工业4.0助力自动化大发展

信息物理系统、数字化、网络化和新的商业模式对流程工业、测量技术制造商和过程自动化等非常重要。鉴于产品生产周期越来越短和柔性制造要求的提升，特别是化学/药学行业，企业开始推进模块化生产。

化学/药学行业企业一方面推进模块化工厂建设，另一方面期望自动化技术(AT)能对过程控制系统(PCS)提供精确的技术支持。研究表明化学/药学等行业企业生产过程的模块化可以实现并有一定的经济效益。欧洲的第七框架协议对F3(灵活flexible、快速fast、未来future)工厂进行财政支持。

目前Namur标准 (NE)定义自动化必须要满足模块化工厂的柔性制造。Namur工作小组AK1.12在NE148标准中描述了对生产商的需求。2013年，ZVEI 的“模块自动化”工作小组成立，归属于ZVEI “测试技术及过程自动化”领域，目的是与Namur工作小组AK1.12密切合作并形成与NE148工作组的联合反应机制。在实际工作中，工作小组发现需要撰写一本关于下一步工作的白皮书以便和Namur共同研究。本白皮书重点对控制系统、相关仪器仪表和标准等进行了分析，旨在梳理各式各样的需求、回应和展望，对现阶段制造商实现模块化生产，在技术和经济方面还有哪些不足进行了分析。

模块化生产市场容量评估

评估模块化工厂的市场容量，可用的数据很少，Namur工作小组AK1.12也没有进行相关的评估。本文提出的模块化概念基于NE148，采用化学/药学企业的销售情况来做市场容量评估，所用数据来自VCI报告。计算时假设通货膨胀率为2%，可得2022年德国相关企业的销售额共计2280亿欧元。

如果按平均6.5%的投资率进行计算，并且假设10年中有25%的企业实现模块化(从专家采访中评估得来)，其中自动化约占3%的投资比例，那么模块化工厂的自动化比例会越来越高。假设25%的企业会自动进行模块化改造，其中自动化投资比例为6%，得出市场容量大约为2.22亿欧元(根据2013年 ARC的研究，PCS全球市场会达到116亿欧元，其中22亿欧元来自于化工领域)。

如果能够基于模型、标准化地建设工厂，市场容量会增长更快，因为这样做会节约大量成本并且后期将会获得更多收益。随着已有产品或新产品的生产，模块化技术会取代传统技术而成为常态。同时新的技术会产生新的产品模式，并且会挖掘新的市场(如个性化药物)。这些发展并未包含在评估之中。

(基于ISA106标准的自定义状态模型示例)

模块化的自动化技术

基于之前的相关研究成果和ISA88、ISA95和ISA106等ISA标准，本文提出了模块化的自动化技术的概念，它能够满足模块化工厂所需的灵活性，支持连续和批量生产。模块自动化通过封装工艺过程降低了施工、启动和维护的复杂性。