作者：彭昭（智次方創(chuàng)始人、云和資本聯(lián)合創(chuàng)始合伙人）
這是我的第366篇專欄文章。
作為一名自動化專業(yè)的畢業(yè)生，雖然我所從事的領(lǐng)域已經(jīng)與專業(yè)相去甚遠(yuǎn)，但每當(dāng)目睹工業(yè)自動化領(lǐng)域的最新進(jìn)展，內(nèi)心總是難掩激動。
2023年7月，我曾撰文《軟硬件解耦勢頭強(qiáng)勁，開放自動化成為新共識，PLC正沿著虛擬化之路“狂飆”》。彼時(shí)，以虛擬PLC為抓手的開放自動化猶如一股颶風(fēng)，掀起了工業(yè)自動化界的技術(shù)新浪潮。
而今天，夢想照進(jìn)現(xiàn)實(shí)，我們終于見證了這場浪潮的最新“登陸點(diǎn)”——在過程自動化領(lǐng)域。埃克森美孚位于路易斯安那州巴吞魯日的工廠正式成功運(yùn)行了全球首個(gè)100控制器量級的開放過程自動化（Open Process Automation，OPA）系統(tǒng)，標(biāo)志著開放過程自動化正式邁入“實(shí)戰(zhàn)元年”。
用埃克森美孚工程師們的話說，這不僅是一次架構(gòu)的進(jìn)化，更是一場關(guān)于工業(yè)控制系統(tǒng)本質(zhì)的重構(gòu)。
埃克森美孚技術(shù)與工程部的Dave Hedge曾經(jīng)歷了21次過程控制系統(tǒng)的轉(zhuǎn)換。他表示，從傳統(tǒng)DCS系統(tǒng)遷移到OPA系統(tǒng)的差異，就像是從使用鉛筆和紙張轉(zhuǎn)變?yōu)槭褂闷桨咫娔X一樣巨大。
埃克森美孚的研發(fā)團(tuán)隊(duì)負(fù)責(zé)人David DeBari更是將OPA稱為一次“量子躍遷”（quantum leap forward），相當(dāng)于控制技術(shù)從機(jī)械時(shí)代躍升至數(shù)字時(shí)代那樣的跨越。
這不僅是一個(gè)架構(gòu)的變化，更是一次工業(yè)神經(jīng)系統(tǒng)的重編碼。
因此，在今天這篇文章中，我們將一起探索這項(xiàng)最新進(jìn)展：為什么這一突破不僅僅是技術(shù)的勝利，更是工業(yè)新思維的勝利?以及它將如何重塑我們的工業(yè)控制系統(tǒng)，乃至智能工廠的未來?
從“狂飆”到“落地”：OPA燈塔點(diǎn)亮
2025年3月，埃克森美孚公布了一項(xiàng)重大進(jìn)展：位于美國巴吞魯日的樹脂精煉廠已全面運(yùn)行基于O-PAS標(biāo)準(zhǔn)的開放流程自動化系統(tǒng)。
在過程自動化領(lǐng)域，創(chuàng)新向來不易。據(jù)工程師們透露，埃克森美孚的這項(xiàng)OPA努力歷時(shí)16年，終于取得了豐碩的成果。
早在2018年初見成效之時(shí)，埃克森美孚就為OPA技術(shù)申請了專利，并在隨后將其無償捐贈給國際開放標(biāo)準(zhǔn)組織，以期推動整個(gè)行業(yè)的標(biāo)準(zhǔn)化進(jìn)程。2020年，埃克森美孚位于新澤西州的研究中心首次實(shí)現(xiàn)了OPA控制系統(tǒng)在高溫高壓條件下的運(yùn)行驗(yàn)證，為后續(xù)商業(yè)部署奠定了堅(jiān)實(shí)基礎(chǔ)。
正如埃克森美孚首席自動化與過程控制工程師Whit McConnell所言：“轉(zhuǎn)向開放、安全、基于標(biāo)準(zhǔn)的系統(tǒng)將有助于促進(jìn)創(chuàng)新，并提高自動化投資的回報(bào)。”
通過實(shí)際部署，埃克森美孚不僅為自身鋪平了轉(zhuǎn)型之路，也為整個(gè)行業(yè)提供了典范。
100個(gè)控制器+1000個(gè)I/O點(diǎn)+虛擬化調(diào)度
軟硬件徹底解耦，組件可替換、可插拔、可互操作
系統(tǒng)上線到投產(chǎn)僅數(shù)周內(nèi)完成，運(yùn)行穩(wěn)定
節(jié)省大約50%系統(tǒng)成本
實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程運(yùn)維，工程師首次“離廠休假”
這個(gè)項(xiàng)目的成功意味著OPA已經(jīng)不再是實(shí)驗(yàn)室里的“概念”，也不僅僅是局部驗(yàn)證的成果，而是每天穩(wěn)定運(yùn)行、交付真實(shí)產(chǎn)出的完整過程控制系統(tǒng)。這不僅是從1到100數(shù)量的積累，更是多家工控供應(yīng)商協(xié)同的杰作，揭示了系統(tǒng)可擴(kuò)展性和可靠性的質(zhì)的飛躍。
項(xiàng)目實(shí)施之后，現(xiàn)場操作員甚至可以安心“離廠度假”，不再像過去那樣隨時(shí)準(zhǔn)備“搶修D(zhuǎn)CS”。據(jù)埃克森美孚工程師Toriano Jackson描述：“我曾在這里支持3套DCS系統(tǒng)14年，現(xiàn)在終于可以去度假了。”
埃克森美孚用行動告訴我們：開放自動化，不僅能跑，而且跑得穩(wěn)、跑得快、跑得值。
與傳統(tǒng)DCS相比，OPA的成本優(yōu)勢不是“略低”，而是接近“腰斬”，這背后有著深刻的邏輯。
根據(jù)開放過程自動化聯(lián)盟COPA的最新成本分析，采用OPA架構(gòu)的系統(tǒng)在初始投入和生命周期總擁有成本（TCO）上，相較傳統(tǒng)DCS節(jié)省幅度高達(dá)47~52%，核心結(jié)論包括：
系統(tǒng)硬件與軟件初始成本節(jié)省≥52%
系統(tǒng)集成總成本節(jié)省≥10%
25年生命周期總擁有成本節(jié)省47%~70%（視系統(tǒng)復(fù)雜度而定）
節(jié)省的核心原因在于：
軟硬件解耦：控制器與I/O分離，升級時(shí)無需更換整套設(shè)備；
虛擬化部署：控制器運(yùn)行在標(biāo)準(zhǔn)服務(wù)器中，支持快速擴(kuò)展與維護(hù)；
標(biāo)準(zhǔn)化通信與接口：打破廠商綁定，降低維護(hù)與集成成本。
通過對比多套DCS系統(tǒng)與OPA架構(gòu)，結(jié)果顯示：在排除現(xiàn)場設(shè)備與電纜的前提下，僅控制系統(tǒng)部分，OPA平均生命周期成本僅為傳統(tǒng)系統(tǒng)的一半。
在工業(yè)控制領(lǐng)域盤亙多年的掣肘是DCS、PLC的硬件往往和軟件捆綁，造成了不同廠家的產(chǎn)品不但沒有兼容性、互操作性，而且在系統(tǒng)和軟件升級的時(shí)候，用戶只能依賴原來的廠家。一旦服務(wù)缺失（譬如備件不能供應(yīng)、難以引進(jìn)新的軟件技術(shù)等），最終用戶是無能為力的。
這一壁壘橫亙在工業(yè)自動化行業(yè)面前，大大制約了進(jìn)一步的高質(zhì)量發(fā)展。
OPA燈塔項(xiàng)目的點(diǎn)亮，猶如過程自動化領(lǐng)域也迎來了“安卓時(shí)刻”。類似于智能手機(jī)的開放生態(tài)，OPA正在為工業(yè)自動化打造一個(gè)“應(yīng)用市場”，未來可能出現(xiàn)更多的基于標(biāo)準(zhǔn)平臺的“工業(yè)APP”。
還有一個(gè)轉(zhuǎn)變正在默默發(fā)生，也就是控制系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)了從“控制”到“賦能”的蛻變，傳統(tǒng)DCS是被動執(zhí)行，而OPA通過邊緣計(jì)算和AI，讓控制器從單純的執(zhí)行者變?yōu)闆Q策的賦能者。
從“去DCS”到“重新定義控制系統(tǒng)”：開放自動化的真義
很多人將開放自動化理解為“去中心化”或“去DCS”，但這只是表象。就如安卓系統(tǒng)的本質(zhì)并非“去蘋果”，而是通過標(biāo)準(zhǔn)化接口和虛擬化抽象層，構(gòu)建起多廠商協(xié)同創(chuàng)新的生態(tài)平臺。真正的變革并非“去掉誰”，而是徹底改變“誰做什么”和“怎么做”。
開放自動化的核心不在于“開放代碼”或“開放硬件”，而在于“接口標(biāo)準(zhǔn)化+架構(gòu)解耦+生態(tài)共建”。它的本質(zhì)，是一次從“封閉系統(tǒng)”向“平臺操作系統(tǒng)”的躍遷。
就像安卓系統(tǒng)通過抽象層實(shí)現(xiàn)了應(yīng)用生態(tài)的爆發(fā)，OPA正在將控制系統(tǒng)變成真正意義上的“工業(yè)APP平臺”：
控制器不再綁定特定硬件，而是運(yùn)行在虛擬環(huán)境中
各類控制邏輯封裝為“功能塊”，可跨平臺部署
控制系統(tǒng)也將擁有“應(yīng)用商店”模式，支持快速調(diào)用與升級
埃克森美孚的做法帶來了三大模式轉(zhuǎn)移：
從產(chǎn)品到平臺：控制系統(tǒng)不再是硬件綁定的“黑盒”，而是軟件定義、可編排的“計(jì)算平臺”。
從項(xiàng)目到生態(tài)：OPA由多方共建（殼牌、橫河電機(jī)、中控技術(shù)等），形成“平臺+模塊”的商業(yè)模式。
從升級到演進(jìn)：控制系統(tǒng)不再是20年一換的“大手術(shù)”，而是像手機(jī)系統(tǒng)一樣，在線滾動升級、實(shí)時(shí)演進(jìn)。
這正是埃克森美孚工程師所說的“quantum leap forward”（量子躍遷）的威力。
OPA的開放性不僅體現(xiàn)在硬件解耦上，更體現(xiàn)在過程控制系統(tǒng)正逐步演化為“工業(yè)APP平臺”。
就像智能手機(jī)可以安裝各種APP一樣，OPA賦予了過程控制系統(tǒng)“模塊化功能調(diào)用”的能力，使得供應(yīng)商、開發(fā)者、用戶可以按需組合、快速部署、即插即用。
可以認(rèn)為OPA的技術(shù)路線實(shí)現(xiàn)了真正的IT/OT融合：
控制器啟動時(shí)間<18分鐘，支持容器運(yùn)行、鏡像調(diào)用、遠(yuǎn)程維護(hù)；
支持Linux+OPC UA+微服務(wù)架構(gòu)，打破傳統(tǒng)OT系統(tǒng)“黑箱”的思維；
運(yùn)維模式從“重部署”轉(zhuǎn)向“輕更新”，讓控制系統(tǒng)像手機(jī)系統(tǒng)一樣自動升級補(bǔ)丁。
OPA不是把IT搬進(jìn)工廠，而是讓OT具備IT的演進(jìn)能力。同時(shí)讓OT產(chǎn)生了追趕IT的時(shí)間壓縮效應(yīng)：開放生態(tài)將技術(shù)迭代周期從數(shù)年縮短至數(shù)月，加速產(chǎn)業(yè)進(jìn)化。
結(jié)合虛擬PLC與OPA燈塔項(xiàng)目，我們看到工業(yè)控制系統(tǒng)正在經(jīng)歷一場深層次的重塑：
這意味著：工業(yè)過程控制的下一代操作系統(tǒng)，正在成型。
OPA的技術(shù)核心之一是基于IEC 61499標(biāo)準(zhǔn)的功能塊模型。這些功能塊將控制邏輯模塊化、標(biāo)準(zhǔn)化，可運(yùn)行于任何兼容平臺，實(shí)現(xiàn)“一次開發(fā)，多處部署”。
在OPA架構(gòu)下，控制邏輯被封裝為可移植的功能塊。這些功能塊結(jié)合OPC UA和容器技術(shù)，構(gòu)建了一個(gè)“控制系統(tǒng)的APP應(yīng)用市場”：
模型預(yù)測控制（MPC）等高級算法嵌入功能塊中，遠(yuǎn)超傳統(tǒng)PID性能；
功能塊可運(yùn)行于不同廠商控制器中，實(shí)現(xiàn)“一次開發(fā)，多處部署”；
與OPC UA方法調(diào)用（method-call）機(jī)制結(jié)合，實(shí)現(xiàn)“軟件即服務(wù)”的實(shí)時(shí)調(diào)用；
未來可通過“控制APP應(yīng)用市場”形式進(jìn)行開放式功能發(fā)布與下載。
控制系統(tǒng)正走向“應(yīng)用商店”模式，真正擁抱DevOps和微服務(wù)理念。這意味著：控制系統(tǒng)從“寫死在硬件里的功能”，變成了“可以像積木一樣組合調(diào)用的服務(wù)”。
雖然OPA的體系結(jié)構(gòu)為成本與創(chuàng)新打開了空間，但也需正視其系統(tǒng)集成的現(xiàn)實(shí)難點(diǎn)：
初期系統(tǒng)集成成本略高，因需連接多廠商組件與軟件協(xié)議；
HMI自動重連等功能尚未完全成熟，需不斷完善生態(tài)工具鏈；
標(biāo)準(zhǔn)普及度需進(jìn)一步提升，如模塊封裝、部署工具、認(rèn)證等仍待完善；
工程師的角色需從“配置者”轉(zhuǎn)向“系統(tǒng)編排者”。
但隨著項(xiàng)目復(fù)制、廠商適配、工具鏈成熟，集成成本將大幅下降，并最終通過“開發(fā)套件+模塊商店”方式快速部署。正如埃克森美孚的工程師所言：“OPA的最大價(jià)值在于，它不是一次性集成，而是一個(gè)可復(fù)用、可演進(jìn)的生態(tài)系統(tǒng)。”
打造“國產(chǎn)OPA”的黃金窗口期
在我們熟悉的PC世界中，Office、Photoshop、WPS都已經(jīng)從“本地安裝”走向“云端調(diào)用”。類似的變革，正在自動化領(lǐng)域悄然上演。
虛擬PLC和OPA是起點(diǎn)，平臺化控制是方向，生態(tài)協(xié)同是底座。在OPA標(biāo)準(zhǔn)下，控制系統(tǒng)將以“軟件包+通用硬件+云邊混合部署”的形式存在。未來的控制器，不再是一塊硬邦邦的設(shè)備，而是一種可被調(diào)用、可被組合的“控制能力”。這為“PLC即服務(wù)”打開了大門，也為中小企業(yè)部署先進(jìn)控制系統(tǒng)提供了可能性。
OPA的意義不僅局限于能源行業(yè)，還將惠及食品飲料、汽車、制藥、冶金、礦業(yè)等眾多制造場景。這意味著，OPA不只是埃克森美孚這家“能源巨頭的游戲”，而是“所有制造業(yè)的未來”。
作為工業(yè)大國，OPA對中國而言是一個(gè)明顯的機(jī)遇，我們或許正處于打造“國產(chǎn)OPA”的黃金窗口期。
中國在自動化系統(tǒng)、工業(yè)控制、邊緣計(jì)算等領(lǐng)域并不缺乏技術(shù)積累，缺的是標(biāo)準(zhǔn)共識與生態(tài)協(xié)同。在PLC、SCADA、邊緣計(jì)算、工業(yè)網(wǎng)絡(luò)等領(lǐng)域，中國已有深厚積淀。但在OPA生態(tài)建設(shè)上仍屬早期階段，這意味著我們正享有“后發(fā)優(yōu)勢”的戰(zhàn)略機(jī)遇期。
這些機(jī)遇包括：
標(biāo)準(zhǔn)參與窗口：積極參與O-PAS、OPC UA、IEC 61499等國際標(biāo)準(zhǔn)制定，推動“中國貢獻(xiàn)”。
打造燈塔項(xiàng)目窗口：鼓勵頭部企業(yè)牽頭試點(diǎn)“國產(chǎn)OPA”工程。
平臺商業(yè)模式窗口：推動“控制器即平臺、PLC即服務(wù)”的新商業(yè)模式，重塑盈利邏輯。
未來的勝利，不屬于某一家廠商，而屬于標(biāo)準(zhǔn)與生態(tài)。
2025年3月11日，OPC基金會宣布其董事會新增三位成員，華為工業(yè)數(shù)字化首席戰(zhàn)略官胡靜宜博士位列其中。靜宜博士成為首位擔(dān)任OPC基金會董事的中國人，華為也是第一家進(jìn)入OPC基金會董事會的中國公司，這具有里程碑式的意義。
從OPA燈塔項(xiàng)目的參與方角度來看，國內(nèi)具備擎天之力的企業(yè)眾多。舉例而言，2024年9月底，中國石化資本投資入股和利時(shí)自動化公司，豐富了中石化在工業(yè)自動化領(lǐng)域的投資布局。這表明中石化已經(jīng)擁有實(shí)施國產(chǎn)OPA工程的場景、技術(shù)和實(shí)力。
展望未來，AI+OPA開放架構(gòu)將成為自主工廠的起點(diǎn)。埃克森美孚項(xiàng)目展示了OPA與AI、數(shù)字孿生的天然融合能力。未來，控制系統(tǒng)將具備：
自適應(yīng)能力（Adaptive）：根據(jù)實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)自動優(yōu)化控制邏輯
自修復(fù)能力（Self-healing）：識別故障、自動切換控制路徑
自協(xié)同能力（Collaborative）：跨設(shè)備、跨系統(tǒng)、跨工藝聯(lián)動
如果說虛擬PLC是一個(gè)突破口，那么OPA就是重構(gòu)整個(gè)工業(yè)控制體系的通道。AI不會取代控制系統(tǒng)，但開放架構(gòu)將為AI提供連接與落地的土壤。正如自動駕駛需要自動變速箱一樣，智能制造需要開放控制系統(tǒng)。
AI+OPA，重構(gòu)自主制造的神經(jīng)系統(tǒng)。OPA不僅解耦了控制系統(tǒng)的“肌肉”，更為AI等智能算法騰出了“神經(jīng)中樞”。
未來可預(yù)見的三大趨勢包括：
軟件定義控制系統(tǒng)（Software-Defined-DCS）將成為主流架構(gòu)；
AI驅(qū)動的自主優(yōu)化將嵌入功能塊，實(shí)現(xiàn)“自調(diào)參、自修復(fù)、自協(xié)同”；
全生命周期數(shù)字孿生將在OPA平臺上運(yùn)行，打造真正的“自驅(qū)工廠”。
控制系統(tǒng)不再是自動化的終點(diǎn)，而是智能制造的起點(diǎn)。OPA的真正價(jià)值在于它開啟了無限可能的創(chuàng)新空間。
寫在最后
埃克森美孚的OPA燈塔項(xiàng)目，不僅點(diǎn)亮了過程自動化的未來，更為智能制造的創(chuàng)新空間開啟了一扇大門。
從虛擬PLC到OPA，從“軟硬件解耦”到“生態(tài)協(xié)同”，工業(yè)自動化正經(jīng)歷一場深刻的范式重塑。這不僅僅是技術(shù)的進(jìn)步，更是思維的革新。開放性、互操作性、即插即用，正成為新一代工業(yè)控制系統(tǒng)的關(guān)鍵詞。
對于中國而言，這既是挑戰(zhàn)，更是機(jī)遇。
參考資料：
1.軟硬件解耦勢頭強(qiáng)勁，開放自動化成為新共識，PLC正沿著虛擬化之路“狂飆”，作者：彭昭，來源：物聯(lián)網(wǎng)智庫2.New insights: 100-controller ExxonMobil Open Process Automation，作者：Mark T. Hoske，來源：Control Engineering3.A “quantum leap forward”: We’re pioneering a new automation technology that could transform manufacturing，來源：ExxonMobil
