近年来，在生命科学和更广泛的自动化行业中，模块化设备概念逐渐普及开来。这一趋势有利于生产设备调试，但也增加了定义全厂自动化系统的复杂性。
对于生命科学制造商而言，横向维度集成（设备对设备基于交互界面的自动化）和垂直集成（设备对工厂自动化）通常是正式投产前的关键步骤。其中包括验证车间工艺设备（例如包装设备）的可编程逻辑控制器 (PLC) 控制功能和全厂自动化的分布式控制系统 (DCS)功能。
制药企业对模块化的探索与日俱增，所面临的潜在挑战也随之增加。例如，他们让一家公司提供全厂分布式控制系统 (DCS)，又让另一家公司提供生产设备及对应的自动化组件，甚至还有用于其他设备的第三方组件。因此，工厂中使用的可编程逻辑控制器 (PLC) 数量成倍增加。
一些生命科学工作团队成员逐渐意识到，相对于现场重新进行设备组态，直接订购预标准化的设备更具货期优势，但针对这些标准产品的现场工艺及自动化集成的工作压力和难度会非常大。所以，自动化工程师选择工艺设备的自动化组件时，具备“即插即生产”能力的组件成为更优质的选择，如同打印机的应用逻辑。与此同时，罗克韦尔自动化及其业内成员组织和公司也在积极致力于稳定和巩固“即插即生产”技术的基础。
模块化背后的驱动力
总部位于德国的 NAMUR 是推动“即插即生产”技术发展的团体之一，是过程行业自动化技术的用户协会，同时也是一家代表了自动化技术用户和过程控制技术专家的国际集团。该集团在全球拥有 150 多家成员公司，其成员公司深知“即插即生产”模块的价值。具体来说，就是更轻松地基于生产需求替换特定功能的现场工艺设备，以及更了解工厂操作员的工作方式，即使用标准接口处理标准数据。
该集团正在帮助制定被称为 MTP 模块类型包 (VDI/VDE/NAMUR 2658) 的模块化标准，其中涵盖从数据到人机界面 (HMI) 的各方各面。该标准使用 OPC 统一架构 (UA) 描述通信、报警、安全等功能。
MTP 标准遵照 NE148 标准和行业参考架构模型 (RAMI) 4.0 进行编写，目前，已经发展为关于工厂组件生命周期的 IEC 标准。此项标准基本规定了任何设计都应遵循模块化理念，以便随时升级或更换部件。此外，MTP 标准还具有如下功能：
- 从安全角度而言，过程设备组件 (PEA) 是自动化无自主化的模块化处理单元，由一个或多个工艺设备组成，代表了在模块化工厂中执行一个工序的工艺设备或者基础设施
- 过程编排层 (POL) 是跨越自动化和信息技术层级的设备组件，用于模块化系统操作
- MTP 正式描述了模块化处理单元中自动化技术的接口和功能
MTP 的工作原理
设备供应商提供的 MTP 文件是 MTP 标准的核心，代表了 PEA 接口。此文件包含 POL 设置其通信、标签、服务和 HMI 所需的所有信息，以便监测/控制 PEA。
在 MTP 文件中，使用了国际标准 (IEC 62714) 规定的自动化专用 XML 数据格式（称为 AML 自动化标记语言）来定义每台设备。例如，自带控制和 HMI 系统的生物反应器将提供一个 MTP 文件，用于定义各种可用内容，包括如下几点：
- 服务 —— 加热、搅拌、pH 控制
- 数据 —— 温度、压力、流量
- 可视化 —— 与 POL 操作相关的操作员图形界面
- 报警
- 事件/触发条件
此外，符合 MTP 标准的 POL，可用于获取上述项目的 OPC UA 连接和标签信息，还能够帮助其从工厂系统各类工艺设备中导入 MTP 的 PEA 文件，并借助这些信息来开发工厂级可视化和批处理系统，用于监测和控制车间内的工艺设备。目前，POL 已经允许工厂级操作员使用统一的图形、对象监测和控制成套设备，并且还允许批处理系统使用标准配方来监测和控制服务，不受工艺设备功能或品牌限制。
为“即插即生产”标准尽一己之力
罗克韦尔自动化作为智能制造的引领者，将继续尽力解决使用模块化设备时遇到的困难（对于运营部门而言相对容易，对于自动化工程师而言较难），为模块化自动化标准开发尽一己之力，并积极加入相关行业组织，以期借助这些标准为行业带来更大效益。
其中一家行业组织 BioPhorum Operations Group 在 2019 年的一篇论文中阐述了“即插即生产”技术对生命科学行业的潜在影响：
- 上市时间缩短高达 40%
- 生产设备的使用效率提高高达 40%
- 复制生产线几乎无需依赖自动化工程团队
- 固定投资和运营费用减少高达 50%
作为 BioPhorum Operations Group “即插即生产”工作组的成员，罗克韦尔自动化根据 PEA 和 POL 要求对已发布的模块化自动化/MTP 标准进行了六次概念验证及测试，致力于“即插即生产”工作流和 NAMUR MTP 标准的持续完善。该项检验不仅有助于创新开发工具和解决方案，为从生命科学到石油天然气等多个行业的 PEA 和 POL 合作伙伴提供支持；并且，随着其他 MTP 标准的不断发布，还将继续参与测试过程，并能够相应地改善 PEA 和 POL 解决方案。
小罗有话说
作为工业自动化、信息化和数字化转型领域的全球领先企业之一，罗克韦尔自动化将基于模块化自动化/MTP 标准持续完善自身产品及解决方案，为生命科学、石油天然气等行业数字化、信息化、智能化的转型升级带来无限可能。