★和利時科技集團有限公司中央研究院朱毅明，胡鵬飛

當前及未來一段時間，數字化轉型將成為制造業突破增長瓶頸、抵御不確定性風險的必由之路，而人工智能技術的發展，也在深刻改變著智能制造的運營模式與效率，通過數據驅動與智能化決策，為制造業帶來了前所未有的變革。數字化轉型和智能化發展對工業軟件系統提出了新的要求，數據要標準化、模型化、高質量，為工業智能應用打造數據基礎；軟件架構要足夠靈活且彈性可伸縮，可應對生產工藝和場景的多變性和不確定性；生產控制和生產管理要一體化設計，支撐全流程、全要素的生產協同優化；軟件的部署實施周期要盡可能短，而且易于升級維護，幫助客戶實現敏捷投資。

然而，傳統的工業軟件系統普遍按照ISA95的分類方法進行了分層的架構設計，導致業務碎片化且條塊分割，形成系統孤島，跨層的業務流程難以實現。各應用子系統分開獨立建設和部署，且大都是內部緊耦合的單體軟件設計模式，導致系統封閉化，各個系統技術路線差異較大，軟件復用性差。不同廠家不同系統之間通過私有接口互聯，缺少公共的服務接口標準，而且接口復雜化。數據私有化且難以共享，標準和接口不統一造成多源異構數據的語義鴻溝，系統之間需要經過層層轉換的方式實現數據互聯互通，各系統之間無法進行一體化調度，導致建設成本高；數據模型較單一，工控系統主要采用寄存器、點結構等簡單數據模型，數據模型之間缺少關聯，而且缺少工業生產過程數據標準，元數據、數據字典和信息模型不統一。此外，應用系統大多采用半定制開發模式，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，且僅能由原始建設廠家進行升級，一旦原始廠家出現變故，系統只能推倒重建，無法適應制造工藝和生產組織方式的快速變化。

“平臺+應用”架構模式作為工業軟件體系演進的重要方向，逐步成為主流的工業軟件框架。通過構建基礎平臺與功能模塊的有機組合，不斷沉淀技術能力和業務組件，快速構建應用，降低開發成本和周期。當前主流實踐是采用雙平臺協同架構，即生產控制平臺和生產管理平臺分開部署，兩者借助工業網關實現異構平臺的對接融合。然而，這種管控分離的架構設計仍面臨部署成本高、可維護性差、跨系統協同機制缺失等矛盾，導致業務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的整體效能提升。

作為工業智能化領域的領軍企業，和利時深度分析這些問題，并結合公司對新型智能工廠建設的理念和實現策略，研發了以“原生融合、開放生態、全面智能”為核心設計理念的和利時新一代可自由定義的智能系統——XMagital，為制造業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，為企業提供從智能裝備、自動化產線、數字化車間到智慧工廠的全場景服務，以及從設計、建設、生產、運維的全生命周期支撐，實現工業APP的快速迭代，解決業務碎片化、系統封閉等問題，實現對生產控制和生產管理全場景業務的一體化支撐。

XMagital通過全局標識解析、服務一網到底、統一數據建模、標準化服務接口等技術方案設計，打破生產控制與生產管理之間的壁壘，以及傳統分層架構中的信息孤島現象，將不同層級、不同來源的數據進行標準化處理，確保了數據的一致性和可操作性，使得不同系統之間的對接變得更加簡單和高效，解決了分層架構之間數據互通困難、服務接口不統一等問題，大大降低了系統集成的復雜度和成本。

XMagital通過分布式服務組件的動態按需編排，靈活滿足工業生產現場多種應用場景的需求。通過定義標準化的服務接口和統一的服務注冊發現機制，平臺能夠按需實現服務動態組合，以服務間高效協作的方式快速搭建應用，構筑可持續發展的生態系統。這種動態編排能力顯著提升了工業軟件系統的靈活性和可靠性，使系統能夠快速響應生產需求變化，加快應用和服務的部署。

XMagital采用扁平化的“1個基礎平臺+集成開發工具+N個業務應用”的協同框架，為智能制造系統集成商和工業軟件開發者提供豐富易用的開發工具，支撐各工業應用的靈活開發、部署實施和運行，以及系統未來的重構、升級和維護，確保系統能夠適應內外部環境的快速變化，解決內外部快速變化以及工業軟件開發和工程實施成本居高不下等問題。此外，基礎平臺不僅提供統一的數據管理、服務調度和資源分配能力，還通過標準化的接口和協議，實現與外部系統的高效集成，為上層業務應用的運行提供堅實的基礎。

XMagital提供豐富的二次開發工具和公共服務組件，為集成商和最終用戶提供定制化應用開發能力，行業開發者可以借助XMagital提供開發框架和公共服務，以業務邏輯實現為重點，以最小的開發工作量實現自己的業務應用；通過XMagital提供的SDK，輕松打通與數據底座的接口，實現應用之間的互聯互通和互操作；通過XMagital提供的應用管控機制，實現應用的靈活部署和動態管理。

總體上，XMagital深入工業企業數字化轉型的痛點，為制造業高質量發展提供全方位的解決方案。

在架構設計方面，XMagital將傳統的ISA95五層架構重構為扁平化的“1個基礎平臺+集成開發工具+N個業務應用”協同的新框架模式，如圖1所示。

圖1 XMagital基礎平臺框架

面向工廠管控L0~L3的原生一體化融合，平臺提供了統一的標識、統一的數據模型定義、統一的數據存儲機制、統一的分布式服務接口標準、統一的用戶權限，設計了應用開發環境、工程組態環境、在線運行環境和運維環境基礎框架，分別面向應用開發人員、工程實施人員、現場操作人員、系統運維人員提供豐富易用的工具和公共基礎組件，支撐工業生產應用和解決方案的快速開發、部署、運行和維護。通過拖拉拽、配置等低代碼化方式實現項目定制化應用產品的快速實現，使得客戶也能夠簡單完成APP應用的自主升級。

通過融合生產控制網絡與生產管理網絡，平臺實現一網到底的數據互聯互通，以及從數據流到控制流的無縫銜接。采用多優先級切片技術，在保證控制實時性的前提下，可實現現場設備、控制系統、管理軟件等各層次組件和應用對等訪問，實現去中心化。通過設計統一的工業數據對象傳輸協議，替代當前市場上廣泛應用且種類繁多的工業通訊協議，不僅簡化網絡架構，還提高了系統的穩定性和可靠性。

通過采用模型驅動的設計思路，XMagital平臺以模型為中心，通過“模型+數據+服務+工具”的方式，統一數據體系，實現工業應用的模型化、組態化開發和部署。通過對象模型對各工業要素進行刻畫和描述，并對數據進行高效的組織和管理，創建的模型實例通過接口形式對外提供服務，各應用通過與模型實例的交互獲取數據，提高對象之間、數據之間的交互效率。平臺提供多維度統一建模集成環境和數據模型建模工具，以圖形化的方式構建和管理數據模型，并通過統一的模型調度框架和標準化數據服務接口，提供統一的模型和數據服務，實現異構數據的集成和模型化管理。通過模型化的數據組織和服務，為工業AI應用和全局智能優化提供標準數據支撐。

通過打造一套面向應用開發、工程配置、集成調試、運行維護的完整工具鏈，全面提升工程應用的效率。平臺工具鏈覆蓋工程實施從軟件開發到工程配置、從規劃到運維的全部流程，并統一提供部署和管理能力。平臺為行業應用開發人員提供應用開發基礎環境及開發工具，采用低代碼開發的思想進行設計，通過業務應用開發和服務編排實現行業應用功能的快速開發；工程組態環境主要是面向工程實施人員和系統配置管理人員，提供多種開箱即用、具備組態能力的工程配置工具，包括算法邏輯組態工具、數據模型組態工具、HMI圖形組態工具、工業智能套件等，加速生產系統行業應用軟件從現場數據初始化到上線的過程，實現項目的快速交付和系統便捷配置；在線運行環境主要提供實時（RTE）/非實時運行時服務，通過分布式服務中間件，實現各服務之間的高效協作和交互，同時支撐實時控制與非實時應用服務的整體部署和調度；運維環境提供硬件資源-平臺服務-應用任務多層級監控能力，可監控所有服務器節點的系統狀態及運行日志，并提供可視化界面方便進行查看及分析。

XMagital平臺從設計之初，就充分考慮到了擁抱工業AI的前瞻性需求，原生內置AI能力。傳統工業系統受限于架構固化、算力割裂等歷史局限，難以支撐AI技術的深度整合與動態演進。XMagital平臺部署工業智能體框架，實現多模態感知與自主決策；提供智能算法訓練和編排工具，降低工業智能應用的開發門檻；建立AI能力積累機制，沉淀可復用的工業智能組件及標準化的API接口和數據。該設計使AI技術真正融入工業核心業務流程，使得XMagital平臺具備將傳統工業軟件賦能升級為智能工業軟件的能力（AIReady），實現生產過程的智能化分析與決策，加速AI技術在工業領域的實質性落地。平臺通過引入AI智能套件，集成機器學習、深度學習、大模型等先進人工智能技術，采用可組態、低代碼的設計模式，提供從數據輸入、預處理、數據分析、建模、評估優化、到部署的全流程智能化解決方案，顯著提升了工業智能應用的開發效率，降低了AI技術應用門檻。同時，AI智能套件與平臺的多模態數據庫及功能深度結合，實現了多模態數據的高效管理、分析與利用，可支撐更豐富的工業AI應用場景。

此外，在設計階段和構建平臺框架時，XMagital平臺將信息安全能力和安全防護策略內置其中，形成內生安全的防護體系。整體架構嚴格遵循等保2.0標準，按照等保三級要求進行全面安全設計。從系統設計、編碼開發、測試驗證到構建發布和部署運行，建立了涵蓋全生命周期的安全機制。以XMagital平臺安全設計框架為基礎，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，構建安全計算環境、安全區域邊界、安全通信網絡三重防御體系。

在應用和解決方案構建方面，按照服務化的設計理念，XMagital采用“基礎服務+應用框架+業務邏輯+動態編排”的方式開發業務應用，構筑可持續發展的生態系統。如圖2所示，XMagital原生融合平臺和APPs都由服務組件有機組合而成，應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改進。在XMagital平臺中，原有的大型單體應用被拆分為具有高內聚低耦合特征的細粒度服務組件，通過迭代的方式逐階段實現和完善，服務組件間通過API調用的方式實現業務的流轉和信息的交互，整個框架就像一個可進化的生態系統，根據實際工程應用的需求，在實踐中不斷優化、豐富服務組件，同時，多樣性的組件又利于構建更多更好的應用以服務不同客戶。

圖2 平臺服務化可組合的設計思路

XMagital通過構建統一的數據底座、簡單易用的完整工具鏈以及可擴展的公共服務組件與能力，全面支撐生產控制、監視、管理、優化和仿真等核心應用場景。平臺的數據底座設計實現了多源數據的統一接入、存儲與管理，為上層應用提供高質量的數據基礎；其工具鏈覆蓋從開發、配置到運行、運維的全生命周期，顯著降低了應用開發與部署的復雜度；同時，平臺提供的可擴展公共服務組件與能力，如數據分析、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平臺為企業提供了從生產控制到管理優化的全流程支持，助力實現智能化、高效化的生產運營與決策。

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

未來，XMagital將持續強化AI與大模型技術的應用，深入探索AI原生（AI Native）智能化場景的落地與創新。通過將AI技術與工業自動化、數據分析等領域深度原生融合，XMagital將推動智能工廠解決方案在更多行業中的應用，包括：石化、電力、電子制造、市政、交通等，助力企業實現降本增效和數字化轉型。在工業自動化方面，XMagital將利用AI優化生產流程，提升生產效率與資源利用率；在數據分析方面，通過AI驅動的智能分析方法，幫助企業挖掘數據價值，支持精準決策與業務優化。同時，XMagital還將致力于打造端到端的智能化解決方案，覆蓋從數據采集、處理到智能決策的全鏈條，為企業提供更高效、更靈活的數字化轉型路徑，推動行業向智能化、數字化方向持續邁進。

XMagital還將積極與行業伙伴共建智能工廠生態，推動技術標準化與生態協同發展。通過開放平臺和標準化接口，XMagital將促進產業鏈上下游的合作，打造一個高效、開放、共贏的智能制造生態系統。通過引入生態伙伴，更多的應用基于平臺開發出來，平臺功能得以持續迭代完善，平臺的深層次價值也將體現出來。此外，XMagital還將提供面向開發人員、工程實施人員和一線業務人員的社區支持，降低技術使用門檻，激發更多創新力量，共同推動工業智能化的未來發展。

摘自《自動化博覽》2025年5月刊