ABB：未來的DCS：過程自動化系統愿景白皮書（2022）（18頁）.pdf

1、白皮書未來的DCSABB過程自動化系統愿景 2 目錄04 05 摘要 06 09 工業和社會格局的變遷 10 11 展望過程自動化的未來 12 15 促進創新并保持連續性16 19 項目執行和自動化工程轉型 20 23 為工業物聯網和全新數字化商業模式注入動力24 27 改變數字化工廠人員角色和流程28 29 實施當下愿景中的核心價值30 33 ABB：攜手同心，共創未來34 35 結束語附錄 術語表4未來的DCS ABB過程自動化系統愿景5摘要克服日益加劇的不可預測性追求可持續性生產，同時兼顧盈利能力是企業的頭等大事，特別是對于能源和原材料密集型行業而言。企業必須靈活地生產，以滿足市場需求，

2、同時規避能源價格波動、供應鏈中斷和合規成本上升等不利影響。從全新視角思考控制系統的設計和應用，通過各種數據分析手段發掘問題根源，將有助于擺脫不可預測性的困擾。促進能源轉型 對許多生產商來說，實現能源轉型的重要一步，是采用綠色能源取代以燃燒和化石能源為主的傳統能源為過程電氣化提供動力。集成過程和電氣控制與電力管理是提高運營能效并將可再生能源可靠納入能源組合的重要途徑。此外，數字化技術還能進一步幫助專家們經濟高效地設計和部署這類集成系統，促進高效、易用和進一步的能源優化。不斷演變的生產需求為了充分實現規模經濟，如今不少工廠只生產單一商品。與此同時，定制化的需求推動了與客戶關系密切的小精專型的工廠發

3、展。自動化技術必須通過擴展來滿足這些需求變化。適應新一代勞動力的訴求 新生代的勞動力希望享受數字化的所有紅利，但又不愿犧牲當前系統的可靠性、可用性和安全性。供應商必須延續這些屬性，同時轉變思路來普及新的數字化知識。機器學習和人工智能將有助于發現和緩解生產中斷，并促進遠程、自主運營。工作人員將花更少時間深入實地進行故障排除，將更多精力放在遠程解決問題上。推動數字化變革 自動化系統是生產商的重要資產基礎，往往也是企業的數字化核心。隨著數字化技術的發展，運營和信息技術將合二為一，從而實現在邊緣或云端運行高附加值應用。未來的控制系統將利用新的商業模式促進變革，同時符合工作場所的期望?！白詣踊捶铡备?/p>

4、念及其易于訪問的應用將在傳統商業模式之外開辟廣闊的發展空間。在保持連續性的同時最大化實現創新 為了應對這些挑戰，供應商必須保證現有用戶的系統連續性，同時以靈活性作為創新方向，才能適應不斷變化的市場需求并滿足監管要求。摘要40多年來，ABB在分布式控制系統（DCS）領域一直走在行業前列，為我們地球上眾多龐大、關鍵的業務打造“神經中樞”，為我們的日常生活提供了基礎能源、電力、水、冶金、礦產、化學品，并能滿足不斷增長的人口需求。這是如何做到的呢？通過保護客戶的投資，同時不斷推陳出新來滿足日新月異的需求。本文簡略描繪了ABB的愿景，即如何在未來幾十年內繼續幫助過程自動化用戶“智”造美好世界。ABB的過

5、程自動化系統愿景將助力新老用戶，讓他們能夠按照自己的節奏和需求來引入創新成果，實現現有投資的最大化。ABB采用模塊化架構，并優先考慮實時響應，把自動化系統分解成一個常青穩健的控制核心；和一個可擴展的，可安全接入物聯網的數字化賦能環境，以增強人員、系統和設備之間的協作。加速數字化變革利用數字生態系統擴展控制能力，提高盈利能力。提供安全可靠的系統運營通過高度自主化的本地或遠程控制。工程和項目管理自動化通過靈活的工程工作流程來提供自適應、模塊化的系統設計和項目執行。降低擁有總成本利用開放的，符合信息安全和工業標準的平臺始終適應日新月異的需求“我們服務的行業長期以來專注于提高產量、提升質量、提高可靠性

6、和降低成本。如今，可持續發展成為了一個新的必須關注的競爭維度?！碧凭S詩-ABB過程自動化事業部總裁6未來的DCS ABB過程自動化系統愿景7工業和社會格局的變遷早期DCS產品的設計者完全依靠專用運營技術（OT）平臺來確保過程的完整性，一旦失控，就會對員工和周圍社區造成切實的危害。這種方法形成了相對單一、呆板、以廠商為中心的架構，通常很難改進并且成本不菲。在20世紀90年代，為進一步增強DCS，商用化產品（COTS）和信息技術（IT）逐步引入基于Windows的操作員站和工程師站以及以太網通訊技術來連接控制島。如今，IT和OT的整合為控制系統數據的收集和分析開辟了廣闊的空間，揭示了傳統手段難以獲

7、取的洞見。這種整合被稱為IT/OT融合。隨著邊緣、內部和基于云的平臺變得越來越容易訪問，通過工業物聯網（IIoT）進行的數字化轉型變得越來越普遍。與此同時，伴隨著勞動力的代際更換，社會可持續發展呼聲日益高漲，逐步將市場形勢推向一種高度競爭化的商業格局。用戶希望過程自動化解決方案更加開放、靈活、可互操作和可演進，同時無需犧牲他們習以為常的可靠性、可用性和安全性。工業和社會格局的變遷自40多年前問世以來，分布式控制系統（DCS）在保障無數工業設施安全、高效和可靠運行方面貢獻卓著。如今，安全、高效和可靠仍然是DCS的基礎，當前的從業人員對其創新力和靈活性提出了更高的要求，以應對流程工業日益嚴格的標準

8、和靈活多變的環境?？沙掷m發展是首要的社會訴求 雖然對于流程工業供應能源、金屬、礦物、化學品、清潔水等必需品的基本需求不斷增長，但社會訴求的變化正在深遠地影響著工業格局。最重要的是社會普遍認識到碳排放的不可持續性，以及遏制并最終逆轉大氣中溫室氣體濃度的必要性。這種情況疊加其他可持續性要求，如提高生產和消費模式的循壞性，正成為工業組織決策的重要動因。一方面，優化能源結構并轉向可再生和碳中和的能源是實現工業能源轉型的關鍵。另一方面，可持續發展表現還會影響消費者的看法和企業間的關系，以及企業環境、社會和治理（ESG）指標、股東評價，甚至是股價。需要加大對自動化、控制以及系統優化的投資以支持工業能源轉型

9、。除了重新配置工業設施的能源投入（或產出脫碳）外，可再生能源、電池生產和其他儲能技術、綠氫生產和配送的基礎設施、以及更靈活強大的電網也成為了能源轉型的投資熱點。為了支持這些工作，需要加大對自動化、控制和系統優化的投資力度?！坝脩魧﹂_放性和靈活性有著更高的期待，這要求供應商從根本上更新產品的核心技術?！盉ERNHARD ESCHERMANN-ABB過程自動化事業部首席技術官8未來的DCS ABB過程自動化系統愿景9企業需要現代、靈活和創新的工廠環境 雖然流程工業仍然以生產力、效率、質量、安全性和成本為基本績效指標，但來自全球競爭和盈利能力的壓力正在對工業及自動化提出更高的要求。首先，近年來行業整

10、合屢見不鮮，而這給企業留下了來源和年代各異的老舊系統。這進一步加劇了對DCS資產進行生命周期管理的復雜度，讓中央工程部門更加焦頭爛額。其次，行業分化也日益嚴峻。一方面是特大型工廠，通常位于原材料附近。這些設施投資規模大，建設周期長，必須適應原料供應及其質量的波動，并依靠規模經濟和微薄利潤生存，還將給業主或運營方帶來重大的財務風險。另一方面是更加專業化的行業，它們更貼近所服務的終端市場，由消費者行為驅動。這些較小型的工廠必須更快地適應市場需求，因此他們更傾向于小批量生產。然而，從控制的角度來看，整個業態存在共同點，因為兩類用戶都需要一種模塊化、標準化的自動化解決方案，兼顧靈活性、適應性和易擴展等

11、特點。新生代的工程師、管理人員、運營人員和技術人員都希望使用更加現代化的工具，與日常生活中所使用的技術保持一致。由于一些新工廠地處偏遠，如礦山、海上天然氣平臺和風電場，用戶往往會遭遇用工荒。這表明未來遠程或自主化運維前景廣闊。這種勢頭將會進一步蔓延到項目調試的各個階段，以滿足其加快項目進度，縮短投產時間并減少現場資源部署的需要。此外，使用者也從原來的搭建、運營、優化和維護DCS的人，轉變為習慣于當今沉浸式數字化技術的新生代。這些新一代的工程師、管理人員、運營人員和技術員都希望使用更加現代化的工具，與日常生活中所使用的技術保持一致。隨著老資歷員工逐漸退休，用戶也面臨著同樣的勞動力挑戰，因此發展數

12、字原生且由專家指導的工廠自動化系統不失為將降低企業風險和生產中斷的一劑良方。用戶推動變革 在這種產業重塑、社會壓力和技術進步的背景下，DCS供應商一直以來處于兩難境地，一方面需要緊隨IT和通訊技術新發展軌跡，另一方面，還需要滿足客戶對穩定、可靠性能的期待。然而，聚焦開放性、安全性和交互性的用戶驅動計劃正在推動自動化系統發展的變革。此類用戶發起的活動包括“開放過程自動化論壇”（OPAF），這是一個由110名成員組成的聯盟，主要包括石油和天然氣以及化工領域的最終用戶公司，他們和ABB等自動化供應商一起，致力于為未來的過程自動化系統定義一個基于標準、開放、安全和可互操作的架構。該組織的既定目標是推動

13、DCS用戶更便捷地訪問最新功能，能夠集成先進組件，同時保留資產所有者的應用軟件且成本遠低于更新換代。此外，該標準將為開放系統架構提供一個框架來促進創新和價值創造，適用于多個行業、具有商業可行性并允許用戶和供應商相互合作。與此同時，NAMUR（一個由源自德國化工行業的流程工業最終用戶組織組成的全球聯盟）制定了一個開放架構模型（NOA，即NAMUR開放架構），有效地將核心控制和自動化功能與常規監控和優化功能分開。?？松梨诠疽恢备呗暭埠暨^程自動化變革，倡導簡化、高效的工程和項目執行。關鍵倡議包括軟硬件設計分離，以減少由于后期設計變更和意外事件而導致的成本超支和延遲，即實現過程儀器儀表的自動識別和

14、自我配置。最后，所謂模塊自動化（Modular Automation）概念是指整個行業范圍內的努力，從專注于為整個生產工廠設計單一的、緊密交織的自動化系統，轉向組裝更靈活、以服務為導向的“即插即用”模塊，旨在加快過程實施、簡化產能擴展并加速換產。工業和社會格局的變遷展望過程自動化的未來ABB設想，未來的過程自動化系統將通過提供自適應、安全可靠、集成化和模塊化的自動化解決方案以及更加靈活、簡單、快速的項目工程執行和調試方法，賦能行業，使其在瞬息萬變的世界中具有競爭力。這一愿景將通過安全的OT/IT集成促進人員、系統和設備之間的數字化轉型和協作，實現自主運營和可持續性能，從而確保人員與環境的安全。

15、通過賦能用戶持續不斷地發展現有的DCS系統來滿足未來需求，從而保護用戶投資?！俺墒斓姆植际娇刂萍夹g不可或缺。與此同時，隨著底層技術快速發展，只有采用模塊化的方式，我們的系統才能將客戶所追求的前沿創新技術與安全、可靠的核心功能有機結合。唐維詩-ABB過程自動化事業部總裁現場 I/O 過程儀器儀表和電氣化 ABB控制引擎 第三方過程控制器 OT托管平臺系統服務控制應用工程服務過程和系統編排運營和工程OPC UAOPC UAOPC UAOPC UA/APLOPC UA其他協議 OPC UA安全通訊擴展應用 在邊緣或云端卓越運營 資產管理 制造執行可持續發展管理 云邊緣12未來的DCS ABB過程自動

16、化系統愿景13促進創新并保持連續性促進持續不斷的創新 行業期望未來的過程自動化系統，可以保持安全、可靠和穩定地運行，同時為滿足用戶新的需求和技術進步而快速發展。圖 1.一個靈活的、交互的、安全且符合客戶計劃和新興技術的模塊化架構ABB 設想，這些需求將通過一種過程自動化架構得到協調，該架構有效地在常青穩健的核心（優先考慮可靠、確定性的響應）與擴展的數字化環境（執行時間要求不高的任務）之間實現關注點分離，同時促進更快的創新和持續的性能改進。這種擴展自動化系統環境將促進與其它IIoT方案的安全連接，使人員、系統和設備之間更好地形成協作（圖1）。該圖是主要的功能圖，允許根據客戶需求在各種硬件上自由部

17、署功能。與“開放過程自動化論壇”關于具有指定通訊接口的獨立軟件模塊愿景一致，未來的過程自動化系統核心和擴展系統環境將采用虛擬化、模塊化控制域的形式，并基于行業標準的OPC UA信息模型和通訊技術來構建網絡安全接口。這些基于容器技術的模塊將根據其性能和安全預期來自動編排。這將身份驗證和授權的實施從網絡周邊轉移到核心的零信任方法上，要求組件以數字化的方式證明其身份和來源，以及其執行特定任務的權限，以便正確處理不斷變化的威脅形勢。MTPProcessControlHMIHistoryDiagnoses.Archive基于容器技術的過程控制器和應用軟件將獨立于系統硬件，因此可以在專用和工業PC控制器、

18、邊緣設備、本地服務器和云平臺間靈活部署并可動態使用。該編排環境環境將自動實現硬件資源之間的負載平衡，簡化控制應用的分配。高級應用將圍繞控制核心運行，并由于其基于容器技術的設計，可易于調整而且不影響運營。此外，新功能還可在實施前通過數字孿生模擬在線測試和驗證。根據應用需求來調節可用性方式，從而保證系統彈性，使用戶能夠以經濟高效的硬件占用率來優化系統可用性。14未來的DCS ABB過程自動化系統愿景自動化編排，隱藏復雜性對未來的過程自動化系統用戶而言，最大的變化是對模塊化、基于容器技術的控制引擎和應用進行系統編排和管理。IT部門或許習慣于這類工作，但運營工程師往往專注于過程運行，而不是管理控制系統

19、。因此，需要將這些系統管理任務自動化，同時保留當前用戶所期望的集成需求?？刂凭幣趴梢越档蛷碗s性，同時確保系統完全受控。采用新技術，并保持正常運營 未來的過程自動化系統設計將確保用戶既能夠利用未來的技術和解決方案，又最大限度地減少對其現有系統的干擾。保護用戶在應用方面的知識產權和投資意味著他們可以保留其基礎設施，同時按照自身節奏和需要來采用新技術。通過可移植的新方法并在軟件和硬件之間設立技術獨立層有助于簡化跨平臺的應用轉移，例如，虛擬控制引擎支持繼續使用過程應用?？梢浦驳睦砟钭畲笙薅鹊販p少運營上對硬件生命周期的影響，為當前系統的升級提供了一種成本和風險更低的方式，并確保未來的自動化系統可持續發展

20、?，F有的DCS用戶將能夠在運行現有基礎設施的同時采用新技術。圖 2.通過開放式、網絡安全和基于標準的平臺降低擁有總成本，始終適應日新月異的需求現狀自動化系統必須適應不斷變化的業務、過程和勞動力需求。挑戰專有系統的維護成本高昂，且跟不上技術創新的步伐。愿景一個“安全源于設計”的開放式、模塊化、全局性控制核心平臺。價值經濟高效地交付具有連續性的、創新的、一流的自動化解決方案。為適應變化而生的架構 強化控制系統核心還需要將可能頻繁更新的非關鍵功能遷移到一個面向外部的平臺上，如NAMUR開放架構模型中所描述的平臺。例如，ABB的邊緣軟件就提供此功能，一方面作為保護核心安全的數據二極管，另一方面也可作為

21、用于監控和優化的擴展應用框架。重要的是，如果邊緣功能對核心控制系統至關重要，那么它也可以作為核心的一部分進行部署。新的過程自動化系統確保了這種靈活性。將非核心控制系統功能遷移到一個獨立但關聯的數字環境中，這將有助于系統更輕松地適應現在和未來不斷變化的需求。更靈活的模塊化系統將加快創新產品的應用，同時可以將現有應用程序遷移到虛擬化的數字原生環境中，還可以在其中部署高級網絡安全工具。將非核心控制系統功能遷移到一個獨立但關聯的數字環境中，有助于系統更輕松地適應現在和未來不斷變化的需求。這種架構還為日益智能化的決策系統奠定了基礎，增強運營人員的感知能力，從而實現更快的響應和更明智的決策。16未來的DC

22、S ABB過程自動化系統愿景17設計文檔將軟件連接到I/O配置軟件虛擬化工程環境 軟件工程硬件工程 并行項目執行模型 智能調試檢查軟件檢查I/O功能配置I/O硬件虛擬控制和I/O接口智能接線盒今時不同于往日，一旦客戶決定建設一個新的生產線，他們就需要與時間賽跑，在市場變化影響項目計劃之前實現投資回報。在過去十年中，DCS供應商通過將硬件工程和軟件開發解耦的方式，極大地簡化了項目執行流程，但仍有進一步優化的空間。先設計，后部署通過ABB Adaptive Execution項目執行方法實現了自動化硬件和軟件工程的解耦，這為項目執行提供了廣泛的靈活性，從而允許不同的團隊跨地域，甚至在虛擬化的云工程

23、環境中同步執行項目任務（圖 3）。例如，靈活的單通道I/O硬件、獨立的軟件I/O編組、虛擬控制和I/O接口工具，結合OPC UA和PA-DIM信息模型技術，通過標準化的智能接線盒來代替定制I/O的工程方法?，F在，通過結合虛擬化、模擬和仿真技術，全部作為數字孿生在云端實施，工程師可以執行虛擬應用測試和調試。數字孿生技術重現了過程動態的行為，參照功能規范探查其性能表現。這種虛擬調試有助于發現潛在問題，從而更平穩、更快速地投產。隨著自動化硬件和軟件工程之間串行依賴關系的消除，控制系統硬件和軟件開發任務可以同時進行，從而大大壓縮項目交付時間，靈活適應變化，從而節省成本、降低進度風險。項目執行和自動化工

24、程轉型 雖然流程工業用戶群體的主要需求是將開放性、交互性和靈活性疊加到持續安全、可靠和穩定的控制系統上。未來的過程自動化系統將進一步簡化、加速和驗證系統生命周期的開始階段，即自動化工程和項目執行。提升工程的智能化水平 依托控制和I/O硬件及軟件工程解耦的過程執行優勢，下一步是通過為特定類型的過程或資產開發模塊化、可重復使用的代碼庫來避免冗余、非生產性的工作。未來的過程自動化系統將使用預制的、經過預先測試的自動化軟件模塊，這些模塊內置了控制、可視化和相關服務元素?？墒褂枚x明確的通訊接口與其他模塊進行交互，而無需開發“粘合”邏輯來協調這些功能模塊的需要。自動化系統將促進軟件模塊的整體流程編排，將

25、控制工程師的任務從控制邏輯編程提升到配置特定過程的自動化要求。這不僅可以減少時間和精力，而且對預測試代碼的質量控制也將有助于確保設備快速、無故障運行。它還將支持敏捷的控制策略升級和過程重新配置以滿足對新產品的需求。未來的過程自動化系統將使用預制的、經過預先測試的自動化軟件模塊，其中內置了控制、可視化和相關服務元素。圖 3.通過將硬件與軟件工程分開，可以實現任務解耦，讓獨立團隊并行工作，在后期對工作進行精準高效的綁定，減少變更對項目進度的影響?！癆BB正同時從軟硬件兩方面提高項目工程的模塊化水平，把應用開發和部署完全獨立開來?！盉RANDON SPENCER-ABB過程自動化事業部能源工業業務單

26、元總裁18未來的DCS ABB過程自動化系統愿景現狀串行方式的工程項目耗時、復雜且成本高昂，并且存在返工和項目延遲。挑戰在整個生命周期內實現簡化的獨立執行工作流程。愿景通過解耦的模塊化、可重復使用的容器技術，消除過程工程的復雜性。價值可重復的自動工程設計可減少返工、后期變更影響、項目風險和成本。圖 4.模塊化項目執行實現靈活的工作流程未來的自動化工程在設計一個預先測試的模塊并且不能輕易改變用途的過程單元時，自動化工程方法將拉近離線工程工具與未來過程自動化系統中直接開發代碼之間的距離。這些標準旨在促進控制系統和外部數據源之間的雙向交換，從外部數據源自動生成控制系統中的控制、可視化和現場分配，并完

27、成變更管理。例如，“智能”管道和儀表流程圖（P&ID）可用于直接生成有效控制邏輯的良好初始估算，包括聯鎖邏輯和基于狀態的控制模式、過程圖形，甚至是報警管理方案。在未來的過程自動化系統中，工程師和技術人員都將在更高的層次上進行操作，許多繁瑣的項目執行任務將實現自動化或變得不必要。新資產將更快投產，隨著工程自動化程度的提高而順利運行。在未來的過程自動化系統中，工程師和技術人員都將在更高的層次上進行操作，許多繁瑣的項目執行任務將實現自動化或變得不必要?！皵祿苿又鴶底只D型。如今，一家工廠平均使用的數據不到總數據量的20%。企業需要把更多的數據轉化為可分析的洞察，以實現更智能、更可持續的運營。RAJ

28、ESH RAMACHANDRAN ABB過程自動化事業部首席數字官20未來的DCS ABB過程自動化系統愿景21為工業物聯網和全新數字化商業模式注入動力擴展的數字化賦能系統將為用戶提供在應用層級安全訪問核心控制操作數據，以及來自其他工業物聯網設備、應用程序和業務系統的數據，而不會干擾核心控制操作（圖 5）。這實現了非控制數據并行通訊路徑的NAMUR開放架構模型，并將ABB長期以來聚焦的“集成化能力”提升到全新高度。ABB最初推出的數字孿生的前身采用基于Aspect Objects技術的擴展自動化系統。通過轉向數字生態系統，這種方法將變得更加強大，能夠更輕松地訪問數據并具有更好的可擴展性，使制造

29、和過程運營管理更敏捷地響應未來需求。該數字生態系統將建立在新興的邊緣和云技術上。這些技術通過靈活安全的計算基礎設施（包括服務器、數據存儲、開發環境、商業智能服務、人工智能（AI）和數據分析）從而改變了自動化的格局，改善風險管理、優化生產力和實現可持續發展目標。該框架還允許用戶發掘新的業務模式，快速輕松地訂閱新的數字化功能。為工業物聯網和全新數字化商業模式注入動力通過未來過程自動化系統中擴展的數字化能力，將更安全、簡單地集成邊緣側、本地或云端的基礎系統。數據分析助力優化 數據是過程、工廠或企業層面優化的核心。其挑戰在于如何收集和整合不同來源的數據，將前后串連，轉化為知識洞見，然后傳遞給負責人員以

30、便及時采取行動。這種全新的數字化體驗的關鍵要素為自動化用戶提供了AI賦能的分析和邊緣軟件，以分析該生產點的運營數據。這種靈活的、面向邊緣的解決方案將預測問題并給出對策，從而優化資產運營、預測性維護策略并調整生產流程。邊緣解決方案還適用于更高級別的應用，將運營數據與其他類型的運營、信息和工程技術數據相結合，以進行戰略業務分析，這些應用可以部署在本地、混合云或云上。利用人工智能、機器學習以及領域專長，數字模型、服務和應用可在卓越運營、績效管理、資產的完整性、安全性、可持續性和供應鏈優化等領域提供可行性洞察，并反饋給需要了解情況并采取行動的系統和用戶。例如，云托管的連續排放數據分析解決方案將用于監控

31、集群級別的排放檢測儀器性能。通過為每個設備創建數字足跡和數據點，公司不僅可實時監控儀器的運行狀況和性能，以證明其遵從了ESG法規并生成報告，還能通過向相應人員發送系統通知來預測性地預防故障和運營中斷。圖 5.未來過程自動化系統是工廠系統和運營的一部分產品智能工廠過程智能制造執行工廠維護物流與供應鏈生產優化過程自動化系統22未來的DCS ABB過程自動化系統愿景23現狀各行各業都期望通過對其工廠的數字化改造來提高生產力。挑戰在不中斷核心過程運營的情況下部署數字創新。愿景實現全面的數字生態系統，擴展控制系統功能。價值無風險的數字自動化解決方案，提高性能和盈利能力。打開新商業模式的大門數字化將開辟一

32、系列全新的商業模式和服務。這些全新的商業模式將大大縮短針對DCS的B2B銷售模式和采購周期。由于傳統的DCS采購主要以硬件為基礎，因此容易產生包括項目規范、項目提案在內的超長采購周期，以及大型的一次性資本支出。然而，隨著數字生態系統與核心部件的分離，擴展應用可以遵循單獨的軟件購買流程，部署速度更快，并為SaaS（軟件即服務）或PaaS（平臺即服務）商業模式打開了大門。這將使更多的支出從資本轉向運營預算。此外，匯集多個應用提供商的數字生態系統市場將確保最終用戶獲得與其日常消費習慣一致的購買體驗。自助服務功能，如免費試用、“即付即用”和產品性能保證，將使用戶能夠訂閱那些解決真正業務需求的應用和服務

33、，并在不需要的時候選擇退訂?？偠灾?，由擴展數字生態系統推動的新商業模式將促進快速創新，通過輕松快速的部署實現更大的靈活性。新的商業模式將促進快速創新，通過輕松快速的部署實現更大的靈活性。圖 6.加速數字化轉型，提高生產力“解鎖隱藏在運營數據中的洞見，可以在整個行業中真正實現數以億計的明智決策，從而顯著提高生產力，降低能耗和對環境的影響。JOACHIM BRAUN-ABB過程自動化事業部過程工業業務單元總裁24未來的DCS ABB過程自動化系統愿景25改變數字化工廠人員的角色和流程在未來的過程自動化系統中，自主運營和工業人工智能將徹底改變人們的工作，這并不是說要取代人的工作，而是通過加強人的認

34、知能力進一步釋放潛能。它們可以協助運營人員及時做出更明智的決策，將專業人員從單調的重復性事務中解放出來，從而專注于更高價值的工作。因此，從短期來看，人與自主系統將相互合作，并由運營人員掌控決定權（圖7）。如今的控制系統已經實現了在正常情況下無需人工干預即可運行低級的生產流程，只有異?；蛱厥馇闆r以及與之相聯的復雜任務才需要人工決策。提高自動化系統的自主性就是要逐步將越來越多的任務移交給系統處理。邁向自主系統，建立信任現今自動化系統的主要作用是執行傳統的控制回路，例如監測（電機運行過快）、分析（需要降低速度）和行動（降低傳動頻率）。通過考慮潛在條件和結果間的外部循環，自主系統推動智能化邁入新的階段

35、。例如，自動駕駛汽車識別障礙物（感知），識別可能出現的潛在危險情況（理解），并通過修改車輛的速度和軌跡（解決）采取糾正措施。改變數字化工廠人員的角色和流程當下，隨著DCS的數字化轉型，工廠人員的角色和職責正在發生轉變。未來的系統不僅對工作流程影響深遠，同時還將直接影響控制室運營人員的工作職責。人工智能將成為通過數據處理來提升自主性的重要技術，因此，用戶對這項技術的信任是決定成敗的關鍵。正如當今的自動駕駛汽車技術，駕駛員正在學習與智能功能協同工作，同時保持對車輛的控制，在工廠中引入基于AI的自主功能也是如此。這將首先應用于偏遠或難以到達的地方（例如海上風力發電機、石油鉆井平臺或采礦作業），由遠程

36、運營人員團隊進行監督，并將根據需要由世界各地的相關專家提供協助。為了設定向自主系統過渡的目標，需要對自主級別進行劃分，以便自動化用戶可以定義目前的狀況以及短期、中期和長期目標。ABB提出了一個六個層次的自主性分類法，靈感來自汽車行業的定義。它主要基于兩個維度：自動化任務的范圍和人的角色。分類法從無自主性開始（0級，廣泛的低級自動化可能已經位于這個層級），然后上升到完全自主運營（5級），其中所有決策和動作都由系統完成（圖9）。然而，即便如此，如果沒有面向未來的機器人技術，在大多數工廠中，服務和維修任務仍然需要由人來執行。如今，工業界正在快步向前發展。以一家大型能源公司的設施為例，高級運營人員、工

37、藝工程師和技術安全專家的目標是大幅簡化復雜生產設備的啟用流程。在最初的0級自主性（完全由人為啟動運營）中，啟動程序的一個步驟需要運營人員點擊2500次并密切監控150個工藝條件。如今，使用ABB技術，該設施已接近4級自主性（在大多數情況下不需要人工干預），并且相同的啟動序列只需要兩個運營人員即可，啟動時間減少了四個小時，在降低設備的能耗和磨損的同時，減輕了運營人員的壓力。圖 7.將人類和人工智能相結合，實現更高水平的工業進步增強算法支持的專家增強人類潛能人由專家設計的系統直觀創造力專長計算+-源自數據的知識 人工智能直觀創造力專長計算+-現狀工廠的運營人員正在經歷知識流失和技術工人短缺。挑戰需

38、要以最少的人為干預來設計、運營和維護自動化系統。愿景在智能決策的支持下提供數字原生輔助，進一步釋放人力潛力。價值向風險最小、年產量更高的自主運營演進。圖 8.隨時隨地提供安全、穩定和可靠的運營，并具有高度的自主性“DCS供應商不能假定每個工廠或應用都擁有20年的運營經驗，我們需要使用技術來簡化任務，并為系統的使用者提供更好的指導?！盉ERNHARD ESCHERMANN-ABB過程自動化事業部首席技術官26未來的DCS ABB過程自動化系統愿景27為移動運營人員配備AR工具 與控制室人員一樣，現場運營人員也需要通過循環的自主反饋，更好地感知、理解和解決潛在的流程問題。這就需要通過傳感器數據收集

39、和機器學習算法，來加強他們自身的感知力，發現緊急狀況。他們將越來越多的通過移動端訪問控制系統數據，實時了解工廠情況。還可利用增強現實（AR）輕松獲得所需資料，或者遠程與相關專家分享現場情況。負責調試新自動化系統的現場運營人員，需要配備能夠提高效率和準確性的工具，如使用智能化的現場設備，自動配置和調試以網絡為中心的I/O系統。維護工作也將從運行中發生故障或預防性策略過渡到越來越規范化的方法。例如，運行的設備可以通過振動和其它傳感器以及預測性策略實現監控，該策略集成了基于模型和基于數據的方法，可以有效推斷設備運行狀況。之后，則可以根據業務的優先級同步優化維護和維修計劃。圖 9.從自動化向自主運營的

40、演進資源：從自動化到自主生產的旅程，Bernhard Eschermann-ABB過程自動化首席技術官轉變數字化工廠人員的角色和流程無自主化：運營人員在沒有幫助的情況下完全控制。系統自主化程度（遠程）運營人員協助：運營人員由決策支持系統或遠程連接的專家進行數字化協助。按需支持運營人員：運營人員“喚醒”智能系統提供的支持并采取行動。0某些情境下的自主運營：運營人員仍會監督運營。4所有情境下的自主運營。521工廠通過主動提醒以提出解決方案，為運營人員提供支持。運營人員確認或做出反應進行反饋。3高度輔助運營長期運營控制室運營人員 工廠經理網絡安全工程師 安全設計 高度輔助工程控制自動化工程師零配置網

41、絡工程師生產經理自我優化生產 現場運營人員移動運營調試工程師即插即用過程自動化系統 圖 10.提升所有系統用戶的工作績效信息和工程任務實現大踏步的飛躍未來控制系統的開發和維護任務也將得到加強。自動化工程師將減少花費在功能塊或梯形圖邏輯上的時間，而轉向編譯和配置經過預測試、預設計代碼的功能模塊，從而完成由過程設計人員定義的單元操作。未來的過程自動化系統還將提升負責控制系統基礎設施日常管理人員的績效水平。其自我配置網絡、長期運營、新設備模塊的即插即用，以及監測和保護本地網絡安全系統組件，將有效簡化集成的工廠系統管理（圖 10）。提高自動化系統自主性在于逐步將越來越多的任務移交給系統。28未來的DC

42、S ABB過程自動化系統愿景29在適當的時機采用ABB控制系統和技術將幫助客戶夯實基礎，降低干擾，充分利用對智能化的投入，以滿足未來工廠發展的需求。為實現這一目標，ABB不斷將未來過程自動化系統愿景的理念融入當下以及未來的系統產品中。自動化項目工程任務和并行工作流如今，我們使用的許多技術都涉及智能調試、虛擬控制和通訊以及以網絡為中心的I/O，在執行自動化項目時經濟效益顯著。ABB Ability System 800 xA 基于以太網的單通道Select I/O結合了以太網I/O現場套件，無需控制器硬件即可實現智能設備的智能自動化調試，從而調整和高效執行各種方法以避免大型項目后期變更和延遲的風

43、險，并在項目執行中貫徹ABB Adaptive Execution方法。數據直通云應用，避免干擾控制核心ABB Field Information Manager使用OPC UA和PA-DIM信息模型將數據傳輸到基于云的狀態監測解決方案，而無需占用系統核心渠道傳輸非關鍵數字化控制設備信息。此外，ABB Ability Edgenius 運營數據管理器支持提取OPC UA和MODBUS的源數據，為邊緣或云中的應用程序提供有價值的信息。為創新打造數字生態環境 作為核心自動化平臺的擴展，創新環境為不斷增長的ABB應用群的敏捷部署創造了有利條件。借助ABB Ability Edgenius和ABB A

44、bility Genix工業分析和AI套件，多種應用程序現已接入ABB系統，如Freelance，ABB Ability Symphony Plus 和ABB Ability 系統 800 xA，以便在云端或現場進行部署。遠程技術助力訪問和自主解決方案遠程運營、監控和服務應用程序使人員遠離風險，并為專家提供遠程訪問服務，從而提高資產利用率，延長運行時長。針對當下愿景中的部分內容，ABB正在與多個客戶進行試點性合作，從而打造面向未來的解決方案。例如，ABB正在與愿意嘗試新產品的用戶合作，為下一代無人石油和天然氣平臺、遠程拖船作業和工業采礦作業設計自主解決方案。展望未來，基于網頁的人機界面及直觀的

45、智能決策支持將實現可靠、智能和安全的遠程和移動端運營。此外，新的可遷移方案以及軟硬件之間的獨立技術層將簡化跨平臺應用的遷移。通過這種模式和柔性的架構，可以讓現有的自動化系統保持活力，易于管理，并隨時可以接納新的創新技術。實施當下愿景中的核心價值作為領先的DCS供應商，ABB始終致力于在引入新技術和確?？煽可a之間實現平衡，彰顯了其推動系統不斷升級，同時也保障客戶投資的長期承諾。ABB正在推進這一過程自動化系統的愿景，以低風險、循序漸進的方式不斷將新技術和新功能融入當前的系統產品中。30未來的DCS ABB過程自動化系統愿景31這些需求迫使過去僵化、單一的DCS向更靈活、自適應的系統轉變，即要保

46、持DCS安全、穩定和可靠運行的核心價值，同時又要對新的數字化能力進行測試和應用。作為擁有深厚行業積累的全球領導者，ABB為用戶提供整合的自動化、電氣化和數字化解決方案及服務，利用得天獨厚的優勢來幫助流程工業用戶達成其業務目標、商業目標和社會性目標。致力于可持續發展在本文中，我們描繪了未來過程自動化系統的創新將如何幫助工廠提高運營效率和生產力。這些創新成果將成為減少溫室氣體和其它有害物排放、證明合規性以及提升員工、社區和其他利益相關者參與透明度的關鍵。ABB制定了一個目標，到2030年，要幫助客戶將碳排放量至少降低1億噸，相當于減少3000萬輛內燃機汽車的排放量。ABB的系統還有助于節約水資源和

47、原材料。作為產品供應商，ABB專注于資源保護和節能減排，為此設定了到2030年在自身運營中實現碳中和的目標。為了實現這些目標，ABB將不斷改善產品的節能效果并降低冷卻要求，使用更環保的材料進行生產、包裝和運輸。此外，還將通過虛擬化等技術，盡可能精簡未來自動化系統運行中所需的硬件數量。ABB：攜手同心，共創未來 當前，可持續發展、電氣化和數字化是流程工業最迫切的需求。一方面，要竭盡所能保障生活必需品的高效生產，同時還要減少對環境的影響。另一方面，人們已經普遍認識到，只有全面應用新興的數字化技術，才能滿足這些訴求。生產要素：自動化和電氣化 除了逐步提高能源效率之外，工業產業還必須真正推動能源轉型，

48、從廣泛依賴化石燃料逐步向擴大的低碳能源組合轉型。對于許多行業來說，更為直接的影響是對依靠傳統燃料的生產過程進行電氣化，利用自有的可再生能源發電，通過綠色能源獲取電網供電。然而，可再生能源也帶來了間歇性和高儲能費用的多重挑戰。在間歇性供電和電力儲存受限的背景下，過程運營優化要求生產商通過靈活的生產計劃或減少非關鍵負載來控制電力消耗。ABB作為DCS市場的領導者和全球領先的電氣化產品和系統供應商，在自動化和電氣化集成方面獨具匠心。ABB從事電氣和過程控制系統集成已有數十年的歷史，可幫助客戶在數毫秒內做出跨領域的決策。如今，ABB正攜手廣大客戶，潛心研究效率提升潛力、電氣系統拓撲結構和過程緩沖策略以

49、應對可再生能源的間歇性難題。ABB在電氣和過程控制系統集成領域的獨特優勢，可以幫助客戶應對能源轉型的挑戰。Solar Impulse/Jean Revillard/Rezo.ch32未來的DCS ABB過程自動化系統愿景深厚、廣泛的行業專長 依托在許多流程工業垂直領域的技術專長，ABB具有獨特的優勢來幫助這些行業應對未來的挑戰。這些技術專長凝聚了全球性的經驗總結，涵蓋從前端工程和設計、項目執行，到整個工廠的生命周期服務。ABB重視與客戶的協作，共同把脈行業挑戰，根據應用特點來提供專業的自動化支持。除了作為全球知名的電氣化和自動化供應商外，ABB還是一家重量級的系統集成商，將來自眾多解決方案提供

50、商的組件和子系統整合在一起。通過與甄選的合作伙伴合作，ABB承擔多方面的責任，為過程自動化、電氣控制、安全、遠程通信和數字化應用提供綜合性的集成解決方案。對于大型的重資產項目，ABB Adaptive Execution將專家團隊、新技術、敏捷流程、共享學習和經過驗證的方法論整合到同一、簡化的項目執行中供各方使用。通過解決重大項目效率低下的問題，Adaptive Execution可以提高項目可見性，并發揮重要價值，減少高達40%的資本支出，縮短達30%的交付進度。ABB是全球性的系統集成商，將來自眾多解決方案提供商的組件和子系統整合在一起。開放過程自動化的出現對系統開放性和模塊化提出了更高的

51、要求，持續的生命周期服務對于集成眾多供應商的解決方案來說，其重要性將在未來日益凸顯，并融入到ABB數字化賦能服務解決方案的構想之中。35ABB的過程自動化系統將圍繞以下四大長期舉措來逐步提高業務績效：結束語過去數十年來，ABB始終致力于保障客戶對于自動化投入，同時提供從新興技術中獲益的路徑，建立并鞏固了在DCS市場中的領導地位。本文所述的過程自動化系統愿景是ABB公司在未來數十年中幫助新老客戶簡化和加速創新并保持連續性的指南。進化延長使用壽命并提高健康狀況，這源于其技術將隨著時間的推移而演進 保護保障人員、社區和環境以及網絡安全 維護掌握其狀態、限制和能力，視需要進行維護預測了解產品生產數量，并根據現狀、條件和市場限制優化資源管理。適應靈活響應市場、新興行業細分市場和利益相關者的需求