概要

TPCA / PCN 的核心命题是:

明确的目标状态入口,应当作为可以独立设计、判定、控制和记录的工程对象。

TPCA(Transition Pre-Control Architecture,状态迁移前置控制架构) 是状态迁移前置控制的总体架构。

PCN(Pre-Control Node,前置控制节点) 设置在明确的目标状态入口之前,将该入口对应的相关状态、结构化判定、控制仲裁、多路径控制和状态迁移判定履历组织为一个工程单元。

基本工程关系如下:

① 当前状态
   (当前状态 / 当前阶段 / 当前路径位置)
   ↓
② 明确目标状态
   (目标状态 / 目标执行路径 / 目标物理执行阶段)
   以及目标状态入口
   ↓
③ PCN
   └─ 获取相关状态
      调用当前入口预先定义的 C / A / E 状态映射关系
   ↓
④ S / D / B 判定
   → CAE-SDB Matrix
   → CAE-SDB 结果 + T
   ↓
⑤ 控制仲裁
   ↓
⑥ 多路径控制
   ↓
⑦ 当前目标状态入口控制结果
   ├─ 允许进入
   ├─ 等待 / 再确认 / 重试
   ├─ 转向其他目标状态或目标路径
   └─ 禁止进入等
   ↓
⑧ 执行选定的控制路径
   → 执行结果
   ↓
⑨ 状态迁移判定履历
   → 将输入、判定、控制和执行结果关联记录

C / A / E 用于整理相关状态在本次状态迁移中的工程作用,构成三个状态变量域。

S / D / B 用于从结构完整性、动态时序有效性和控制边界三个方面对相关状态进行判定,并与 C / A / E 组合形成 CAE-SDB Matrix。

PCN 形成 CAE-SDB 判定结果后,将关键许可和控制约束一并纳入控制仲裁,处理当前目标状态入口的控制优先关系,并据此形成多路径控制。

判定、控制和执行结果记录为状态迁移判定履历。

多个 PCN 可以通过执行结果形成的实际状态更新,以及这些状态更新对其他目标状态入口判定环境产生的实际影响关系连接,形成 PCN 网络。


第 1 章 工程问题

复杂制造和自动化系统中,PLC、机器人、视觉系统、安全系统、MES / WCS、HMI 等往往已经拥有各自的状态信息,但系统仍可能无法进入下一状态或下一执行阶段。

典型现象是:机器人已经就绪,抓取却没有开始;任务已经存在,却没有进入执行;上游工序已经完成,下游暂时无法接收。也可能出现单体设备没有明确故障,但等待持续存在,或者多个系统都有状态记录,却仍然难以说明究竟是哪一项状态影响了当前状态迁移。

复杂工程系统中的共通状态迁移结构

图1:复杂工程系统从当前状态向下一状态迁移时,通常需要综合前提条件、相关系统状态、时序与边界信息以及许可条件进行入口前判定,并根据判定结果进入不同执行链条。

遇到这类问题时,首先需要明确:

当前状态
    ↓
目标状态入口
    ↓
目标状态

然后再把与本次目标状态入口直接相关的状态放到同一状态迁移上下文中进行确认。

TPCA / PCN 以目标状态入口为中心,把原本分散在不同系统中的状态、判定、控制和履历整理为一个明确的工程对象。

详细问题可参见:

工程问题 从自动化执行单元、多系统协同和状态迁移设计三个方向,对“为什么系统不能进入下一状态”进行整理。


第 2 章 TPCA / PCN 的基本架构

2.1 TPCA 与 PCN

TPCA 面向目标状态、目标执行路径或目标物理执行阶段进入之前的判定与控制。

目标状态可以对应机器人抓取、放置、检测等物理执行阶段,也可以对应压装、搬送交接、分流等工艺阶段。在更高层系统中,它还可以对应 MES / WCS 的任务执行路径、AGV / AMR 群控中的协同执行状态、制造 DX 中跨系统的重要状态切换,以及数字系统中的明确执行路径。

一个 PCN 对应一个明确的目标状态入口。

PCN 获取与该入口直接相关的状态,完成 CAE-SDB 结构化判定、控制仲裁、多路径控制以及状态迁移判定履历记录。

基本层级如下:

TPCA
→ PCN
→ CAE-SDB
→ 控制仲裁
→ 多路径控制
→ 状态迁移判定履历
要素作用
TPCA状态迁移前置控制的总体架构
PCN对应一个明确目标状态入口的前置控制节点
CAE-SDBPCN 内部的结构化判定逻辑
控制仲裁处理多个判定结果、关键许可和控制约束之间的优先关系
多路径控制形成当前目标状态入口对应的控制路径
状态迁移判定履历记录一次目标状态入口的判定、控制和执行履历

2.2 目标状态入口

目标状态入口(Target State Entry) 表示系统从当前状态或阶段准备进入目标状态、目标执行路径或目标物理执行阶段时,需要进行前置判定的工程入口。

一个明确的目标状态入口至少绑定以下对象:

对象定义关系
当前状态本次状态迁移从哪里开始
目标状态本次准备进入什么状态、路径或物理执行阶段
相关状态哪些状态与本次进入要求直接相关
进入要求哪些条件、许可和执行链接续要求需要成立
合法控制路径当前入口允许形成哪些后续控制处理
履历对象本次状态迁移判定如何被独立记录

目标状态入口是 PCN 的直接工程对象。

同一设备、同一状态信号或同一控制器,可以参与多个不同目标状态入口;其工程意义由当前目标状态入口决定。

2.3 基本工程链

概要中的 ①~⑨ 可以进一步整理为下表。

工程位置工程对象主要处理主要结果
1当前状态确认本次状态迁移的起点明确当前状态
2目标状态 / 目标状态入口明确准备进入的目标状态及对应入口确定本次判定对象
3PCN获取相关状态并调用当前入口预先定义的 C / A / E 状态映射关系整理状态变量域
4PCN 内部判定对 C / A / E 状态变量域执行当前入口所需的 S / D / B 判定,并将结果整理到 CAE-SDB MatrixCAE-SDB 结果 + T
5PCN 内部控制判断结合判定结果、关键许可和控制约束进行控制仲裁明确控制优先关系
6PCN 控制输出根据仲裁结果形成多路径控制允许、等待、再确认、其他路径、禁止等
7目标状态入口控制结果确定当前入口的后续处理明确当前入口是否进入及下一控制方向
8选定控制路径执行已经确定的状态、路径或处理形成执行结果
9状态迁移判定履历将输入状态、判定、控制、执行结果和时间信息 T 关联记录形成状态迁移判定履历

TPCA 的基本处理链

图2:PCN 位于目标状态入口之前,将相关状态连接到结构化判定、控制仲裁、多路径控制和状态迁移判定履历。

因此,现场看到的不再只有就绪 / 未就绪、正常 / 异常、等待 / 阻塞等压缩结果,还可以继续确认结果发生在哪个状态变量域、对应哪一类判定性质、最终选择了哪条控制路径,以及执行以后实际形成了什么结果。

2.4 状态类型与状态实例

TPCA / PCN 区分状态类型与实际运行中形成的状态实例。

状态类型之间可以存在循环:

A → B → A

实际运行履历则表现为:

A₁ → B₁ → A₂

A₁ 和 A₂ 可以属于同一个状态类型 A,但由于发生时间和运行履历不同,属于两个不同的状态实例。

状态类型可以循环,实际运行中的状态实例沿时间方向持续生成。

恢复、回退、复位、重试、重新进入等处理,也按照进入新的状态实例来理解。

详细说明参见:

TPCA 中状态实例的单向性——状态类型循环与实际运行履历的区别


第 3 章 PCN:状态迁移前置控制的最小工程节点

3.1 PCN 的位置与基本要素

PCN 设置在明确的目标状态入口之前:

当前状态
    ↓
PCN
[针对目标状态入口的前置判定]
    ↓
目标状态入口
    ↓
目标状态

PCN 前置控制节点的位置与工作方式

图3:PCN 在进入目标状态之前完成相关状态整理、结构化判定、控制仲裁和控制路径形成。

一个 PCN 至少需要整理以下对象。

项目内容
当前状态当前处于什么状态、阶段或路径位置
目标状态下一步准备进入什么状态、路径或物理执行阶段
目标状态入口本次前置判定对应哪个入口
相关状态与本次状态迁移直接有关的状态
C / A / E 状态映射关系在设计或配置阶段,按当前目标状态入口预先定义各相关状态的工程作用
S / D / B 判定对相关状态执行的判定
CAE-SDB 结果本次形成的结构化判定结果
时间信息 T与状态及判定对应的时间信息
控制仲裁多个结果、关键许可和控制约束之间的优先关系
多路径控制经控制仲裁形成的当前入口控制路径
目标状态入口控制结果当前目标状态入口最终允许进入、暂不进入、禁止进入或转向其他路径等控制结果
执行结果已选定控制路径实际执行后的结果
状态迁移判定履历输入、判定、控制和执行结果的履历

PCN 的输入数量、判定规则和实现规模根据具体系统确定。

其基本责任边界是:

把一次目标状态入口的输入状态、结构化判定、控制和履历保持在同一工程上下文中。

详细说明参见:

为什么 PCN 是 TPCA 的最小工程节点?

3.2 PCN 的配置位置示例

在自动化执行单元中,PCN 可以设置在等待进入抓取、放置完成后进入压装、待检测进入检测执行、搬送等待进入交接等入口。检测完成后的正常分流也可以设置相应 PCN,并根据判定结果连接异常分流等其他控制路径。

在 MES / WCS 与多设备协同中,PCN 可以对应任务生成完成后的执行入口、区域进入、站点接收、共享资源使用或下游交接等状态迁移。

在制造 DX 中,可以围绕质量放行后的下一工序进入、保全完成后的自动运行恢复、工单切换后的目标生产状态进入,以及人工确认后的自动运行恢复等关键入口设置 PCN。

PCN 的配置位置由目标状态入口决定,而不是由设备台数、控制器数量或系统名称决定。

3.3 工程状态输入与接口原则

PCN 的工程应用首先需要稳定、可解释的状态输入。

设备、控制器和上位系统应优先提供自身能够确认的客观运行事实,并保持状态名称和工程含义稳定。状态接口本身用于表达事实,不预先固定为 C、A 或 E。

各 PCN 在设计或配置阶段,根据对应的目标状态入口,预先定义相关状态的 C / A / E 状态映射关系。

运行时,当实际状态更新影响某一目标状态入口时,系统确定受影响的 PCN,读取当前相关状态,调用该 PCN 预先定义的状态映射关系,并执行当前入口适用的 S / D / B 判定,形成新的判定结果。

基本关系如下:

实际状态更新
↓
确定受影响的目标状态入口
↓
确定对应 PCN
↓
读取当前相关状态
↓
调用预先定义的 C / A / E 状态映射关系
↓
执行适用的 S / D / B 判定
↓
形成新的判定结果

同一状态对象可以参与多个不同 PCN,并在不同目标状态入口中具有不同的预定义 C / A / E 角色。

3.4 TPCA / PCN 的导入与验证

TPCA / PCN 可以根据项目阶段逐步导入。

非介入分析 / 数据架构验证

利用历史日志、导出数据或既有状态数据,确认目标状态入口能否定义,所需状态能否取得,以及相关状态能否按照预定结构完成 C / A / E 映射、S / D / B 判定和状态迁移判定履历组织。

PoC / 执行验证

在真实或准真实运行条件下,确认目标状态入口所需状态能否持续、稳定取得,并能否正确绑定当前状态迁移实例,持续形成预定的判定、控制结果和履历数据。

结构化显示

把判定结果显示到 HMI、MES / WCS 页面或事件报告中,支持现场按目标状态入口查看状态。

控制建议

根据判定结果与控制仲裁,向工程师或上位系统提供建议控制路径。

工程嵌入

在满足安全要求、控制规范和验证要求的前提下,将 PCN 的判定和控制逻辑嵌入 PLC / HMI、WCS、边缘控制器或软件平台。


第 4 章 CAE-SDB:状态变量域与判定性质

4.1 双轴结构

CAE-SDB 使用两个不同维度整理目标状态入口相关状态。

C / A / E:状态变量域

S / D / B:判定性质

C / A / E 表示相关状态在本次状态迁移中的工程作用。

状态变量域定义基本问题
C = Condition / 条件状态进入目标状态前需要成立的对象、环境、数据、任务、参数等前提条件需要的条件是否具备
A = Authority / 许可状态是否允许进入目标状态,包括安全许可、上位许可、区域许可、人工确认、权限、资源锁等当前是否被允许进入
E = Execution Chain / 执行链状态进入目标状态以后,为使当前执行继续成立所需要的执行链接续状态进入以后所需执行链能否继续

关键 A 可以构成目标状态入口的独立必要约束。

关键许可未成立时,即使 C 和 E 均满足当前入口要求,也不得允许进入当前目标状态。

E 不等于单体设备就绪。就绪状态可以作为 E 的输入之一,但 E 还可以包括本体设备、末端执行机构、下游承接、结果上传或回写等当前目标状态进入以后所需要的执行链接续关系。

S / D / B 是对相关状态执行判定时采用的三类判定性质。

判定性质定义基本问题
S = Structure / 结构完整性所需信号、接口、映射关系、许可来源、路径、角色及执行链边界是否已经定义、接入并可观测判定所需结构是否完整
D = Dynamics / 动态时序有效性相关状态在当前时点是否仍可作为本次目标状态入口的有效判定依据当前状态是否具有有效的动态时序关系
B = Boundary / 控制边界相关状态是否仍处于本次目标状态入口预先定义的允许工程边界内当前状态是否处于允许的工程边界内

D 可结合超时、未刷新、状态过期、抖动、延迟、不同步、许可撤销和状态切换等动态信息进行判定。

多源状态矛盾、资源竞争或规则冲突不自动归入 D,其归属由实际判定对象、状态融合规则和控制规则确定。

B 可结合阈值、范围、容量、时间窗口、次数、置信度和偏差等预先定义的工程参数进行判定。

B 表示判定性质,不直接等同于等待、回流、人工确认、安全锁定等控制动作。

4.2 C / A / E 状态映射规则

C / A / E 状态映射遵循以下规则:

  1. 状态映射关系绑定明确的目标状态入口。
    在设计或配置阶段,根据相关状态在该目标状态入口中的工程作用,预先定义其 C / A / E 角色。设备名称、系统来源或字段名称不直接决定其角色。

  2. 同一状态对象可以在不同 PCN 中具有不同的预定义角色。
    同一状态可以在一个 PCN 中作为 A,在另一个 PCN 中作为 E。运行时调用当前受影响 PCN 的既定状态映射关系,不重新推导 C / A / E 角色。

  3. 运行时基于当前状态重新执行判定。
    PCN 读取当前相关状态及必要上下文,按照既定状态映射关系执行当前入口适用的 S / D / B 判定,并形成新的判定结果。

  4. 关键 A 作为独立必要约束处理。
    关键许可不成立时,不得由其他 C 或 E 状态替代。

  5. E 绑定当前目标状态进入后的执行链接续。
    回流、回退、备用路径、异常分流等候选路径的可用性属于后续控制选择信息;如果这些路径对应其他目标状态或目标路径,应在相应入口下单独判定,不用于证明当前目标状态入口的 E 已成立。

4.3 CAE-SDB 组合与结果形成规则

C / A / E 与 S / D / B 组合后,可以形成以下判定坐标。

状态变量域S:结构完整性D:动态时序有效性B:控制边界
C:条件状态C-SC-DC-B
A:许可状态A-SA-DA-B
E:执行链状态E-SE-DE-B

CAE-SDB 双轴判定结构

图4:C / A / E 表示状态变量域,S / D / B 表示判定性质,两个维度组合后形成 CAE-SDB 判定坐标。

例如:

C-D:
视觉识别结果已经过期

A-D:
许可已经撤销

E-D:
下游状态长时间未更新

同一个 D 可以分别作用于不同状态变量域。

CAE-SDB 结果的形成遵循以下规则:

  1. CAE-SDB Matrix 表示当前体系可使用的判定空间,不表示每次运行必须执行全部 9 项判定。
  2. 只有当前入口已经定义相应判定规则、该规则适用于本次状态迁移、存在可用判定依据并实际完成判定后,才形成相应 CAE-SDB 结果。
  3. 一次目标状态入口可以形成单一 CAE-SDB 结果,也可以同时形成多个结果。
  4. 需要执行某项 S / D / B 判定,不等于对应 CAE-SDB 结果已经形成。
  5. CAE-SDB 结果属于控制仲裁的输入,不直接等同于最终控制路径。

这样,即使不同设备和系统使用的信号名、接口和实现方式不同,也可以把实际形成的判定结果整理为统一的 CAE-SDB 形式。

详细说明参见:

为什么是 CAE-SDB?——目标状态入口前的双轴结构化分析方法

4.4 时间信息 T

状态和判定结果需要关联时间信息 T。

T 用于标识状态和判定所处的时间位置,确认相关状态之间的先后关系,支持 D 判定,并参与状态迁移判定履历的形成。根据系统实现,可以使用时间戳、更新时间、事件时间、序列时间、批次时间等信息。

T 不作为 C / A / E 或 S / D / B 的第三分析轴。


第 5 章 控制仲裁、多路径控制、状态迁移判定履历与 PCN 网络

5.1 控制对象层级

PCN 内部的判定、控制和执行对象按照以下层级连接:

CAE-SDB 结果 + T
→ 控制仲裁
→ 控制仲裁结果
→ 多路径控制
→ 当前目标状态入口控制结果
→ 选定控制路径
→ 执行结果
→ 状态迁移判定履历

各对象定义如下:

对象定义
CAE-SDB 结果当前入口相关状态完成结构化判定后形成的结果
控制仲裁结果对多个判定结果、关键许可和控制约束进行优先关系处理后的结果
多路径控制根据控制仲裁形成的工程控制处理
当前目标状态入口控制结果当前目标状态入口最终允许进入、暂不进入、禁止进入或转向其他路径的结果
选定控制路径当前入口控制结果已经确定后实际进入执行的控制路径
执行结果已选定控制路径在现实系统中执行后形成的实际结果

这些对象属于不同层级,不相互替代。

5.2 控制仲裁

一次目标状态入口中,可能同时形成多个 CAE-SDB 结果。

例如:

C-D
A-B
E-D

控制仲裁综合以下输入:

  • CAE-SDB 结果;
  • 关键 A;
  • 安全约束;
  • 当前目标状态入口预先定义的控制规则;
  • 当前入口允许选择的合法控制路径;
  • 领域专用分析结果等允许进入仲裁的附加信息。

控制仲裁负责处理多个判定结果和控制约束之间的优先关系。

在当前目标状态入口所要求的相关状态判定、关键许可和其他上位约束满足时,可以形成允许进入当前目标状态的控制结果。

如果进入要求未成立,则根据控制仲裁结果进入对应的后续控制路径。

5.3 多路径控制

代表性的多路径控制包括:

  • 允许进入;
  • 等待;
  • 再确认;
  • 重新识别;
  • 重新采样;
  • 重新定位;
  • 重试;
  • 返回;
  • 异常分流;
  • 替代路径;
  • 下游协调;
  • 资源释放;
  • 降级执行;
  • 人工确认;
  • 禁止进入;
  • 安全锁定;
  • 异常隔离;
  • 增强记录。

相同的 CAE-SDB 结果,在不同目标状态入口、安全约束、系统结构和控制规则下,可以对应不同的合法控制路径。

多路径控制的作用,是针对当前目标状态入口形成下一步应该执行的工程控制处理。

5.4 当前入口与后续目标状态入口

候选路径被选中,不等于该路径对应的目标状态入口已经允许进入。

当多路径控制指向新的目标状态、目标执行路径或目标物理执行阶段时,应形成新的目标状态入口。对应 PCN 读取该入口当前相关状态,调用自身预先定义的 C / A / E 状态映射关系,并执行该入口适用的 S / D / B 判定,形成新的前置判定。

基本关系如下:

当前目标状态入口
↓
当前入口控制结果
↓
选择新的目标状态 / 目标路径
↓
形成新的目标状态入口
↓
对应 PCN 调用既定状态映射关系并重新执行判定
↓
允许进入后执行

因此,当前入口的控制结果与后续入口的进入许可属于两个不同判定对象。

5.5 状态迁移判定履历

状态迁移判定履历把一次目标状态入口的判定、控制和执行结果作为独立的工程数据对象进行记录。

公开范围内可以关联以下内容:

项目内容
当前状态判定时的当前状态
目标状态本次准备进入的目标状态
目标状态入口本次判定对应的目标状态入口
PCN承担本次判定的前置控制节点
相关状态本次判定实际使用的主要状态
时间信息 T状态和判定的时间位置
C / A / E 状态映射关系在设计或配置阶段,按当前目标状态入口预先定义各相关状态的工程作用
S / D / B 判定对相关状态执行的判定
CAE-SDB 结果结构化判定结果
控制仲裁结果控制优先关系处理结果
多路径控制经控制仲裁形成的本次控制路径
当前目标状态入口控制结果本次入口最终允许进入、暂不进入、禁止进入或转向其他路径等控制结果
执行结果已选控制路径执行后的实际结果
履历标识识别一次判定履历的标识

状态迁移判定履历遵循以下记录原则:

  1. 一次明确的目标状态入口前置判定构成一条基本状态迁移判定履历。
  2. 后续重新判定或进入新的目标状态入口时形成新的履历记录,不覆盖前一次判定事实。
  3. 相关履历可以通过前后入口、状态迁移或工程依赖关系建立关联。

长期积累后,可以比较哪些目标状态入口反复出现问题、哪些 CAE-SDB 结果高频出现、哪些多路径控制被反复选择,以及控制选择与实际执行结果之间存在什么关系。

详细说明参见:

为什么 PCN Trace 是一种新的工程数据?

5.6 PCN 网络

一个 PCN 对应一个目标状态入口。

复杂系统中存在连续、并行、分支、循环和相互依赖的多个目标状态入口。

多个 PCN 可以通过执行结果形成的实际状态更新,以及这些状态更新对其他目标状态入口判定环境产生的实际影响关系连接,形成 PCN 网络。

例如:

等待
→ 抓取前 PCN
→ 抓取

抓取完成
→ 放置前 PCN
→ 放置

放置完成
→ 后续阶段 PCN
→ 后续执行

PCN 网络表示:

多个目标状态入口,以及这些入口之间的实际状态迁移和工程依赖关系。

本文中的状态更新(State Update),表示已选控制路径执行后,执行结果对实际工程状态形成的更新。

PCN 网络中的连接以实际状态影响关系为基础。一个 PCN 的执行结果形成状态更新后,如果该状态更新成为另一个目标状态入口的相关输入,并实际改变该入口的判定环境,则在两个 PCN 之间形成工程依赖关系。

基本关系如下:

PCN-A
↓
执行结果
↓
状态更新
↓
成为其他目标状态入口的相关输入
↓
改变该入口的判定环境
↓
形成 PCN 工程依赖关系
↓
PCN-B 读取当前相关状态
↓
调用 PCN-B 既定的 C / A / E 状态映射关系
↓
执行适用的 S / D / B 判定
↓
形成新的判定结果

许可、资源、执行等状态可以成为状态更新的具体工程内容;仅存在许可关系、资源共享、物理连接或流程先后关系,不直接构成 PCN 工程依赖关系。

上游 PCN 的 CAE-SDB 结果保留在本节点的状态迁移判定履历中。跨节点输入采用执行后形成的实际状态更新,使各 PCN 保持自身目标状态入口的独立判定语义。

将各 PCN 的状态迁移判定履历与网络中的依赖关系对应起来后,可以进一步分析跨入口重复出现的许可、资源、执行和状态更新问题。

详细说明参见:

多个 PCN 如何形成状态迁移前置控制网络?

5.7 固定主链、领域扩展与工程责任边界

TPCA / PCN 的公开固定主链为:

当前状态
→ 目标状态 / 目标状态入口
→ PCN
→ 调用当前 PCN 预先定义的 C / A / E 状态映射关系
→ S / D / B 判定
→ CAE-SDB 结果 + T
→ 控制仲裁
→ 多路径控制
→ 当前目标状态入口控制结果
→ 执行结果
→ 状态迁移判定履历

不同应用可以在固定主链中加入领域专用分析。

领域专用分析遵循以下边界:

  1. 不改变 C / A / E、S / D / B 的固定定义。
  2. 不要求所有领域专用分析结果强制映射为 CAE-SDB 结果。
  3. 领域专用分析结果可以根据实际控制规则作为控制仲裁的附加输入。
  4. 领域扩展不改变 TPCA / PCN 的总体工程主链。

PCN 的控制输出可以表现为诊断展示、控制建议或控制指令。

具体输出级别由应用系统的权限、安全架构和责任边界决定。现场动作仍由 PLC、安全系统、机器人控制器、MES、WCS 等既有系统按照其既定职责执行。

TPCA / PCN 不改变既有系统的安全责任和控制责任。


第 6 章 代表性应用方向

TPCA / PCN 可面向不同层级的工程对象进行应用。

以下三个公开案例分别覆盖自动化执行单元、MES / WCS 协同停滞以及制造 DX 中的状态迁移条件设计与履历分析。

虽然对象、相关状态源和领域专用分析不同,但均沿用同一固定主链。

TPCA / PCN 的应用方向

图5:TPCA / PCN 代表性应用的九步横向对比。

6.1 自动化执行单元

自动化执行单元中的代表对象包括机器人抓取、压装、检测、搬送交接、上下料以及正常分流 / 异常分流等物理执行阶段。

例如机器人已经就绪,但视觉结果失效、安全许可未成立、夹爪状态异常或下游无法接收,都可能影响当前目标状态入口。

PCN 设置在目标物理执行阶段之前,对相关状态进行 CAE-SDB 判定,经控制仲裁后形成多路径控制。

相关案例:

自动化执行单元前置判定案例

6.2 MES / WCS 与多设备协同

这一层的代表对象包括 AGV / AMR 群控、任务执行、共享资源使用、区域进入、站点接收和下游交接等协同状态迁移。

单个设备没有明显故障时,任务、许可、资源、执行主体和下游状态之间的组合关系仍可能造成持续等待、阻塞或待处理。

群控协同场景可以同时保留两类分析结果。

第一类为目标状态入口相关状态的 CAE-SDB 判定:

相关状态
→ 调用当前 PCN 预先定义的 C / A / E 状态映射关系
→ S / D / B 判定
→ CAE-SDB 结果

第二类为群控协同层的领域专用分析:

群体指标
→ 群体停滞识别
→ 停滞结构分型

代表性群体指标可以包括:

  • 群体未执行比例;
  • 群体辅助执行比例;
  • 群体能源补给比例;
  • 群体授权未成立比例。

群体指标不直接等同于 CAE-SDB 结果。

群体停滞识别和停滞结构分型也不要求强制映射为 CAE-SDB 结果。

两类结果可以根据当前协同入口的控制规则共同进入控制仲裁:

CAE-SDB 结果
+
群控协同分析结果
↓
控制仲裁
↓
多路径控制

相关案例:

MES / WCS 协同停滞诊断模块案例

6.3 制造 DX

制造 DX 中,可以围绕设备数据、生产数据、质量状态、保全状态和人工确认等信息设计跨系统状态迁移。

例如质量放行后的下一工序进入、工单切换后的目标生产状态进入、保全完成后的自动运行恢复、人工确认后的自动运行恢复,以及多系统之间的重要工程状态切换。

PCN 将这些分散在设备、系统和人员环节中的状态迁移条件对应到明确目标状态入口,并组织为判定、控制和状态迁移判定履历。

相关案例:

制造 DX 状态迁移条件设计与履历分析案例

6.4 数字调用扩展

TPCA / PCN 也可以应用于具有明确执行入口的数字系统,例如 AI 推理调用、工具调用、API 执行、外部服务调用、企业知识库访问和高成本模型调用。

在执行入口前,可以对请求条件、权限、执行链等状态进行判断,并根据结果选择高成本路径、补充确认、降级、等待或阻断等处理。

该方向属于 TPCA / PCN 的扩展应用。

适用范围和边界参见:

TPCA / PCN 适用场景分析


结语

TPCA / PCN 以目标状态入口作为独立工程对象。

PCN 设置在目标状态入口之前,读取当前相关状态,调用该入口预先定义的 C / A / E 状态映射关系,并从 S / D / B 判定性质进行结构化判定,形成 CAE-SDB 结果。

CAE-SDB 结果与关键许可、控制约束以及允许进入控制仲裁的领域专用分析结果共同形成控制输入。

控制仲裁处理控制优先关系,形成多路径控制和当前目标状态入口控制结果。

当控制结果指向新的目标状态、目标路径或目标物理执行阶段时,形成新的目标状态入口,并由对应 PCN 读取当前状态、调用既定状态映射关系并重新执行判定。

一次明确的目标状态入口前置判定形成一条基本状态迁移判定履历;后续重新判定或新的目标状态入口形成新的履历记录。

一个 PCN 对应一个明确的目标状态入口。

多个 PCN 按照实际状态迁移和工程依赖关系连接后,可以形成 PCN 网络。

TPCA / PCN 因而构成一套围绕目标状态入口组织相关状态、结构化判定、控制仲裁、多路径控制、执行结果和状态迁移判定履历的工程架构。


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版本信息

本文为 TPCA / PCN 状态迁移前置控制架构 的公开白皮书。

  • Public Version 1.0:2026-07-01 发布。
  • Public Version 1.1:2026-08-19 更新。明确 CAE-SDB 结果、控制仲裁、多路径控制和状态迁移判定履历的层级关系。
  • Public Version 1.2:2026-08-20 更新。统一以目标状态入口作为可独立设计、判定、控制和记录的工程对象,并进一步明确 TPCA 与 PCN 的架构关系。
  • Public Version 1.3:2026-08-21 更新。补充时间信息 T、状态实例、状态迁移判定履历、PCN 网络和多路径控制相关说明。
  • Public Version 1.4:2026-08-25 更新。整理 CAE-SDB 的双轴结构。
  • Public Version 1.5:2026-09-09 更新。追加九步工程分析顺序,减少重复说明,并统一目标状态入口、CAE-SDB、控制仲裁、多路径控制、状态迁移判定履历和 PCN 网络的公开表达。
  • Public Version 1.6:2026-09-21 更新。补充目标状态入口、C / A / E 映射和 CAE-SDB 结果形成规则,并进一步明确跨入口控制与工程边界。
  • Public Version 1.7:2026-09-25 更新。补充工程状态输入、状态映射及 PCN 网络依赖关系说明。

作者:全野南政 / Nansei Zenno

建议引用:

全野南政 / Nansei Zenno,《TPCA / PCN 状态迁移前置控制架构》,公开白皮书,Public Version 1.7,2026-09-25,https://zennns.com/zh/whitepaper/