★和利時科技集團有限公司中央研究院朱毅明，胡鵬飛

當(dāng)前及未來一段時間，數(shù)字化轉(zhuǎn)型將成為制造業(yè)突破增長瓶頸、抵御不確定性風(fēng)險的必由之路，而人工智能技術(shù)的發(fā)展，也在深刻改變著智能制造的運營模式與效率，通過數(shù)據(jù)驅(qū)動與智能化決策，為制造業(yè)帶來了前所未有的變革。數(shù)字化轉(zhuǎn)型和智能化發(fā)展對工業(yè)軟件系統(tǒng)提出了新的要求，數(shù)據(jù)要標(biāo)準(zhǔn)化、模型化、高質(zhì)量，為工業(yè)智能應(yīng)用打造數(shù)據(jù)基礎(chǔ)；軟件架構(gòu)要足夠靈活且彈性可伸縮，可應(yīng)對生產(chǎn)工藝和場景的多變性和不確定性；生產(chǎn)控制和生產(chǎn)管理要一體化設(shè)計，支撐全流程、全要素的生產(chǎn)協(xié)同優(yōu)化；軟件的部署實施周期要盡可能短，而且易于升級維護，幫助客戶實現(xiàn)敏捷投資。

然而，傳統(tǒng)的工業(yè)軟件系統(tǒng)普遍按照ISA95的分類方法進行了分層的架構(gòu)設(shè)計，導(dǎo)致業(yè)務(wù)碎片化且條塊分割，形成系統(tǒng)孤島，跨層的業(yè)務(wù)流程難以實現(xiàn)。各應(yīng)用子系統(tǒng)分開獨立建設(shè)和部署，且大都是內(nèi)部緊耦合的單體軟件設(shè)計模式，導(dǎo)致系統(tǒng)封閉化，各個系統(tǒng)技術(shù)路線差異較大，軟件復(fù)用性差。不同廠家不同系統(tǒng)之間通過私有接口互聯(lián)，缺少公共的服務(wù)接口標(biāo)準(zhǔn)，而且接口復(fù)雜化。數(shù)據(jù)私有化且難以共享，標(biāo)準(zhǔn)和接口不統(tǒng)一造成多源異構(gòu)數(shù)據(jù)的語義鴻溝，系統(tǒng)之間需要經(jīng)過層層轉(zhuǎn)換的方式實現(xiàn)數(shù)據(jù)互聯(lián)互通，各系統(tǒng)之間無法進行一體化調(diào)度，導(dǎo)致建設(shè)成本高；數(shù)據(jù)模型較單一，工控系統(tǒng)主要采用寄存器、點結(jié)構(gòu)等簡單數(shù)據(jù)模型，數(shù)據(jù)模型之間缺少關(guān)聯(lián)，而且缺少工業(yè)生產(chǎn)過程數(shù)據(jù)標(biāo)準(zhǔn)，元數(shù)據(jù)、數(shù)據(jù)字典和信息模型不統(tǒng)一。此外，應(yīng)用系統(tǒng)大多采用半定制開發(fā)模式，一次建好之后，后期功能升級或第三方擴展非常困難，運維成本和難度高，且僅能由原始建設(shè)廠家進行升級，一旦原始廠家出現(xiàn)變故，系統(tǒng)只能推倒重建，無法適應(yīng)制造工藝和生產(chǎn)組織方式的快速變化。

“平臺+應(yīng)用”架構(gòu)模式作為工業(yè)軟件體系演進的重要方向，逐步成為主流的工業(yè)軟件框架。通過構(gòu)建基礎(chǔ)平臺與功能模塊的有機組合，不斷沉淀技術(shù)能力和業(yè)務(wù)組件，快速構(gòu)建應(yīng)用，降低開發(fā)成本和周期。當(dāng)前主流實踐是采用雙平臺協(xié)同架構(gòu)，即生產(chǎn)控制平臺和生產(chǎn)管理平臺分開部署，兩者借助工業(yè)網(wǎng)關(guān)實現(xiàn)異構(gòu)平臺的對接融合。然而，這種管控分離的架構(gòu)設(shè)計仍面臨部署成本高、可維護性差、跨系統(tǒng)協(xié)同機制缺失等矛盾，導(dǎo)致業(yè)務(wù)流貫通受阻與運營決策時滯等問題凸顯，制約了智能制造系統(tǒng)的整體效能提升。

作為工業(yè)智能化領(lǐng)域的領(lǐng)軍企業(yè)，和利時深度分析這些問題，并結(jié)合公司對新型智能工廠建設(shè)的理念和實現(xiàn)策略，研發(fā)了以“原生融合、開放生態(tài)、全面智能”為核心設(shè)計理念的和利時新一代可自由定義的智能系統(tǒng)——XMagital，為制造業(yè)智能工廠提供原生管控一體化融合解決方案。

XMagital定位為貫穿工廠管控L0~L3原生一體化融合的智能系統(tǒng)，為企業(yè)提供從智能裝備、自動化產(chǎn)線、數(shù)字化車間到智慧工廠的全場景服務(wù)，以及從設(shè)計、建設(shè)、生產(chǎn)、運維的全生命周期支撐，實現(xiàn)工業(yè)APP的快速迭代，解決業(yè)務(wù)碎片化、系統(tǒng)封閉等問題，實現(xiàn)對生產(chǎn)控制和生產(chǎn)管理全場景業(yè)務(wù)的一體化支撐。

XMagital通過全局標(biāo)識解析、服務(wù)一網(wǎng)到底、統(tǒng)一數(shù)據(jù)建模、標(biāo)準(zhǔn)化服務(wù)接口等技術(shù)方案設(shè)計，打破生產(chǎn)控制與生產(chǎn)管理之間的壁壘，以及傳統(tǒng)分層架構(gòu)中的信息孤島現(xiàn)象，將不同層級、不同來源的數(shù)據(jù)進行標(biāo)準(zhǔn)化處理，確保了數(shù)據(jù)的一致性和可操作性，使得不同系統(tǒng)之間的對接變得更加簡單和高效，解決了分層架構(gòu)之間數(shù)據(jù)互通困難、服務(wù)接口不統(tǒng)一等問題，大大降低了系統(tǒng)集成的復(fù)雜度和成本。

XMagital通過分布式服務(wù)組件的動態(tài)按需編排，靈活滿足工業(yè)生產(chǎn)現(xiàn)場多種應(yīng)用場景的需求。通過定義標(biāo)準(zhǔn)化的服務(wù)接口和統(tǒng)一的服務(wù)注冊發(fā)現(xiàn)機制，平臺能夠按需實現(xiàn)服務(wù)動態(tài)組合，以服務(wù)間高效協(xié)作的方式快速搭建應(yīng)用，構(gòu)筑可持續(xù)發(fā)展的生態(tài)系統(tǒng)。這種動態(tài)編排能力顯著提升了工業(yè)軟件系統(tǒng)的靈活性和可靠性，使系統(tǒng)能夠快速響應(yīng)生產(chǎn)需求變化，加快應(yīng)用和服務(wù)的部署。

XMagital采用扁平化的“1個基礎(chǔ)平臺+集成開發(fā)工具+N個業(yè)務(wù)應(yīng)用”的協(xié)同框架，為智能制造系統(tǒng)集成商和工業(yè)軟件開發(fā)者提供豐富易用的開發(fā)工具，支撐各工業(yè)應(yīng)用的靈活開發(fā)、部署實施和運行，以及系統(tǒng)未來的重構(gòu)、升級和維護，確保系統(tǒng)能夠適應(yīng)內(nèi)外部環(huán)境的快速變化，解決內(nèi)外部快速變化以及工業(yè)軟件開發(fā)和工程實施成本居高不下等問題。此外，基礎(chǔ)平臺不僅提供統(tǒng)一的數(shù)據(jù)管理、服務(wù)調(diào)度和資源分配能力，還通過標(biāo)準(zhǔn)化的接口和協(xié)議，實現(xiàn)與外部系統(tǒng)的高效集成，為上層業(yè)務(wù)應(yīng)用的運行提供堅實的基礎(chǔ)。

XMagital提供豐富的二次開發(fā)工具和公共服務(wù)組件，為集成商和最終用戶提供定制化應(yīng)用開發(fā)能力，行業(yè)開發(fā)者可以借助XMagital提供開發(fā)框架和公共服務(wù)，以業(yè)務(wù)邏輯實現(xiàn)為重點，以最小的開發(fā)工作量實現(xiàn)自己的業(yè)務(wù)應(yīng)用；通過XMagital提供的SDK，輕松打通與數(shù)據(jù)底座的接口，實現(xiàn)應(yīng)用之間的互聯(lián)互通和互操作；通過XMagital提供的應(yīng)用管控機制，實現(xiàn)應(yīng)用的靈活部署和動態(tài)管理。

總體上，XMagital深入工業(yè)企業(yè)數(shù)字化轉(zhuǎn)型的痛點，為制造業(yè)高質(zhì)量發(fā)展提供全方位的解決方案。

在架構(gòu)設(shè)計方面，XMagital將傳統(tǒng)的ISA95五層架構(gòu)重構(gòu)為扁平化的“1個基礎(chǔ)平臺+集成開發(fā)工具+N個業(yè)務(wù)應(yīng)用”協(xié)同的新框架模式，如圖1所示。

圖1 XMagital基礎(chǔ)平臺框架

面向工廠管控L0~L3的原生一體化融合，平臺提供了統(tǒng)一的標(biāo)識、統(tǒng)一的數(shù)據(jù)模型定義、統(tǒng)一的數(shù)據(jù)存儲機制、統(tǒng)一的分布式服務(wù)接口標(biāo)準(zhǔn)、統(tǒng)一的用戶權(quán)限，設(shè)計了應(yīng)用開發(fā)環(huán)境、工程組態(tài)環(huán)境、在線運行環(huán)境和運維環(huán)境基礎(chǔ)框架，分別面向應(yīng)用開發(fā)人員、工程實施人員、現(xiàn)場操作人員、系統(tǒng)運維人員提供豐富易用的工具和公共基礎(chǔ)組件，支撐工業(yè)生產(chǎn)應(yīng)用和解決方案的快速開發(fā)、部署、運行和維護。通過拖拉拽、配置等低代碼化方式實現(xiàn)項目定制化應(yīng)用產(chǎn)品的快速實現(xiàn)，使得客戶也能夠簡單完成APP應(yīng)用的自主升級。

通過融合生產(chǎn)控制網(wǎng)絡(luò)與生產(chǎn)管理網(wǎng)絡(luò)，平臺實現(xiàn)一網(wǎng)到底的數(shù)據(jù)互聯(lián)互通，以及從數(shù)據(jù)流到控制流的無縫銜接。采用多優(yōu)先級切片技術(shù)，在保證控制實時性的前提下，可實現(xiàn)現(xiàn)場設(shè)備、控制系統(tǒng)、管理軟件等各層次組件和應(yīng)用對等訪問，實現(xiàn)去中心化。通過設(shè)計統(tǒng)一的工業(yè)數(shù)據(jù)對象傳輸協(xié)議，替代當(dāng)前市場上廣泛應(yīng)用且種類繁多的工業(yè)通訊協(xié)議，不僅簡化網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)，還提高了系統(tǒng)的穩(wěn)定性和可靠性。

通過采用模型驅(qū)動的設(shè)計思路，XMagital平臺以模型為中心，通過“模型+數(shù)據(jù)+服務(wù)+工具”的方式，統(tǒng)一數(shù)據(jù)體系，實現(xiàn)工業(yè)應(yīng)用的模型化、組態(tài)化開發(fā)和部署。通過對象模型對各工業(yè)要素進行刻畫和描述，并對數(shù)據(jù)進行高效的組織和管理，創(chuàng)建的模型實例通過接口形式對外提供服務(wù)，各應(yīng)用通過與模型實例的交互獲取數(shù)據(jù)，提高對象之間、數(shù)據(jù)之間的交互效率。平臺提供多維度統(tǒng)一建模集成環(huán)境和數(shù)據(jù)模型建模工具，以圖形化的方式構(gòu)建和管理數(shù)據(jù)模型，并通過統(tǒng)一的模型調(diào)度框架和標(biāo)準(zhǔn)化數(shù)據(jù)服務(wù)接口，提供統(tǒng)一的模型和數(shù)據(jù)服務(wù)，實現(xiàn)異構(gòu)數(shù)據(jù)的集成和模型化管理。通過模型化的數(shù)據(jù)組織和服務(wù)，為工業(yè)AI應(yīng)用和全局智能優(yōu)化提供標(biāo)準(zhǔn)數(shù)據(jù)支撐。

通過打造一套面向應(yīng)用開發(fā)、工程配置、集成調(diào)試、運行維護的完整工具鏈，全面提升工程應(yīng)用的效率。平臺工具鏈覆蓋工程實施從軟件開發(fā)到工程配置、從規(guī)劃到運維的全部流程，并統(tǒng)一提供部署和管理能力。平臺為行業(yè)應(yīng)用開發(fā)人員提供應(yīng)用開發(fā)基礎(chǔ)環(huán)境及開發(fā)工具，采用低代碼開發(fā)的思想進行設(shè)計，通過業(yè)務(wù)應(yīng)用開發(fā)和服務(wù)編排實現(xiàn)行業(yè)應(yīng)用功能的快速開發(fā)；工程組態(tài)環(huán)境主要是面向工程實施人員和系統(tǒng)配置管理人員，提供多種開箱即用、具備組態(tài)能力的工程配置工具，包括算法邏輯組態(tài)工具、數(shù)據(jù)模型組態(tài)工具、HMI圖形組態(tài)工具、工業(yè)智能套件等，加速生產(chǎn)系統(tǒng)行業(yè)應(yīng)用軟件從現(xiàn)場數(shù)據(jù)初始化到上線的過程，實現(xiàn)項目的快速交付和系統(tǒng)便捷配置；在線運行環(huán)境主要提供實時（RTE）/非實時運行時服務(wù)，通過分布式服務(wù)中間件，實現(xiàn)各服務(wù)之間的高效協(xié)作和交互，同時支撐實時控制與非實時應(yīng)用服務(wù)的整體部署和調(diào)度；運維環(huán)境提供硬件資源-平臺服務(wù)-應(yīng)用任務(wù)多層級監(jiān)控能力，可監(jiān)控所有服務(wù)器節(jié)點的系統(tǒng)狀態(tài)及運行日志，并提供可視化界面方便進行查看及分析。

XMagital平臺從設(shè)計之初，就充分考慮到了擁抱工業(yè)AI的前瞻性需求，原生內(nèi)置AI能力。傳統(tǒng)工業(yè)系統(tǒng)受限于架構(gòu)固化、算力割裂等歷史局限，難以支撐AI技術(shù)的深度整合與動態(tài)演進。XMagital平臺部署工業(yè)智能體框架，實現(xiàn)多模態(tài)感知與自主決策；提供智能算法訓(xùn)練和編排工具，降低工業(yè)智能應(yīng)用的開發(fā)門檻；建立AI能力積累機制，沉淀可復(fù)用的工業(yè)智能組件及標(biāo)準(zhǔn)化的API接口和數(shù)據(jù)。該設(shè)計使AI技術(shù)真正融入工業(yè)核心業(yè)務(wù)流程，使得XMagital平臺具備將傳統(tǒng)工業(yè)軟件賦能升級為智能工業(yè)軟件的能力（AIReady），實現(xiàn)生產(chǎn)過程的智能化分析與決策，加速AI技術(shù)在工業(yè)領(lǐng)域的實質(zhì)性落地。平臺通過引入AI智能套件，集成機器學(xué)習(xí)、深度學(xué)習(xí)、大模型等先進人工智能技術(shù)，采用可組態(tài)、低代碼的設(shè)計模式，提供從數(shù)據(jù)輸入、預(yù)處理、數(shù)據(jù)分析、建模、評估優(yōu)化、到部署的全流程智能化解決方案，顯著提升了工業(yè)智能應(yīng)用的開發(fā)效率，降低了AI技術(shù)應(yīng)用門檻。同時，AI智能套件與平臺的多模態(tài)數(shù)據(jù)庫及功能深度結(jié)合，實現(xiàn)了多模態(tài)數(shù)據(jù)的高效管理、分析與利用，可支撐更豐富的工業(yè)AI應(yīng)用場景。

此外，在設(shè)計階段和構(gòu)建平臺框架時，XMagital平臺將信息安全能力和安全防護策略內(nèi)置其中，形成內(nèi)生安全的防護體系。整體架構(gòu)嚴(yán)格遵循等保2.0標(biāo)準(zhǔn)，按照等保三級要求進行全面安全設(shè)計。從系統(tǒng)設(shè)計、編碼開發(fā)、測試驗證到構(gòu)建發(fā)布和部署運行，建立了涵蓋全生命周期的安全機制。以XMagital平臺安全設(shè)計框架為基礎(chǔ)，綜合采用主動防護、物理/邏輯隔離、可信驗證、檢測審計等技術(shù)，構(gòu)建安全計算環(huán)境、安全區(qū)域邊界、安全通信網(wǎng)絡(luò)三重防御體系。

在應(yīng)用和解決方案構(gòu)建方面，按照服務(wù)化的設(shè)計理念，XMagital采用“基礎(chǔ)服務(wù)+應(yīng)用框架+業(yè)務(wù)邏輯+動態(tài)編排”的方式開發(fā)業(yè)務(wù)應(yīng)用，構(gòu)筑可持續(xù)發(fā)展的生態(tài)系統(tǒng)。如圖2所示，XMagital原生融合平臺和APPs都由服務(wù)組件有機組合而成，應(yīng)用和解決方案可以基于項目變化的需求進行靈活組合和持續(xù)改進。在XMagital平臺中，原有的大型單體應(yīng)用被拆分為具有高內(nèi)聚低耦合特征的細粒度服務(wù)組件，通過迭代的方式逐階段實現(xiàn)和完善，服務(wù)組件間通過API調(diào)用的方式實現(xiàn)業(yè)務(wù)的流轉(zhuǎn)和信息的交互，整個框架就像一個可進化的生態(tài)系統(tǒng)，根據(jù)實際工程應(yīng)用的需求，在實踐中不斷優(yōu)化、豐富服務(wù)組件，同時，多樣性的組件又利于構(gòu)建更多更好的應(yīng)用以服務(wù)不同客戶。

圖2 平臺服務(wù)化可組合的設(shè)計思路

XMagital通過構(gòu)建統(tǒng)一的數(shù)據(jù)底座、簡單易用的完整工具鏈以及可擴展的公共服務(wù)組件與能力，全面支撐生產(chǎn)控制、監(jiān)視、管理、優(yōu)化和仿真等核心應(yīng)用場景。平臺的數(shù)據(jù)底座設(shè)計實現(xiàn)了多源數(shù)據(jù)的統(tǒng)一接入、存儲與管理，為上層應(yīng)用提供高質(zhì)量的數(shù)據(jù)基礎(chǔ)；其工具鏈覆蓋從開發(fā)、配置到運行、運維的全生命周期，顯著降低了應(yīng)用開發(fā)與部署的復(fù)雜度；同時，平臺提供的可擴展公共服務(wù)組件與能力，如數(shù)據(jù)分析、算法模型和仿真引擎等，能夠靈活滿足不同場景的需求。通過整合這些能力，XMagital平臺為企業(yè)提供了從生產(chǎn)控制到管理優(yōu)化的全流程支持，助力實現(xiàn)智能化、高效化的生產(chǎn)運營與決策。

平臺支撐的生產(chǎn)管控應(yīng)用包括以下幾個維度：DCS/OCS、PLC、SCADA、智能儀表、虛擬化控制系統(tǒng)等控制應(yīng)用；高級生產(chǎn)計劃與排產(chǎn)APS、RTO實時優(yōu)化、APC先進控制、仿真優(yōu)化、Batch批量控制、操作導(dǎo)航、高級報警、能源管理與優(yōu)化等全局生產(chǎn)協(xié)同優(yōu)化應(yīng)用；設(shè)備臺賬管理、點巡檢、設(shè)備故障診斷和預(yù)測性維護、備品備件管理等設(shè)備全生命周期管理應(yīng)用；生產(chǎn)安全、人員安全、作業(yè)安全、危化品管理、信息安全等全維度安全應(yīng)用；數(shù)字化交付、數(shù)字孿生、智慧決策、智能駕駛艙等全數(shù)字化卓越運營應(yīng)用。

未來，XMagital將持續(xù)強化AI與大模型技術(shù)的應(yīng)用，深入探索AI原生（AI Native）智能化場景的落地與創(chuàng)新。通過將AI技術(shù)與工業(yè)自動化、數(shù)據(jù)分析等領(lǐng)域深度原生融合，XMagital將推動智能工廠解決方案在更多行業(yè)中的應(yīng)用，包括：石化、電力、電子制造、市政、交通等，助力企業(yè)實現(xiàn)降本增效和數(shù)字化轉(zhuǎn)型。在工業(yè)自動化方面，XMagital將利用AI優(yōu)化生產(chǎn)流程，提升生產(chǎn)效率與資源利用率；在數(shù)據(jù)分析方面，通過AI驅(qū)動的智能分析方法，幫助企業(yè)挖掘數(shù)據(jù)價值，支持精準(zhǔn)決策與業(yè)務(wù)優(yōu)化。同時，XMagital還將致力于打造端到端的智能化解決方案，覆蓋從數(shù)據(jù)采集、處理到智能決策的全鏈條，為企業(yè)提供更高效、更靈活的數(shù)字化轉(zhuǎn)型路徑，推動行業(yè)向智能化、數(shù)字化方向持續(xù)邁進。

XMagital還將積極與行業(yè)伙伴共建智能工廠生態(tài)，推動技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)化與生態(tài)協(xié)同發(fā)展。通過開放平臺和標(biāo)準(zhǔn)化接口，XMagital將促進產(chǎn)業(yè)鏈上下游的合作，打造一個高效、開放、共贏的智能制造生態(tài)系統(tǒng)。通過引入生態(tài)伙伴，更多的應(yīng)用基于平臺開發(fā)出來，平臺功能得以持續(xù)迭代完善，平臺的深層次價值也將體現(xiàn)出來。此外，XMagital還將提供面向開發(fā)人員、工程實施人員和一線業(yè)務(wù)人員的社區(qū)支持，降低技術(shù)使用門檻，激發(fā)更多創(chuàng)新力量，共同推動工業(yè)智能化的未來發(fā)展。

摘自《自動化博覽》2025年5月刊