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，负责整理该入口的相关状态，执行结构化判定、控制仲裁和多路径控制，并记录本次状态迁移履历。

白皮书中的基本工程主链如下。该图用于表示完整处理顺序。

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 表示相关状态在本次状态迁移中的工程作用。

S / D / B 分别检查结构完整性、动态时序有效性和控制边界，并与 C / A / E 组合形成 CAE-SDB Matrix。

CAE-SDB 判定结果与关键许可、控制约束一起进入控制仲裁，再形成当前入口的控制路径。

判定、控制和执行结果记录为状态迁移判定履历。

多个 PCN 之间，如果一个 PCN 的执行结果形成实际状态更新，并进一步影响另一个目标状态入口的判定环境，则可以形成 PCN 网络中的工程依赖关系。

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 等都保存着各自的状态，但系统仍可能无法进入下一状态或下一执行阶段。

常见情况包括：

• 机器人已经就绪，抓取没有开始；
• 任务已经存在，却没有进入执行；
• 上游工序已经完成，下游暂时不能接收；
• 单体设备没有明显故障，但 Waiting 持续存在；
• 多个系统都有记录，现场仍然很难直接说明当前为什么不能进入下一状态。

图1：复杂工程系统从当前状态向下一状态迁移时，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，并根据结果进入不同执行链条。

遇到这类问题时，首先确认当前状态、准备进入的目标状态，以及两者之间需要进行前置判定的目标状态入口。

然后把与本次目标状态入口直接相关的状态放到同一个状态迁移上下文中确认。

TPCA / PCN 以目标状态入口为中心，将分散在不同系统中的状态、判定、控制和履历组织到同一个工程对象下。

详细问题参见：

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整理“为什么系统不能进入下一状态”。

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。

目标状态可以是机器人抓取、放置、检测等物理执行阶段，也可以是压装、搬送交接、分流等工艺阶段。

在更高层系统中，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 中的跨系统状态切换；
• 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 获取该入口的相关状态，完成 CAE-SDB 判定、控制仲裁、多路径控制和状态迁移判定履历记录。

各对象的关系如下：

2.2 目标状态入口

目标状态入口（Target State Entry） 是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位置。

一个明确的目标状态入口至少需要确定：

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，可以参与多个目标状态入口。其工程作用由具体入口决定。

2.3 基本工程链

概要中的 ①～⑨ 可以整理为下表。

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。

这样，现场看到的就不再只有 Ready / Not Ready、Normal / Error、Waiting / Blocked 等压缩状态，还可以继续确认：

• 问题发生在哪个状态变量域；
• 属于哪一类判定性质；
• 当前选择了哪条控制路径；
• 执行后实际发生了什么。

2.4 状态类型与状态实例

TPCA / PCN 区分状态类型和实际运行中的状态实例。

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 属于同一状态类型 A，但发生时间和运行履历不同，因此是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，也按照新的状态实例记录。

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 设置在当前状态和目标状态入口之间，在系统进入目标状态前完成本次迁移所需的前置判定。

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：

PCN 的输入数量、判定规则和实现规模由具体系统决定。

其基本责任是：

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个工程上下文中。

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

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。

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。

MES / WCS 与多设备协同中，PCN 可以对应：

• 任务生成后的执行入口；
• 区域进入；
• 站点接收；
• 共享资源使用；
• 下游交接。

制造 DX 中，可以围绕以下入口设置 PCN：

• 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；
• 人工确认后的自动运行恢复。

PCN 的配置位置由目标状态入口决定，与设备台数、控制器数量或系统名称没有固定对应关系。

3.3 工程状态输入与接口原则

PCN 需要稳定、可解释的状态输入。

设备、控制器和上位系统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。

状态接口本身只表达事实，不预先固定为 C、A 或 E。

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

运行时，如果实际状态更新影响某个目标状态入口，则读取该 PCN 当前相关状态，调用既定映射关系，再执行当前入口适用的 S / D / B 判定。

运行处理顺序为：

1. 确认实际状态更新影响了哪个目标状态入口；
2. 确定对应 PCN；
3. 读取当前相关状态；
4. 调用该 PCN 预先定义的 C / A / E 状态映射关系；
5. 执行当前入口适用的 S / D / B 判定；
6. 形成新的判定结果。

同一状态对象可以参与多个 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 可以按项目阶段逐步导入。

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；
• 状态能否按预定结构完成 C / A / E 映射；
• S / D / B 判定能否执行；
• 状态迁移判定履历能否形成。

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，并正确绑定到当前状态迁移实例，持续形成预定的判定、控制结果和履历数据。

结构化显示

把判定结果显示在 HMI、MES / WCS 页面或事件报告中，按目标状态入口查看相关状态。

控制建议

根据判定结果和控制仲裁，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 使用两个维度整理目标状态入口的相关状态：

• 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。

关键 A 可以作为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 都满足当前入口要求，也不得允许进入目标状态。

E 不等于单体设备 Ready。

Ready 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；
• 结果回写；
• 其他与当前目标状态进入后的执行链接续有关的状态。

S / D / B 是三类判定性质。

D 可以结合以下动态信息进行判定：

• 超时；
• 未刷新；
• 状态过期；
• 抖动；
• 延迟；
• 不同步；
• 许可撤销；
• 状态切换。

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 可以结合阈值、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 是判定性质，不直接表示等待、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。
   设计或配置时，根据相关状态在该入口中的工程作用预先定义 C / A / E 角色。设备名称、系统来源或字段名称不直接决定角色。

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 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 读取当前相关状态和必要上下文，按照既定映射关系执行当前入口适用的 S / D / B 判定。

4. 关键 A 作为独立必要约束处理。
   关键许可不成立时，不由其他 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属于后续控制选择。如果这些路径对应其他目标状态或目标路径，应在对应入口下单独判定，不能用于证明当前入口的 E 已成立。

4.3 CAE-SDB 组合与结果形成规则

C / A / E 与 S / D / B 组合后形成以下判定坐标：

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 可以作用于不同状态变量域。

CAE-SDB 结果按以下规则形成：

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. 当前入口已经定义相应规则、规则适用于本次状态迁移、存在可用判定依据并完成实际判定后，才形成对应 CAE-SDB 结果。
3. 一次目标状态入口可以形成一个或多个 CAE-SDB 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 结果进入控制仲裁，不直接等同于最终控制路径。

不同设备和系统即使使用不同信号名、接口和实现方式，也可以将实际判定结果整理到统一的 CAE-SDB 坐标中。

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，并支持 D 判定和状态迁移判定履历记录。

具体实现可以使用：

• 时间戳；
• 更新时间；
• 事件时间；
• 序列时间；
• 批次时间。

T 不属于 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 内部的处理顺序是：先形成 CAE-SDB 结果，再进行控制仲裁，确定多路径控制和当前目标状态入口的控制结果，随后执行选定路径，并记录执行结果和状态迁移判定履历。

各对象定义如下：

这些对象属于不同处理层级。

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。

控制仲裁可以使用以下输入：

• 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；
• 允许进入仲裁的领域专用分析结果。

控制仲裁处理这些结果和约束之间的优先关系。

如果当前目标状态入口要求的相关状态、关键许可和其他上位约束都满足，可以形成允许进入的控制结果。

如果进入要求没有成立，则按仲裁结果进入对应控制路径。

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 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，可以对应不同控制路径。

多路径控制用于确定当前目标状态入口下一步执行什么处理。

5.4 当前入口与后续目标状态入口

当前入口选择了一条候选路径，不表示该路径对应的下一目标状态已经获得进入许可。

如果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，则形成新的目标状态入口。对应 PCN 重新读取该入口的当前相关状态，调用自己的 C / A / E 映射关系，并执行该入口适用的 S / D / B 判定。

只有新的目标状态入口完成判定并允许进入后，系统才执行对应路径。

当前入口的控制结果和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

状态迁移判定履历以一次目标状态入口为单位，记录本次判定、控制和执行结果。

公开范围内可以关联：

记录原则如下：

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. 重新判定或进入新的目标状态入口时形成新的履历，不覆盖前一次判定事实。
3. 不同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。

履历长期积累后，可以直接比较：

• 哪些目标状态入口反复出现问题；
• 哪些 CAE-SDB 结果高频出现；
• 哪些控制路径被反复选择；
• 控制选择与实际执行结果之间有什么关系。

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。

复杂系统中通常存在多个连续、并行、分支、循环或相互依赖的目标状态入口。

如果一个 PCN 的执行结果形成实际状态更新，并且该状态更新进入另一个目标状态入口的判定环境，则两个 PCN 之间可以形成工程依赖。

例如，抓取完成后形成新的工程状态，后续放置入口再根据当前状态执行自己的前置判定；放置完成后形成新的状态，再影响后续阶段入口。

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），是已选控制路径执行以后形成的实际工程状态变化。

PCN 网络中的连接以这种实际状态影响关系为基础。其运行关系可表示为：

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

这里保留箭头，是因为它表示实际状态如何从一个 PCN 的执行结果传播到另一个目标状态入口。

许可、资源和执行状态都可以成为状态更新的具体内容。

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。

上游 PCN 的 CAE-SDB 结果保留在本节点的状态迁移判定履历中。

跨节点传递的是执行后形成的实际状态更新。下游 PCN 按自己的目标状态入口重新执行映射和判定。

将各 PCN 的履历与这些工程依赖对应后，可以分析跨入口反复出现的许可、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 的公开固定主链已经在概要中给出。不同领域可以在这条主链中加入自己的专用分析，但不改变基本工程关系。

领域扩展遵循以下边界：

1. 不改变 C / A / E、S / D / B 的固定定义。
2. 领域专用分析结果不要求全部映射为 CAE-SDB 结果。
3. 领域专用分析结果可以按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 的输出可以是诊断显示、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 等既有系统按照各自职责执行。

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 可以应用于不同层级的工程对象。

下面三个公开案例分别对应：

• 自动化执行单元；
• MES / WCS 协同停滞；
• 制造 DX 中的状态迁移条件设计与履历分析。

具体对象和状态来源不同，但使用同一条 TPCA / PCN 工程主链。

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

代表对象包括：

• 机器人抓取；
• 压装；
• 检测；
• 搬送交接；
• 上下料；
• 正常分流 / 异常分流。

机器人已经 Ready 时，视觉结果失效、安全许可未成立、夹爪状态异常或下游不能接收，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，对相关状态执行 CAE-SDB 判定，经控制仲裁后形成控制路径。

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；
• 下游交接。

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 Waiting、Blocked 或 Pending。

群控协同场景可以同时保留两类结果。

第一类是当前目标状态入口的 CAE-SDB 判定结果，由当前 PCN 按既定 C / A / E 映射关系和 S / D / B 规则形成。

第二类是群控协同层的领域专用分析，例如根据群体指标进行停滞识别和结构分型。

代表性群体指标包括：

• 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。

群体停滞识别和结构分型也不要求映射为 CAE-SDB 结果。

两类结果可以按当前协同入口的控制规则共同进入控制仲裁，再形成相应的多路径控制。

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；
• 多系统之间的重要工程状态切换。

PCN 将分散在设备、系统和人员环节中的相关状态对应到明确目标状态入口，并记录判定、控制和执行履历。

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；
• 高成本模型调用。

在执行入口前，可以检查请求条件、权限和执行链状态，再选择高成本路径、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基本工程对象。

一个 PCN 对应一个明确的目标状态入口，读取当前相关状态，调用该入口预先定义的 C / A / E 映射关系，执行 S / D / B 判定，再通过控制仲裁形成当前入口的控制路径。

如果当前控制结果指向新的目标状态或目标路径，则形成新的目标状态入口，由对应 PCN 重新读取当前状态并执行该入口的判定。

一次明确的目标状态入口前置判定形成一条状态迁移判定履历。重新判定或进入新的目标状态入口时，形成新的履历记录。

多个 PCN 通过实际状态更新和工程依赖关系连接后，可以形成 PCN 网络。

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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/