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實際上遠在OT-IT融合的概念形成以前，工業界很早就在探索如何把工業控制諸多的關鍵技術（如控制程序的模塊化和標準化、不同控制器之間的通信、HMI的畫面標準化等）與運用IT的生產管理關鍵技術（如MES等）結合得更緊密。其中最為典型的案例非OMAC組織開發的PackML莫屬（見圖1）。

圖1  PackML所展示的OT-IT融合的基本概念

OMAC（Organization for Machine Automation & Control）是美國國際自動化學會ISA下的一個分支機構。美國國家標準和技術研究院（NIST）、美國制造技術協會（AMT）也是OMAC的會員單位。在長達七、八年的開發過程中，OMAC的工作特點鮮明，

歸納下來主要是三點：

1）市場驅動力：包裝業務發展和包裝要求盡可能完美結合；

2）方法論：充分利用現有的工業基礎技術標準；

3）目標：開發一種適合包裝行業的系列標準，并在此基礎上開發出工具性軟件件平臺，其適應性和靈活性足以使整個行業中的裝備制造商、最終用戶、系統集成公司和技術提供商都能受益。

為了適應市場對包裝業務發展的需求（客制化規模生產，多品種小批量，……），需要開發一攬子的綜合技術解決方案，盡可能的實現用較少的包裝生產線滿足多品種的包裝，同時還具備執行精益生產管理的能力。這是PackML開發的背景需求，其主要支持者是可口可樂、寶潔、雀巢等對包裝有極大需求的公司。這是一種非常典型的以價值鏈和價值流為導向的總體規劃和頂層設計。

PackML系列規范是綜合運用現有相關工業標準和規范，解決包裝行業中所有的利益相關方（從最終用戶、系統集成商、機械制造商到技術提供商和技術服務商）共享機械控制、各機械間以及設備層與上位管理和監控層的通信、包裝生產過程的運營管理諸方面的軟件規范。在此基礎上開發的針對包裝行業的工具性軟件平臺，業已獲得許多實用的驗證，并在美、德、日本等國獲得廣泛應用。近些年來在國內也受到一定重視和關注。

OMAC在包裝行業OT-IT融合獲得的成效清晰地告訴我們，遵循這樣的技術路線使自動化技術和信息技術真正為實體經濟發展做出有效的貢獻。迄今為止，我們還很少看到惠及面如此之廣的全行業整體解決方案。更值得注意的是，它的影響已經擴展到許多行業，特別是運用機械設備形成流水生產線的行業。最近德國有識之士評價指出：PackML作為機械設備集成的策略解決方案，為工業機械系統提供了建模標準，并為任何一類的機械裝置提供有效的控制、監控和管理的架構（參見圖2）。

將它與OPC UA結合起來形成的機械裝置集成的解決方案，定將為發揮OT-IT融合的巨大潛力奠定技術基礎。顯然，PackML的成功明確地向自動化的從業人員、智能制造和智慧工廠的開拓者和踐行者，以及為工業4.0的輝煌愿景邁出堅實步伐的先行者，展現了開發行業綜合解決方案的典型意義和實踐魅力。PackML的實踐為實現高效、低成本地把不同制造廠生產的機械設備集成為控制、監控、生產管理一致性極佳的產線，探索出一條可行的道路。

圖2  PackML和OPC UA為機械自動化創建聯接性框架

PackML系列規范充分利用了現有的工業標準：

工控編程語言標準  IEC 61131-3

運動控制規范  PLCopen運動控制規范

機械功能安全規范  PLCopen機械功能安全規范

功能安全標準IEC 61508

管控一體化標準

批量控制標準 IEC 61512（ISA S88）

企業信息控制系統架構 IEC 62264（ISA S95）

通信標準  IEC 62541（OPC UA）

在此基礎上PackML開發工作組已經完成的工作是：制定主要用于包裝工業控制的國際標準以解決編程、聯網和最佳實踐三大技術關鍵。

在PLCopen的運動控制規范和ISA S88批量控制規范的基礎上，又嵌入了PLCopen開發的機械功能安全規范和OPC UA工業以太網集成的軟件接口規范，開發了適用于包裝過程的編程語言PackML、軟件平臺PackSoft和連接包裝機械控制系統的接口平臺PackConnect。

PackML 的狀態模型（見圖3）以標準化的方式表現了制造單元/機械設備的狀態模型。它用17個狀態描述了包裝生產的全部過程和生產模式，用于對制造單元/機械設備的狀態進行可視化和控制。狀態圖的語法是用命令（外部命令和網絡命令）激活狀態去執行某種動作，用狀態完成（state completed,SC）執行狀態轉移、進入等待或執行狀態。

PackML狀態圖的設計為協調一致的狀態轉移、協調一致的信息交換、統一的操作員界面(HMI)打下基礎。值得注意的是PackML只定義狀態圖的狀態，但并不定義每個狀態的功能性，這就為不同制造廠在具體實現方面體現技術差異性給足了空間，同時又保證了整體設計和操作運營的一致性。

此外，Simulink已為PackML的狀態圖仿真提供了軟件工具，還可通過它提供的自動代碼生成工具Simulink PLC Coder（IEC 61131-3），或Simulink Coder(C/C++)將經過仿真驗證的流程轉換為ST語言代碼或C語言代碼。

圖3  PackML的狀態圖

PackML將控制系統的運動控制功能塊劃分為3個層次（見圖4）：

• PLCopen運動控制規范定義的功能塊
• 用戶定義的常用功能塊
• 用戶定義的專用功能塊

應用程序可按控制要求調用這三類運動控制的功能塊。

PackML定義的包裝行業專用的功能塊包括：卷取/開卷軸（表面線速度恒定模式）、卷取/開卷軸（扭矩恒定CT模式）、張力松緊調節控制、配準（registration）修正、分度（indexing）、批計數器、數字PLS(電子凸輪開關)、集合覆蓋（Set Override）、精密送料軸（Jog Axis）、短暫同步（flying Syc）、以動態齒輪系數嚙合、具有方向暫停的運動停止命令（Motion Command Stop with oriented halt）等。

圖4  PackML的應用程序調用運動控制功能塊

PackTags是為包裝機械之間（M2M通信）以及包裝機械與上位的信息系統（如HMI、MES和ERP等）之間進行數據交換通信而專門定義的通信標簽，它為包裝系統的無縫通信提供了一種統一而便捷的途徑（見圖5）。

由于它將PLCopen規范的特性和OPC UA的結構完美組合，使其數據類型符合規范同時結構清晰，用戶只要采用標準的以太網，通過OPC UA便可完成信息數據的通信和交換。在經ISA 88委員會新批準的ISA88機械設備和制造單元的技術報告中，PackTags為用于基本狀態模型的過程元素的數據單元提供了一組統一的命名規則，還為此規定了數據類型、賦值及賦值范圍、數據結構等。PackTags有三種類型：命令Tags（前綴為“Command”），狀態Tags （前綴為“Status”），管理Tags （前綴為“Admin”）。

圖5  用作通信數據交換的標簽PackTags

PackML 還可以用來實時統計綜合設備運行效率OEE，為用戶提供了可計量的運營效益。

綜上所述，我們可以得出以下結論：

1、PackML所體現的OT-IT融合，不是為某個具體個案給出的解決方案，它是一種為細分行業給出的完整的解決方案。之所以稱得上完整，是因為從機械設備和制造單元的運行模式和狀態圖建模到PLC的應用程序設計和不同PLC之間的通信和數據交換，再到與生產監控和管理系統的數據通信實現了語義層面的可互操作性，都建立了相應的經過多年實際運行驗證的規范。這一種為細分行業開創的由上層管理到中間的通信，再到底層的運動控制的貫通所體現出的OT-IT融合方式可以說是史無前例。

2、從PackML的整體架構和設計看，其OT-IT的融合已經很好地融入和體現了包裝行業的工程技術ET。

3、PackML盡管是為包裝行業的機械設備集成設計的架構，涵蓋了機械設備的橫向集成和運行管理的縱向集成所需要的各種功能性，但是其概念、策略和架構完全可以適用于幾乎所有的機械設備集成系統，特別是所有運用順序控制工藝的產線。只要另行定義運動控制的專用功能塊和具體的診斷系統，完全可以應用到壓鑄、壓力加工（鍛壓等）、注塑等機械控制中。

4、當一條產線為提高產能和平衡生產節拍，需要增添一臺或幾臺設備的時候，其最大的成本不是機械設備本身的價值，而是軟件和通信集成、與其它設備的集成、與運營管理系統的集成和與云系統的集成所需要的成本。PackML多年來的實踐證明，它的架構、理念和方法可以在很大程度上降低軟件和通信集成的成本，加快集成的速度。

PackML已在美、歐、日獲得廣泛支持，Rockwell、安川、三菱電機、OMRON、貝加萊、倍福等均已在自己產品中應用。國內也在科技自動化聯盟的組織下成立工作組開展了PackML的實踐推廣活動。可以預見，PackML將在OT和IT融合的道路上不斷深入，以低成本和自下而上的特色在市場上取得更多成功。

我們認為，PackML主導的自上而下的柔性控制機制正是我國目前急需解決的短板。尤其是我國許多企業將智能制造理解為自動化的簡單提升，并且已經進行了大量建設的現實情況下，后續的改進和提高完全可以借鑒PackML的思路和理念。另外，我們還應該我國在制定面向行業的標準規范，以及組合應用現有的各種標準規范的能力和意識，與美國、德國等還有很大的差距，我們必須迎頭趕上。

作者簡介

彭瑜，教授級高工，上海工業自動化儀表研究院技術顧問，PLCopen中國組織名譽主席，工信部智能制造標準化體系建設工作組專家，國家智能制造標準化協調推進組專家咨詢組專家。