工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)基礎 課件 1.3 工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)體系架構

第一章工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)概述《工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)基礎》/工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)系列課程1.3工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)體系架構>>《工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)基礎》目錄美國工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)參考架構02中國工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)參考架構01德國工業(yè)4.0參考架構03《工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)基礎》/工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)系列課程中國工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)參考架構我國為推進工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)發(fā)展，中國工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)產業(yè)聯(lián)盟于2016年8月發(fā)布了《工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)體系架構（版本1.0）》（以下簡稱“體系架構1.0”）。體系架構1.0提出工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)網(wǎng)絡、數(shù)據(jù)、安全三大體系。基于三大體系，工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)重點構建三大優(yōu)化閉環(huán)，即面向機器設備運行優(yōu)化的閉環(huán)，面向生產運營決策優(yōu)化的閉環(huán)，以及面向企業(yè)協(xié)同、用戶交互與產品服務優(yōu)化的全產業(yè)鏈、全價值鏈的閉環(huán)，并進一步形成智能化生產、網(wǎng)絡化協(xié)同、個性化定制、服務化延伸等四大應用模式。如圖1.1所示。圖1.1 工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)體系架構1.0中國工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)參考架構工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)體系架構2.0是在1.0版本基礎上的完善和升級，包括業(yè)務視圖、功能架構、實施框架三大板塊，該架構設計思路是以商業(yè)目標和業(yè)務需求為牽引，進而明確系統(tǒng)功能定義與實施部署方式，自上向下層層細化和深入。如圖1.2所示。圖1.2 工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)體系架構2.0中國工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)參考架構業(yè)務視圖明確了企業(yè)應用工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)實現(xiàn)數(shù)字化轉型的目標、方向、業(yè)務場景及相應的數(shù)字化能力。業(yè)務視圖主要用于指導企業(yè)在商業(yè)層面明確工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)的定位和作用，提出的業(yè)務需求和數(shù)字化能力需求對于功能架構設計是重要指引。圖1.3 工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)體系架構—業(yè)務視圖1.業(yè)務視圖中國工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)參考架構功能架構明確企業(yè)支撐業(yè)務實現(xiàn)所需的核心功能、基本原理和關鍵要素。功能架構主要用于指導企業(yè)構建工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)的支撐能力與核心功能，并為工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)實施框架的制定提供參考。圖1.4 工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)體系架構—功能架構（來源關于互聯(lián)網(wǎng)產業(yè)聯(lián)盟）

2.功能架構中國工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)參考架構實施框架描述各項功能在企業(yè)落地實施的層級結構、軟硬件系統(tǒng)和部署方式。實施框架主要為企業(yè)提供工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)具體落地的統(tǒng)籌規(guī)劃與建設方案，進一步可用于指導技術選型與系統(tǒng)搭建。圖1.5 工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)體系架構—實施框架（來源關于互聯(lián)網(wǎng)產業(yè)聯(lián)盟）3.實施框架目錄美國工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)參考架構02中國工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)參考架構01德國工業(yè)4.0參考架構03《工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)基礎》/工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)系列課程美國工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)參考架構美國工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)聯(lián)盟（IndustrialInternetConsortium,IIC）于2019年6月19日發(fā)布了最新版本為v1.9版的工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)參考架構（IndustrialInternetReferenceArchitecture，IIRA），為指導企業(yè)開發(fā)部署工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)解決方案的指導框架。美國工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)參考架構注重跨行業(yè)的通用性和互操作性，提供一套方法論和模型，以業(yè)務價值推動系統(tǒng)的設計，把數(shù)據(jù)分析作為核心，驅動工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)從設備到業(yè)務信息系統(tǒng)的端到端的全面優(yōu)化。美國工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)參考架構包括商業(yè)視角、使用視角、功能視角和實現(xiàn)視角4個層級。如圖1.6所示。圖1.6 美國工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)參考架構美國工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)參考架構從商業(yè)視角來看，在企業(yè)中建立工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)之后，利益相關者的企業(yè)愿景、價值觀和企業(yè)目標被更多聚焦。它進一步明確了工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)如何通過映射基本的系統(tǒng)功能去達到既定目標。圖1.7 一個愿景和價值驅動模型（來源于AI城市智庫）1.商業(yè)視角美國工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)參考架構使用視角指出系統(tǒng)預期使用的一些問題，它主要涉及的目標包含最終實現(xiàn)系統(tǒng)功能的人或用戶。這些問題通常牽涉到系統(tǒng)工程師、產品經理和其他利益相關者，包括參與到工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)規(guī)范制定和代表最終使用用戶的人。圖1.8 角色，參與方，活動與任務（來源于AI城市智庫）2.使用視角美國工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)參考架構功能視角聚焦工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)里的功能元件，包括他們的相互關系、結構、相互之間接口與交互，以及與外部環(huán)境的相互作用，來支撐整個系統(tǒng)的使用活動。該視角確定了商業(yè)、運營、信息、應用和控制五大功能領域，對系統(tǒng)組件建筑師、開發(fā)商和集成商有強大的吸引力。圖1.9 功能域，跨部門和系統(tǒng)特性（來源于AI城市智庫）3.功能視角美國工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)參考架構實現(xiàn)視角主要關注功能部件之間通信方案與生命周期所需要的技術問題。這些功能部件通過活動來實現(xiàn)協(xié)調并支持系統(tǒng)能力。此視角所關注的問題與系統(tǒng)組件工程師、開發(fā)商、集成商和系統(tǒng)運營商有密切聯(lián)系。圖1.10 工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)參考架構4.實現(xiàn)視角目錄美國工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)參考架構02中國工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)參考架構01德國工業(yè)4.0參考架構03《工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)基礎》/工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)系列課程德國工業(yè)4.0參考架構2015年4月，德國電工電子與信息技術標準化委員會發(fā)布了“工業(yè)4.0參考架構”（ReferenceArchitectureModelIndustry4.0，RAMI4.0），并對工業(yè)4.0進行了多角度描述。工業(yè)4.0參考架構模型，深度聚焦于制造過程和價值鏈的生命周期，為其建立了一個比較完整的三維模型。這個模型對在制造環(huán)境里不同環(huán)節(jié)單元的功能的分析、它們之間的互操作性的需求的辨認，以及對相應的標準制定和采用，都十分有價值。圖1.11德國工業(yè)4.0參考架構德國工業(yè)4.0參考架構工業(yè)4.0參考架構模型以一個三維模型展示了工業(yè)4.0涉及的所有關鍵要素。如圖1.11所示，RAMI4.0模型的第一個維度(垂直軸)是信息物理系統(tǒng)的核心功能，借用了信息和通信技術常用的分層概念。各層實現(xiàn)相對獨立的功能，同時下層為上層提供接口，上層使用下層的服務。從下到上各層代表的主要功能為：圖1.11德國工業(yè)4.0參考架構德國工業(yè)4.0參考架構資產層是機器、設備、零部件及人等生產環(huán)節(jié)的每個單元；集成層是傳感器和控制實體等；通信層是專業(yè)的網(wǎng)絡架構等；信息層是對數(shù)據(jù)的處理與分析過程；功能層是企業(yè)運營管理的集成化平臺；商業(yè)層是各類商業(yè)模式、業(yè)務流程、任務下發(fā)等，體現(xiàn)了制造企業(yè)的各類業(yè)務活動。如圖1.12所示。圖1.12工業(yè)4.0模型功能層級劃分及作用1.工業(yè)4.0模型功能層級劃分及作用德國工業(yè)4.0參考架構第二個維度(左側水平軸)描述的是全生命周期及其相關價值鏈。即以產品全生命周期視角出發(fā)，描述了以零部件、機器和工廠為典型代表的工業(yè)要素從虛擬原型到實物的全過程。具體體現(xiàn)為三個方面：一是基于IEC62890標準，將其劃分為模擬原型和實物制造兩個階段。二是突出零部件、機器和工廠等各類工業(yè)生產部分都要有虛擬和現(xiàn)實兩個過程，體現(xiàn)了全要素“數(shù)字孿生”特征。三是在價值鏈構建過程中，工業(yè)生產要素之間依托數(shù)字系統(tǒng)緊密聯(lián)系，實現(xiàn)工業(yè)生產環(huán)節(jié)的末端鏈接。我們以機器設備為例，虛擬階段就是一個數(shù)字模型的建立包含了建模與仿真。在實物階段主要就是實現(xiàn)最終的末端制造。圖1.13產品生命周期2.全生命周期及其相關價值鏈德國工業(yè)4.0參考架構第三個維度(右側水平軸)是在IEC62264企業(yè)系統(tǒng)層級架構的標準基礎之上（該標準是基于普度大學的