模塊型封裝面臨決定性的一步

文/ Sabine Mühlenkamp

本文作者系德文版PROCESS自由撰稿人。

關(guān)于模塊型封裝（MTP）的激烈探討——NAMUR(國際過程工業(yè)自動化用戶協(xié)會)首次花了半天的時間，在一次在線會議上詳細討論了模塊型封裝（MTP）的主題。正如NAMUR協(xié)會董事會主席Felix Hanisch博士所證實的那樣：“我認為我們已經(jīng)通過模塊型封裝（MTP）取得了非凡的成就?，F(xiàn)在的當務之急是成功地將模塊型封裝（MTP）付諸實踐”。為了確保這項工作的成功， Profibus用戶組織（PNO）在2021年秋天被聘為主辦方。PNO將主要負責國際標準化、營銷、認證、測試、培訓和研討會等任務。

在技術(shù)方面，圍繞模塊型封裝（MTP）的工作也在取得進展。與此同時，NAMUR其他的建議，如NE185 “PLT資格要求”和NE187 “模塊化系統(tǒng)的POL要求”也正在制定中。此外，一個新的工作組AK 2.12 “流程編排”已經(jīng)成立。贏創(chuàng)的Christian Bramsiepe先生呼吁運營商確保在實踐中進一步推動這一主題并將其推廣到工廠：“我們必須在市場上要求模塊化系統(tǒng)，包括相應的自動化，最重要的是，在公司內(nèi)部進一步推動這一概念。模塊型封裝（MTP）的概念還沒有普及到各地。”

安全性和靈活性

安全性的話題毫無意外地成為了模塊化自動化的焦點，尤其是當安全技術(shù)很難實現(xiàn)靈活性的情況。在這方面，德累斯頓工業(yè)大學的Anselm Klose先生提出了一個概念，即如何能夠以不太費力的方式實現(xiàn)這一目標?！爱斘覀冞\營一個模塊化系統(tǒng)時，它應該是安全的，但也要盡可能簡單?！盞lose先生描述了這種窘境。在此，一個決定性因素就是：從一開始就必須考慮到安全技術(shù)，例如通過工藝設(shè)計、選擇工藝設(shè)備組件（PEA）配置和選擇工廠拓撲結(jié)構(gòu)。一方面對于模塊內(nèi)安全措施，工藝設(shè)備組件具備自己完整的模塊內(nèi)安全儀表系統(tǒng)（SIS）。另一方面，對于總體概念來說，需要一個具有功能性的安全編排層（fSOL）的模塊間安全概念。為此需要一個安全的模塊型封裝（MTP）。

此外，還有一個問題就是：哪些任務可以外包給工藝設(shè)備組件（PEA）制造商，哪些屬于安全的模塊型封裝（MTP）。Klose先生已經(jīng)發(fā)現(xiàn)了開發(fā)模塊內(nèi)和模塊間安全概念的解決方案。即使人們還不清楚最終的應用是什么樣子，這一點也必須適用。目前，德累斯頓工業(yè)大學正在研究哪種工藝設(shè)備組件（PEA）和系統(tǒng)的安全策略是最好且最實用的解決方案。德累斯頓工業(yè)大學的Florian Pelzer先生在P20實驗室現(xiàn)場展示了他們的安全概念。

如果有一個模塊單元出現(xiàn)故障，該怎么辦？

即使在模塊化的世界里，組件有時也會失效，但到目前為止，這方面的重點更多地被放在了工藝設(shè)備組件（PEA）的可用性上。科思創(chuàng)公司的Marc Birken Birkenkamp先 生 說：“目前我們?nèi)栽诿髦?，但我們想知道如果一個執(zhí)行器被鎖定或工藝設(shè)備組件（PEA）中的程序沒有啟動，該怎么辦?！盢E 184 “模塊化工藝單元的診斷和維護功能 ”能提供這方面的支持。除了引入監(jiān)測和優(yōu)化層（MOL）外，還有一種整體方法就是將模塊型封裝（MTP）和NOA信息聯(lián)系起來，并提供4種相互依存的診斷配置文件以便于輸入。

制造執(zhí)行系統(tǒng)而不是控制系統(tǒng)？

巴斯夫的Nils Richter博士帶來了一個有趣的觀點：當流程編排發(fā)生在制造執(zhí)行系統(tǒng)（MES）中而不再是傳統(tǒng)的過程控制系統(tǒng)中時，實際上會發(fā)生什么？這樣做的好處是，化學家可以設(shè)計他的工藝。與其他IT系統(tǒng)的靈活連結(jié)將成為可能，例如集成ERP、LIMS或數(shù)據(jù)庫。來自生產(chǎn)和內(nèi)部物流的其他單元也可以通過即插即用的方式進行集成。由于其操作簡單，在這個過程中可以加入人工操作，例如手工掃描條碼。集成新的模塊單位可以節(jié)省大量時間，而且可以更快地將新產(chǎn)品推廣市場。理論上是這樣，但實際上又是怎樣呢？

巴斯夫與ABB和菲尼克斯電氣一起，通過使用一個開放的自動化演示器，大膽嘗試了以不同的方式編排模塊型封裝（MTP）模塊。該演示器由4個自動化模塊組成，每個模塊都代表1個連貫的傳感器和執(zhí)行器組，并有自己的控制器（分布式控制節(jié)點）。

控制器的編程符合模塊型封裝（MTP）標準，包括工程文件、服務和狀態(tài)自動化，以及作為編排層的制造執(zhí)行系統(tǒng)（MES）。“先決條件是基于狀態(tài)的控制，以便MES可以承擔它本來不打算執(zhí)行的任務?！盧ichter先生解釋說。此外，市面上的MES產(chǎn)品必須實施模塊型封裝（MTP）標準，并與工作流程工具相結(jié)合。

至少在開放式自動化演示器上，人們的期望得到了滿足。這3家企業(yè)成功地實現(xiàn)了高效的工程設(shè)計，在集成模塊單元時可節(jié)省高達70%的時間。從長遠來看，他們希望通過提高透明度和優(yōu)化操作流程，來實現(xiàn)更高的產(chǎn)品質(zhì)量和交付可靠性。

人們可以從演示器中推斷出現(xiàn)實嗎？Richter先生的回答很明確：“當然，仍然會有很大一部分任務只能用經(jīng)典的分散控制系統(tǒng)（DCS）來解決。但我們也明確地發(fā)現(xiàn)了大量不再需要使用分散控制系統(tǒng)（DCS）的任務?！?/p>

實踐中的模塊型封裝（MTP）

最后，默克公司的Sebastian H?rter先生和西門子的Matthias Berenz先生一起展示了默克公司在生產(chǎn)過程中首次使用流程編排層（POL）。他們兩個人都對這項技術(shù)充滿熱情，即使目前在實際執(zhí)行中出現(xiàn)了一些問題。

對于他們來說，障礙之一是模塊型封裝（MTP）的標準（VDI/VDE 2658）尚未最終確定并在實踐中得到驗證。雖然許多原始設(shè)備制造商對這一主題表現(xiàn)出普遍的興趣，但表示在標準確定好之前不愿加入進來。此外，目前有市場上只有少數(shù)標準工具可供模塊制造商使用，例如用來創(chuàng)建MTP的模塊型封裝（MTP）生成器。這同樣適用于流程編排層（POL）的核心功能，這是跨POL使用模塊的前提條件。

特別是在GMP系統(tǒng)中，也存在一些待解決的問題，特別是在PEA和POL之間的交互、數(shù)據(jù)處理、審計跟蹤、用戶管理以及編排驗證等方面。盡管如此，H?rter先生和Berenz先生還是堅信模塊型封裝（MTP）的發(fā)展方向是正確的。

其他部門也對模塊型封裝（MTP）概念感興趣

那些認為模塊型封裝（MTP）只與精細化工和制藥行業(yè)相關(guān)的人們，已經(jīng)被Semodia公司的Henry Bloch先生證明是錯誤的。其他行業(yè)也正以極大的興趣關(guān)注模塊型封裝（MTP）的實際實施。以下僅舉幾個例子。

在涉及到船只巡航過程實現(xiàn)自動化時，這些模塊往往無法組合在一起，這需要相應的高額外工作。這里的挑戰(zhàn)是造船時間、在海上進行的調(diào)試和驗收所付出的精力都是非常多的。連接接口的時間越長，成本就越高。如果使用模塊型封裝（MTP）的話，由于模塊和封裝單元更容易整合，昂貴的船廠時間應該就會大大減少。

氫能行業(yè)對模塊型封裝（MTP）感到非常興奮。未來，電解裝置將會在移動容器制造中被制造出來。但目前已經(jīng)可以預見到，這些電解裝置會是非常不同的。而模塊型封裝（MTP）提供了集成這些模塊的可能性。

過程分析技術(shù)的用戶也表現(xiàn)出極大的興趣。這里包含了大量的設(shè)備、技術(shù)和制造商。PAT系統(tǒng)的集成仍然非常復雜。這在未來也可以通過使用MTP變得更容易。