竞争将迫使整个行业都采用新技术。

安全

重大的工厂事故通常是多个因素同时作用的结果，但并非所有危害都相同。强调个人安全、工作安全规则和最佳操作的工厂可能还是有过程危害的风险。过程安全确保工厂和设备经过精心设计，被安全地使用，并且得到妥善维护，这样可以防止伤害人员、财产和环境。

事实上，系统设计永远无法杜绝事故的发生，但可以利用强大的企业安全文化对其进行管理。完善的安全生命周期管理需要经过培训和认证的优秀人才。令人担忧的是安全设备的维护经常被忽视。因此，急需对运营和维护人员进行安全系统测试的培训和认证。

整合防护与安全

安全和防护曾经是独立的问题；然而这一观念正在迅速改变。在制造过程中集成这两项关键功能已经越来越普遍，这是因为：

• 两者都有安全和防护的共同目标

• 两者都涉及人员安全

• 两者都会造成生产中断和停机时间

• 不安全的行为或安全漏洞造成的影响是相似的

采用一个共同的方法或生命周期法来实现安全和防护是很有必要的，因为它能减少无用功，降低遗漏的可能性，而且有助于开发更安全的系统。同时进行安全和防护的评估更为有效，更不容易产生错误和遗漏。

由于商业技术和操作系统的大规模普及，漏洞也在不断增加。随着网络和开放系统的普及以及信息技术基础设施被纳入控制系统，我们需要信息技术安全专家的专业知识来帮助管理这些技术。

然而，我们不能总是将IT安全的做法直接应用到过程自动化中。他们需要为自动化系统量身定制。这一现实要求两个领域的有机结合，发展出一个有效整合安全与防护的方法。

鉴于两个领域的整合已经在进行中，那么工厂应该做出哪些改变呢？风险分析是一个好办法。执行熟悉的HAZOP分析将是一个正确的选择，它采用组合的安全与防护生命周期。这时会出现四种类型：需要分析内部、外部、偶然和故意的危害。分析研究事故往往会发现漏洞，从而阻止相同危害的发生以及人为的故意攻击。

CPAS是一个前瞻性报告，能让你重新思考自动化的理念。它提供了用于构建长期战略的先进规划工具和理论基础，旨在提高企业效益并降低风险。