開放自動化OPA完成“量子躍遷”進入“實戰元年”，過程自動控制迎來全面安卓化

2025-05-13 12:44 物聯網智庫

作者：彭昭（智次方創始人、雲和資本聯合創始合夥人）
物聯網智庫 原創/整理釋出/轉載
這是我的第366篇專欄文章。
作為一名自動化專業的畢業生，雖然我所從事的領域已經與專業相去甚遠，但每當目睹工業自動化領域的最新進展，內心總是難掩激動。
2023年7月，我曾撰文《軟硬體解耦勢頭強勁，開放自動化成為新共識，PLC正沿著虛擬化之路“狂飆”》。彼時，以虛擬PLC為抓手的開放自動化猶如一股颶風，掀起了工業自動化界的技術新浪潮。
而今天，夢想照進現實，我們終於見證了這場浪潮的最新“登陸點”——在過程自動化領域。埃克森美孚位於路易斯安那州巴吞魯日的工廠正式成功運行了全球首個100控制器量級的開放過程自動化（Open Process Automation，OPA）系統，標誌著開放過程自動化正式邁入“實戰元年”。
用埃克森美孚工程師們的話說，這不僅是一次架構的進化，更是一場關於工業控制系統本質的重構。
埃克森美孚技術與工程部的Dave Hedge曾經歷了21次過程控制系統的轉換。他表示，從傳統DCS系統遷移到OPA系統的差異，就像是從使用鉛筆和紙張轉變為使用平板電腦一樣巨大。
埃克森美孚的研發團隊負責人David DeBari更是將OPA稱為一次“量子躍遷”（quantum leap forward），相當於控制技術從機械時代躍升至數字時代那樣的跨越。
這不僅是一個架構的變化，更是一次工業神經系統的重編碼。
因此，在今天這篇文章中，我們將一起探索這項最新進展：為什麼這一突破不僅僅是技術的勝利，更是工業新思維的勝利?以及它將如何重塑我們的工業控制系統，乃至智慧工廠的未來?

從“狂飆”到“落地”：OPA燈塔點亮

2025年3月，埃克森美孚公佈了一項重大進展：位於美國巴吞魯日的樹脂精煉廠已全面執行基於O-PAS標準的開放流程自動化系統。

在過程自動化領域，創新向來不易。據工程師們透露，埃克森美孚的這項OPA努力歷時16年，終於取得了豐碩的成果。
早在2018年初見成效之時，埃克森美孚就為OPA技術申請了專利，並在隨後將其無償捐贈給國際開放標準組織，以期推動整個行業的標準化程序。2020年，埃克森美孚位於新澤西州的研究中心首次實現了OPA控制系統在高溫高壓條件下的執行驗證，為後續商業部署奠定了堅實基礎。
正如埃克森美孚首席自動化與過程控制工程師Whit McConnell所言：“轉向開放、安全、基於標準的系統將有助於促進創新，並提高自動化投資的回報。”
透過實際部署，埃克森美孚不僅為自身鋪平了轉型之路，也為整個行業提供了典範。
  • 100個控制器+1000個I/O點+虛擬化排程

  • 軟硬體徹底解耦，元件可替換、可插拔、可互操作

  • 系統上線到投產僅數週內完成，執行穩定

  • 節省大約50%系統成本

  • 實現遠端運維，工程師首次“離廠休假”
這個專案的成功意味著OPA已經不再是實驗室裡的“概念”，也不僅僅是區域性驗證的成果，而是每天穩定執行、交付真實產出的完整過程控制系統。這不僅是從1到100數量的積累，更是多家工控供應商協同的傑作，揭示了系統可擴充套件性和可靠性的質的飛躍。
專案實施之後，現場操作員甚至可以安心“離廠度假”，不再像過去那樣隨時準備“搶修DCS”。據埃克森美孚工程師Toriano Jackson描述：“我曾在這裡支援3套DCS系統14年，現在終於可以去度假了。”
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、跑得快、跑得值。
與傳統DCS相比，OPA的成本優勢不是“略低”，而是接近“腰斬”，這背後有著深刻的邏輯。
根據開放過程自動化聯盟COPA的最新成本分析，採用OPA架構的系統在初始投入和生命週期總擁有成本（TCO）上，相較傳統DCS節省幅度高達47~52%，核心結論包括：
  • 系統硬體與軟體初始成本節省≥52%

  • 系統整合總成本節省≥10%

  • 25年生命週期總擁有成本節省47%~70%（視系統複雜度而定）
節省的核心原因在於：
  • 軟硬體解耦：

    控制器與I/O分離，升級時無需更換整套裝置；

  • 虛擬化部署：

    控制器執行在標準伺服器中，支援快速擴充套件與維護；

  • 標準化通訊與介面：打破廠商繫結，降低維護與整合成本。
透過對比多套DCS系統與OPA架構，結果顯示：在排除現場裝置與電纜的前提下，僅控制系統部分，OPA平均生命週期成本僅為傳統系統的一半。
在工業控制領域盤亙多年的掣肘是DCS、PLC的硬體往往和軟體捆綁，造成了不同廠家的產品不但沒有相容性、互操作性，而且在系統和軟體升級的時候，使用者只能依賴原來的廠家。一旦服務缺失（譬如備件不能供應、難以引進新的軟體技術等），終端使用者是無能為力的。
這一壁壘橫亙在工業自動化行業面前，大大制約了進一步的高質量發展。
OPA燈塔專案的點亮，猶如過程自動化領域也迎來了“安卓時刻”。類似於智慧手機的開放生態，OPA正在為工業自動化打造一個“應用市場”，未來可能出現更多的基於標準平臺的“工業APP”。
還有一個轉變正在默默發生，也就是控制系統實現了從“控制”到“賦能”的蛻變，傳統DCS是被動執行，而OPA透過邊緣計算和AI，讓控制器從單純的執行者變為決策的賦能者。

從“去DCS”到“重新定義控制系統”：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。就如安卓系統的本質並非“去蘋果”，而是透過標準化介面和虛擬化抽象層，構建起多廠商協同創新的生態平臺。真正的變革並非“去掉誰”，而是徹底改變“誰做什麼”和“怎麼做”。
開放自動化的核心不在於“開放程式碼”或“開放硬體”，而在於“介面標準化+架構解耦+生態共建”。它的本質，是一次從“封閉系統”向“平臺作業系統”的躍遷。
就像安卓系統透過抽象層實現了應用生態的爆發，OPA正在將控制系統變成真正意義上的“工業APP平臺”：
  • 控制器不再繫結特定硬體，而是執行在虛擬環境中

  • 各類控制邏輯封裝為“功能塊”，可跨平臺部署

  • 控制系統也將擁有“應用商店”模式，支援快速呼叫與升級
埃克森美孚的做法帶來了三大模式轉移：
  • 從產品到平臺：

    控制系統不再是硬體繫結的“黑盒”，而是軟體定義、可編排的“計算平臺”。

  • 從專案到生態：

    OPA由多方共建（殼牌、橫河電機、中控技術等），形成“平臺+模組”的商業模式。

  • 從升級到演進：控制系統不再是20年一換的“大手術”，而是像手機系統一樣，線上滾動升級、即時演進。
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的開放性不僅體現在硬體解耦上，更體現在過程控制系統正逐步演化為“工業APP平臺”。
就像智慧手機可以安裝各種APP一樣，OPA賦予了過程控制系統“模組化功能呼叫”的能力，使得供應商、開發者、使用者可以按需組合、快速部署、即插即用。
可以認為OPA的技術路線實現了真正的IT/OT融合：
  • 控制器啟動時間<18分鐘，支援容器執行、映象呼叫、遠端維護；

  • 支援Linux+OPC UA+微服務架構，打破傳統OT系統“黑箱”的思維；

  • 運維模式從“重部署”轉向“輕更新”，讓控制系統像手機系統一樣自動升級補丁。
OPA不是把IT搬進工廠，而是讓OT具備IT的演進能力。同時讓OT產生了追趕IT的時間壓縮效應：開放生態將技術迭代週期從數年縮短至數月，加速產業進化。
結合虛擬PLC與OPA燈塔專案，我們看到工業控制系統正在經歷一場深層次的重塑：
這意味著：工業過程控制的下一代作業系統，正在成型。

OPA的技術核心之一是基於IEC 61499標準的功能塊模型。這些功能塊將控制邏輯模組化、標準化，可運行於任何相容平臺，實現“一次開發，多處部署”。
在OPA架構下，控制邏輯被封裝為可移植的功能塊。這些功能塊結合OPC UA和容器技術，構建了一個“控制系統的APP應用市場”：
  • 模型預測控制（MPC）等高階演算法嵌入功能塊中，遠超傳統PID效能；

  • 功能塊可運行於不同廠商控制器中，實現“一次開發，多處部署”；

  • 與OPC UA方法呼叫（method-call）機制結合，實現“軟體即服務”的即時呼叫；

  • 未來可透過“控制APP應用市場”形式進行開放式功能釋出與下載。
控制系統正走向“應用商店”模式，真正擁抱DevOps和微服務理念。這意味著：控制系統從“寫死在硬體裡的功能”，變成了“可以像積木一樣組合呼叫的服務”。
雖然OPA的體系結構為成本與創新打開了空間，但也需正視其系統整合的現實難點：
  • 初期系統整合成本略高，因需連線多廠商元件與軟體協議；

  • HMI自動重連等功能尚未完全成熟，需不斷完善生態工具鏈；

  • 標準普及度需進一步提升，如模組封裝、部署工具、認證等仍待完善；

  • 工程師的角色需從“配置者”轉向“系統編排者”。
但隨著專案複製、廠商適配、工具鏈成熟，整合成本將大幅下降，並最終透過“開發套件+模組商店”方式快速部署。正如埃克森美孚的工程師所言：“OPA的最大價值在於，它不是一次性整合，而是一個可複用、可演進的生態系統。”

打造“國產OPA”的黃金視窗期

在我們熟悉的PC世界中，Office、Photoshop、WPS都已經從“本地安裝”走向“雲端呼叫”。類似的變革，正在自動化領域悄然上演。

虛擬PLC和OPA是起點，平臺化控制是方向，生態協同是底座。在OPA標準下，控制系統將以“軟體包+通用硬體+雲邊混合部署”的形式存在。未來的控制器，不再是一塊硬邦邦的裝置，而是一種可被呼叫、可被組合的“控制能力”。這為“PLC即服務”打開了大門，也為中小企業部署先進控制系統提供了可能性。
OPA的意義不僅侷限於能源行業，還將惠及食品飲料、汽車、製藥、冶金、礦業等眾多製造場景。這意味著，OPA不只是埃克森美孚這家“能源巨頭的遊戲”，而是“所有制造業的未來”。
作為工業大國，OPA對中國而言是一個明顯的機遇，我們或許正處於打造“國產OPA”的黃金視窗期。
中國在自動化系統、工業控制、邊緣計算等領域並不缺乏技術積累，缺的是標準共識與生態協同。在PLC、SCADA、邊緣計算、工業網路等領域，中國已有深厚積澱。但在OPA生態建設上仍屬早期階段，這意味著我們正享有“後發優勢”的戰略機遇期。
這些機遇包括：
  • 標準參與視窗：

    積極參與O-PAS、OPC UA、IEC 61499等國際標準制定，推動“中國貢獻”。

  • 打造燈塔專案視窗：

    鼓勵頭部企業牽頭試點“國產OPA”工程。

  • 平臺商業模式視窗：推動“控制器即平臺、PLC即服務”的新商業模式，重塑盈利邏輯。
未來的勝利，不屬於某一家廠商，而屬於標準與生態。
2025年3月11日，OPC基金會宣佈其董事會新增三位成員，華為工業數字化首席戰略官胡靜宜博士位列其中。靜宜博士成為首位擔任OPC基金會董事的中國人，華為也是第一家進入OPC基金會董事會的中國公司，這具有里程碑式的意義。
從OPA燈塔專案的參與方角度來看，國內具備擎天之力的企業眾多。舉例而言，2024年9月底，中國石化資本投資入股和利時自動化公司，豐富了中石化在工業自動化領域的投資佈局。這表明中石化已經擁有實施國產OPA工程的場景、技術和實力。
展望未來，AI+OPA開放架構將成為自主工廠的起點。埃克森美孚專案展示了OPA與AI、數字孿生的天然融合能力。未來，控制系統將具備：
  • 自適應能力（Adaptive）：根據即時資料自動最佳化控制邏輯

  • 自修復能力（Self-healing）：識別故障、自動切換控制路徑

  • 自協同能力（Collaborative）：跨裝置、跨系統、跨工藝聯動
如果說虛擬PLC是一個突破口，那麼OPA就是重構整個工業控制體系的通道。AI不會取代控制系統，但開放架構將為AI提供連線與落地的土壤。正如自動駕駛需要自動變速箱一樣，智慧製造需要開放控制系統。
AI+OPA，重構自主製造的神經系統。OPA不僅解耦了控制系統的“肌肉”，更為AI等智慧演算法騰出了“神經中樞”。
未來可預見的三大趨勢包括：
  • 軟體定義控制系統（Software-Defined-DCS）將成為主流架構；

  • AI驅動的自主最佳化將嵌入功能塊，實現“自調參、自修復、自協同”；

  • 全生命週期數字孿生將在OPA平臺上執行，打造真正的“自驅工廠”。
控制系統不再是自動化的終點，而是智慧製造的起點。OPA的真正價值在於它開啟了無限可能的創新空間。

寫在最後

埃克森美孚的OPA燈塔專案，不僅點亮了過程自動化的未來，更為智慧製造的創新空間開啟了一扇大門。
從虛擬PLC到OPA，從“軟硬體解耦”到“生態協同”，工業自動化正經歷一場深刻的正規化重塑。這不僅僅是技術的進步，更是思維的革新。開放性、互操作性、即插即用，正成為新一代工業控制系統的關鍵詞。
對於中國而言，這既是挑戰，更是機遇。
參考資料：
1.軟硬體解耦勢頭強勁，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：物聯網智庫
2.New insights: 100-controller ExxonMobil Open Process Automation，作者：Mark T. Hoske，來源：Control Engineering
3.A “quantum leap forward”: We’re pioneering a new automation technology that could transform manufacturing，來源：ExxonMobil

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