超级控制器的诞生（云合汇森工业信息化行业研究之4）
汇森投资 行研组 | 原创
2021年8月底，一场开发者大赛让人们再次关注到了工业自动化领域中一个颇为重要的开发标准。
在这场由中国信息通信研究院、工业互联网产业联盟、边缘计算产业联盟联合主办的边缘计算开发者大赛中，作为细分赛道之一的“边缘控制赛道”要求采用的是来自国际大厂施耐德的一款开放自动化平台。在官方的宣传中，这是一款以软件为中心，基于IEC61499标准的“即插即用”的全新工业自动化系统。
——这个IEC61499标准是什么来路？
简单来说，IEC61499是一项基于IEC 61131-3（当前应用最为广泛的工业自动化和控制编程标准）构建的开放标准。使用这一标准的工业自动化工具可以将自动化软件独立于底层的自动化硬件，开发者和用户可以将相关软件部署到各种硬件设备中（小到各种仪器、大到强大的边缘计算机），与此同时，不同厂商设备之间的可移植性、可配置性和互操作性也得以解决。
有分析认为，这一标准的意义，可以将IT领域的最新技术和工业控制领域的运维技术（OT） 黏合在一起；往大了说，可以将过去被封印在封闭自动化系统中的全部潜力在工业 4.0 时代全部释放出来。
如果拿工业自动化系统跟计算机行业相比，后者简简单单即可将打印机、扫描仪、照相机和外部驱动等设备添加到系统中，为何前者就不能同样简单地将设备添加到自动化系统当中去呢？！
然而，理想很丰满，现实依然很骨感。
这样一个标准看上去激动人心，但在实际推广中，IEC61499 分布式工业控制标准如今颁布了十几年，相关的供应商数量依然非常有限，更谈不上在工业界大规模推广应用。
当然，如果站在整个工业自动化/工业软件产业的角度来看，这一标准可能只是产业进化中的一个层面。
从PLC、SCADA等产品、行业解决方案到标准等，虽然不同层面的进化速度有所不同，但一个基本的共识是——发生在工业边缘控制地带的一场进化革命已经在迅速的进行中了。
进化的逻辑
上个世纪七十年代微处理器出现之后，每一代新的自动化控制器产品的算力都在逐步提升。但如果跟互联网、IT软件、人工智能的发展相比，自动化的算力则相形见绌。
工业自动化产品本身在融入新的技术方面比较滞后，在新技术、新需求的持续挑战之下，原有的架构和产品形态都出现了不同的裂痕，而且在迅速放大。
首先，是原有的架构正在被打破。
这个领域中几乎是最有名的“CIM（计算机集成制造）金字塔”在八十年代就开始广为流传，但随着时间推移，这一架构的问题也越来越大。
（CIM金字塔）
简单的说，这个金字塔取决于几个前提。
第一个前提是，从下到上分别对应着的是从最简单的函数（金字塔底部）到最复杂的函数（金字塔顶部）；第二个前提是，每层功能块只与其正上方的一个和它正下方的一个发生关联；第三个前提是，早期这个体系中的传感器网络、自动化网络和IT计算网络的确属于不同类型，就是要分开组网。但后来，这些前提都陆续消失了。
比如边缘计算的复杂度陆续提升，最大的算力未必就体现在原有金字塔的塔尖处；比如数据不再只是在相邻两层之间进行传递，越级传递可能更高效；再比如网络层面，以太网和 TCP/IP 已经将自己确立为大多数网络的基本通用层。
以SCADA和MES之间的关系为例，有人认为，这两者之间的分界线一直就是一个谜。
简单说，SCADA的发展反映了生产的“自动化”愿景，真正面向生产一线中的输入/输出系统；而 MES 的发展更多反映了车间级的管理分析，更加结构化，更强调“计算”。
国外某家公司对于新老架构下两者的关系曾做了一个图示做对比。
（新老架构比较）
此前（左图），生产数据的采集和部分操作控制几乎在SCADA和MES两个系统中并行进行，系统不同，却同时在存储、传递着相同的数据；所以在后来（右图），有些公司认为原有的架构过于混乱，于是就创新性的将SCADA 和 MES 集成到了同一个软件平台内，由此，不管是与生产设备的通信，还是数据采集和归档、人机界面等，都变得更清晰、更高效。
其次，老产品在解耦，新产品则在重新耦合中。
与架构变化相伴随的是产品形态的变化。如今，DCS、PLC、PAC的概念越来越模糊，控制器的形态越来越多样化。新的工艺、新的产业、新的技术对产品格局和产品形态产生深远影响。当自动化叠加上AI、大数据等新技术，正在造就一种新型的“超级控制器”。
还是以SCADA为例。
从原有设定的功能来说， SCADA 系统是软件加硬件的监控和数据采集系统，使工业能够从本地和远程位置控制处理。许多行业，如水、废水系统、电力、石油和天然气、制造和食品生产，都使用 SCADA 系统来收集、监控和处理实时数据。此外，随着 SCADA 的引入，管理工业过程并与阀门、泵和电机等设备直接交互变得更加简单。SCADA 帮助行业监测和控制各个领域的工业设备，如开发、制造、生产和制造。
从架构上来说，SCADA在工控系统中属于上位的监视组态软件，下面是下位的控制器PLC或DCS等。从某种程度上说，SCADA是一个纽带，当PLC执行能力不足时，人们可以通过SCADA干预。在SCADA层有很多能力代替PLC，只是放在不同的操作层面。
但随着新技术产品的涌现，人们对SCADA的态度也出现了分歧。
比如物联网出来后，有些人认为SCADA过时了，市场上一度出现一个热点问题是“物联网是否会取代SCADA？”，不过还好，后来有人认为SCADA 系统生成的数据仍然可以作为工业物联网的数据源。工业物联网专注于分析细粒度的机器数据以提高生产力，而 SCADA 继续专注于监控和控制。物联网带来了一波新业务，改变了SCADA的格局。
工业物联网由许多相互连接的设备组成。它允许跨不同的网络和架构远程控制对象。但是，将物联网与 SCADA 系统结合起来，可以以更简单的方式全面了解整个工业场所。SCADA 系统在监视和控制物理世界中存在的基于工业和设施的过程方面一直做得很好，但物联网可以处理汇总过来的数据并带来隐藏在其中的智能和洞察力。弥合 OT 和 IT 之间的鸿沟成为 SCADA 系统的作用之一。
与上面这种稍显消极悲观的情形不同，另外一种更为积极乐观的观点则认为，SCADA的进化空间还非常巨大。
比如SCADA产品正在逐步云化，方便匹配各个系统和软件。另外，今后SCADA和控制器还会互相融合，SCADA可以做嵌入式软件，算力提升后成为边缘云控制器和边缘云服务器。核心是提高运算能力，尽可能向上延伸的代替人，机器代替大脑，减少管理人员做判断。向下代替老旧控制器。总之，就是继续加强计算能力，变多个大脑为一个大脑。
SCADA作为一种独立产品，诞生至今将近50年，目前已经进化到了第四代，边缘云形态的SCADA可以认为是第五代。
必须承认的一点是：以上作为进化逻辑的推演，看上去有各种可能，但经济史告诉我们，最终谁能成为主流，更关键的还要看其市场表现。
从单一产品到“平台+标品组件”
力控作为近期我们关注较多的一家工业软件公司，在产品进化上就非常“积极主动”。
简单来说，力控起家是做自动化产品，现在则更偏向生产管控，聚焦去做工业互联网核心的OT层数据部分。
经过十多年的发展，力控在SCADA、实时数据库、工控信息安全等细分领域市场占有率都处于国内前二，已是行业龙头。其核心产品SCADA目前存量已有15万套，另外每年增量还有1万多套。体量、增速均表现优秀。
（力控产品家族）
力控的产品具备了三个特点。
一是产品化程度非常高，便于复制放量。力控的软件产品经过长时间的不断打磨，功能齐全。可复制能力强，定制化少。
二是产品线横向扩展+产业链垂直整合，已形成生态。
力控的产品涵盖了生产操作、厂级管理、集团管控、决策支持全流程，同时提供自主工业信息安全产品及解决方案，能解决用户生产决策、调度指挥、业务管理、设备管理、绩效管理、能源管控、安全管理、资产管理等业务领域问题。可以部署在工业互联网的各个环节，能够支撑在智能工厂、智慧运维、工业物联网、智慧市政、智慧能源等行业的垂直应用。
全面的产品研发和产品储备更有利于力控科技未来在产业链向下和向上的延伸。同时力控软件已形成自己的生态。在产品化程度不断提升的基础上，用户越多，则渗透程度越高，进一步巩固自有生态。
三是产品技术壁垒高。
从功能性来说，SCADA软件覆盖数据的采集、存储、传输、统计分析、展示等多个流程。除了基本功能之外，力控SCADA软件还带有控制功能，中高端SCADA软件能够做到全局数据管控，包含工厂、园区等监测和控制对象的完整工艺。
此外，力控SCADA软件不仅仅是运行系统，还是一个开发系统，为生产过程中数据的采集和监控提供一套完整的工具集。用户通过拖拉拽、参数配置等手段，即可自行完成开发编程。
力控SCADA产品作为开发底座，经过大量的场景积累和系统沉淀，能为用户提供开发环境和丰富的功能点。一个智能仪表里参数2000多个，采什么数等都是对于工业数据理解的积累，比如时间、数值、质量、滤波、温压补偿、前处理、报警、上传；以及报警的判断（实时、历史），工艺数据的使用，工业应用的know-how，生产性能的计算，工艺指标的计算，等等，都可以适配未来工业大数据的要求。
也正是基于以上几个特点，力控面向未来确定了自己的产品进化方向，简单说就是“平台+标品组件”，继续发展“软硬一体化”。基于自有的数据库、SCADA软件、工控信息安全产品，一方面逐步与仪器等硬件设备融合，另一方面与开源软件（如AI等）结合完成一些数据分析的工作。
力控认为，今后的SCADA会进一步和控制器进行融合，同时可以向上和向下继续延伸。向下可以机器替代人的手和脚；随着运算能力的提升，SCADA还可以向上延伸替代人的决策和管理过程，以机器替代人的大脑。
从某种程度上说，SCADA正在进化为一种“超级控制器”。
在今天的智能工厂中，用户有一种“容器”概念，即画面融合（把所有产品都融进一个画面里）和数据融合（把所有数据库归集至一个数据库），变多个大脑为一个大脑，变多个数据库为一个数据库，变多个系统为一个系统。
力控为了实现画面、数据和系统的打通，专门推出了一款新产品SmartWorks。以成熟管线为例，同时含盖管线数据和地图GIS数据，SmartWorks可以实现两种数据的融合。
“智能化脱离管控平台都是虚的，自动化和信息化打不通，力控是贯通自动化和信息化的纽带。”力控创始人兼总经理马国华这样说。
有了平台之后，力控在基础平台上继续叠加产品套件。
（力控工业大数据平台FSpaceX价值链）
从工业3.0时代，生产管控就逐步一体化。力控的SCADA早就从一个单一产品演变为一个产品家族，包含有3-5条产品线，“控制是基础功能，远程调度也是其中功能，是一个组合，生产管控软件已经分得很细”。
到了工业4.0阶段，数字化转型就意味着OT和IT的打通。生产管理的需求点庞大，看谁的know-how更深。作为工业软件“管”的一部分：设备管理、能源管理、能源管理、储物管理、楼宇管理、配电管理、计量管理产品独立性强，所以力控在产品上的思路就主要是围绕工业互联网做应用软件的标品化。
“平台+标准套件”之外，另一个重点是做安全生产。
目前在全球市场上，像西门子、霍尼韦尔都已经做了内置的安全产品，霍尼韦尔最新的DCS有标准的安全组件，部署在内网的二层工业防火墙，安全性更强。此外像西门子大型PLC都推出了安全组件。
在国内市场，真正从自动化切入工控信息安全的主要有力控、中控、和利时三家厂商。
对力控来说，工控信息安全是管控一体化不可绕开的环节，不是解决合规，而是解决刚需。早期在内部做工业网闸，把自动化数据传导信息化层面，带有安全功能；后来陆续涵盖了工业信息安全相关产品+服务，推出了子品牌（华康），主打工业网络防护类产品（工业网闸和工业防火墙）。如今，力控将工业互联网+安全生产和应急管理相结合，助力企业报警、预警数据上云，做到设备、危化品的提前预警和诊断。算起来，在工控安全方面的耕耘也已有超过十多年了。（关于安全业务，我们将有专文分析，此处就不再过多展开）。
在行业纵深处打造工业爆品
在产品进化之外，力控的另一个进化方向是在行业维度。力控开始从原先的售卖产品升级为销售整体的行业解决方案；实现的功能价值也从之前单纯的现场自动化，跃升到了总体的生产经营管理。
从公司的发展路径来看，这种变化也顺理成章。早期，公司以售卖单品为主，区域性扩张为主；但现在售卖的产品升级为工业软件和行业方案，行业维度的重要性显然要优先于区域维度。公司就要求下沉行业，着力去挖掘行业潜力点，“因为只有掌握足够多的行业know-how，才能打造工业爆品”。
力控选择的这一路径此前已经被很多公司所验证。像上市公司汇川就是在通用自动化产品之外，同时推进在电梯大配套、新能源汽车等其他行业的整合产品，市值超过1600多亿元。算是珠玉在前，可以直接对标。
具体到行业中，以油气行业为例。
2000-2013年，行业内的自动化建设比较多，大批的SCADA系统、组态软件产品纷纷进入行业场景。也正是这个时期，力控的产品也打进这一行业，逐步做到了在中石油中石化的上游（开采和预处理-从开采地到炼制地）占有率第一的位置，完成了针对网络采集工业协议的积累，而这一点也就成为他目前在油气行业中继续深耕、拓展的一大技术壁垒。
2013年后，油气行业中数字化转型的提法越来越多，实时数据库、解决方案类的项目开始成规模。最近5、6年，各大油田开始部署厂级调度平台和油田级生产调度平台，比如中石油就在SCADA系统之上，又做了一个油气生产物流平台。这些行业中的新需求恰好与力控在产品的进化方向产生了交集。
（力控油气田生产物联网系统架构图）
在整个冶金和能源板块中，也存在同样的需求升级。
这一行业的特点用户规模大，是主要经济体；痛点是作为重要的能耗大户，能源成本占比高，需要从节能角度解决效益问题，整体做到能源平衡，产能和耗能一致。
力控在这一领域提供的能源管理系统能够从四个角度（组织决策、体制增效、节能降耗、安全生产）帮助这些大客户来解决问题。
比如在直接买进煤、煤焦化、原材料加工过程+能源转化等环节，力控通过实时数据库和SCADA可以实现可视化、质量控制、能源安全等即时管理。SCADA系统提供分析工具，含有曲线、报表等。某些数值超过安全区间，系统会进行主动报警。从管理角度上来说，还可以对比各个工序的效率和产出，作为管理抓手，为优化做准备。
对于力控来说，在这种场景的优势非常明显。过去他一直做工业自动化，数据来源于现场的自动化系统和计量系统，ERP没有办法直接提取控制系统、自动化和生产数据，而力控在这块算国内做得最好的。同时，力控拥有SCADA等一系列相关产品，可以直接做总包来解决问题。
在市政行业中，来自行业用户的需求增长和升级也非常明显。
从行业规模看，市政行业存量资产规模大，水、热力、燃气、管廊、园区等领域的业务需求点非常多，再加上现在实现“双碳”目标这一大系统工程，市场机会足够大。
从应用特点来来看，水、燃气、热力基于管道，管理模式有相同，行业应用机会多。原来市政发展重硬件轻软件，现在随着业务的发展，无论是底层的自动化控制系统还是生产管理层面的需求都越发紧迫。
比如在燃气能源领域，他属于清洁能源，对信息化管控调度需求巨大。像管道气源、压力、调度、资源分配等都需要管理。随着用户快速增多，原来的电话调度已经远远满足不了客户需求。在具体需求中，既有城市燃气门站自控系统（SCADA+自动化集成技术）这一层面的需求，也有燃气公司跨区域多需要调度级软件（信息化+生产运营）层面的需求。
（力控燃气生产运营管理系统）
在污水处理领域，不但每个水厂都有业务需求，上层集团也有了大数据分析的需求，就需要对以前的水厂系统进行改造。
在固废处理领域，现在也需要做厂级的自控集成和调度，原先厂中有很多小的自控系统，供应商都不同。所以很多客户就力控这些把小自控系统串起来，再建成一个厂级建设调度和集成系统，解决管理问题。
可见，在这些细分领域，行业用户的需求有很大的相似性。力控在行业中的业务基本可以分为新建需求、改造升级和业务扩展集成三类。
从行业竞争来看，市政行业技术门槛低，能满足客户需求的产品厂商多，很难出现一家独大的情况。此时，像品牌、业绩、解决方案成熟度、标杆案例就成为体现竞争力的重要因素。
这个领域中以国内产品居多，力控在其中优势也比较明显，解决方案齐全，综合成本低，而且客户资源广，已经铺开大量成熟产品。比如像新奥燃气，相关产品中90%都是用的力控产品。
长期主义与机会窗口
在产品进化、行业深耕之外，未来一段时间的另一大创新和增长红利来自信创和国产化替代。
在信创方面，力控已经在投入不少研发力量，致力于创造纯国产化SCADA产品，以麒麟等操作系统替代Windows操作系统，基于飞腾CPU运行。
比如在电力领域，配网侧需要通过信息化手段提高配网质量，解决配网最后一公里，是民生保障的一部分。力控就给国内一些电网公司客户建设了调度指挥平台和APP（总包方是当地电力服务公司）。在具体的产品上，力控部署的就是信创类产品，是基于Linux操作系统的 SCADA。
在工业自动化控制和工业软件领域，一个不容回避的事实是，国外厂商依然占据主流。当然，从另一个角度说，眼下的国产化替代也给国内厂商带来很大的机会。
从某种程度上说，国产化替代其实可以算是才刚开始。具体分为两种模式，自上而下（总部规划）+自下而上（遇到问题）。
比如矿山领域，全国5000多座矿山。去年国家发布政策，十四五期间每个矿要投入1个亿。再比如山西某煤矿集团有四十多个矿，国家级投入就有1个亿。
像在油气行业，过去其输油管网主要要用的都是国外系统，自动化系统和信息安全系统都要重新做改造，市场比较大。像南水北调以及石化行业客户，现在都是值得国产工业自动化/工业软件厂商大力挖潜的优质客户。
行业内多位专家表示，工业软件一直在动态迭代，产品形态、产品分布、产品线的变化都有规律可循。一些新技术一直在国际巨头之间来回洗牌。国外产品之所以还很厉害，主要体现在产品技术和行业Know-how两个层面。
从产品技术层面看，国内厂商在跟国外厂商的竞争中，积蓄起来的产品力的确正在越来越强大。尤其在中高端市场，以前都是国外的产品，但现在基本上“技术上已经没有难点，和国外竞品竞争，成本优势巨大”。
当然，从另一方面看，目前国内产品与国外产品比，虽然单个模块的差距并不大，但是做成整体解决方案使用时差距依然挺大，所以国产信创的确是给国产厂商们打造了一个生态环境，在实践中磨合、减小差距，同时也给力控这种头部厂商带来了更多的机会。
除了产品技术之外，国外厂商在工业Know-how上的积累依然具备非常大的优势，国内厂商跟他们相比，对工艺流程和工艺包的理解还存在几十年的差距。
所以，国内厂商在面向未来开发产品时需要面对较大的压力。因为瞄准未来市场做的产品可能要在五年后、边际成本才能逐渐收回。但不管怎样都值得坚持，因为竞争到最后，“最根本的还是要用产品PK”。
国外公司本身也有不足，国内企业已经找到了不少可以“蚕食”其市场份额的路径。
比如在水泥行业中，水泥厂的可视化、信息化做得还不够，基本算是空白。其中，国外某自动化巨头渗透很高，做了很多DCS和监控，但最终无法发布。力控表示，他们恰好可以完成目前这些DCS产品所缺失的功能，贴近最终用户，建成可视化和智能工厂。
在矿山领域，另一家美资巨头占有80%以上的市场。这家公司本身不做实施，其中集成的产品很多都是来自力控的产品。未来随着力控的定位从产品供应商向解决方案服务商转变，他在面向最终客户时也会获得更多的机会。
再比如在冶金领域，中大型关键设备以国外DCS为主，主要集中在工艺层面；而力控的切入点就可以瞄准做数据层面，帮助管理层进行优化。
国产企业能否在工业互联网时代追赶上、乃至于超过国外厂商，是业界内外都喜欢讨论的话题。对此，也的确有人认为，基于开放标准（文首提及）另起炉灶或许是一个好的做法。
毕竟，今天的工业控制系统已经比较复杂，涉及传感器，PLC，SCADA，MES，HMI等诸多子系统，大公司已经构建了极其完整的生态和产业链，也建立了很高的技术壁垒。它们一环扣一环，小公司和新技术难以打破。虽然大公司号称也在将它们原有的封闭式系统迁移到开放性系统，但进展十分缓慢。
所以，如果此时国内企业/小型创新型企业以更快的方式切入开放性系统，采取更加灵活的方式来实现IEC61499技术的产品化，进而构建一个小型的IEC-61499生态系统，或许能收到奇效。
总起来看，对于国内厂商来说，不管是此前形成标准化产品，还是面向未来继续通用平台，都需要继续坚持，因为“产品稳定性、可靠性需要持续积累”。
像力控公司，迄今接近20年，一直专注工业自动化软件，“从没改变想法，只是不断延伸”。整个公司去年增加了200多人，现金流也同比增加，发展已经在提速。
综观整个行业，国产化替代、产业本身的进化、行业用户数字化转型的需求，资本市场的支持，多方因素可谓“因缘具足”，国产厂商正在迎来一次重新洗牌的绝好机会。
【参考文献】：
CSDN博客-姚家湾博客；
CSDN博客-路人阿瓦哥；
ORDINAL Software官网；
【END】