第一章工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)概述《工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)基礎(chǔ)》/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(gòu)>>《工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)基礎(chǔ)》目錄美國(guó)工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)參考架構(gòu)02中國(guó)工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)參考架構(gòu)01德國(guó)工業(yè)4.0參考架構(gòu)03《工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)基礎(chǔ)》/工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)系列課程中國(guó)工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)參考架構(gòu)我國(guó)為推進(jìn)工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)發(fā)展，中國(guó)工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)產(chǎn)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(gòu)（版本1.0）》（以下簡(jiǎn)稱“體系架構(gòu)1.0”）。體系架構(gòu)1.0提出工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)、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(diǎn)構(gòu)建三大優(yōu)化閉環(huán)，即面向機(jī)器設(shè)備運(yùn)行優(yōu)化的閉環(huán)，面向生產(chǎn)運(yùn)營(yíng)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(chǎn)品服務(wù)優(yōu)化的全產(chǎn)業(yè)鏈、全價(jià)值鏈的閉環(huán)，并進(jìn)一步形成智能化生產(chǎn)、網(wǎng)絡(luò)化協(xié)同、個(gè)性化定制、服務(wù)化延伸等四大應(yīng)用模式。如圖1.1所示。圖1.1 工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)體系架構(gòu)1.0中國(guó)工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)參考架構(gòu)工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)體系架構(gòu)2.0是在1.0版本基礎(chǔ)上的完善和升級(jí)，包括業(yè)務(wù)視圖、功能架構(gòu)、實(shí)施框架三大板塊，該架構(gòu)設(shè)計(jì)思路是以商業(yè)目標(biāo)和業(yè)務(wù)需求為牽引，進(jìn)而明確系統(tǒng)功能定義與實(shí)施部署方式，自上向下層層細(xì)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(gòu)2.0中國(guó)工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)參考架構(gòu)業(yè)務(wù)視圖明確了企業(yè)應(yīng)用工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)實(shí)現(xiàn)數(shù)字化轉(zhuǎn)型的目標(biāo)、方向、業(yè)務(wù)場(chǎng)景及相應(yīng)的數(shù)字化能力。業(yè)務(wù)視圖主要用于指導(dǎo)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(wù)需求和數(shù)字化能力需求對(duì)于功能架構(gòu)設(shè)計(jì)是重要指引。圖1.3 工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)體系架構(gòu)—業(yè)務(wù)視圖1.業(yè)務(wù)視圖中國(guó)工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)參考架構(gòu)功能架構(gòu)明確企業(yè)支撐業(yè)務(wù)實(shí)現(xiàn)所需的核心功能、基本原理和關(guān)鍵要素。功能架構(gòu)主要用于指導(dǎo)企業(yè)構(gòu)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(shí)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(gòu)—功能架構(gòu)（來(lái)源關(guān)于互聯(lián)網(wǎng)產(chǎn)業(yè)聯(lián)盟）

2.功能架構(gòu)中國(guó)工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)參考架構(gòu)實(shí)施框架描述各項(xiàng)功能在企業(yè)落地實(shí)施的層級(jí)結(jié)構(gòu)、軟硬件系統(tǒng)和部署方式。實(shí)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(shè)方案，進(jìn)一步可用于指導(dǎo)技術(shù)選型與系統(tǒng)搭建。圖1.5 工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)體系架構(gòu)—實(shí)施框架（來(lái)源關(guān)于互聯(lián)網(wǎng)產(chǎn)業(yè)聯(lián)盟）3.實(shí)施框架目錄美國(guó)工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)參考架構(gòu)02中國(guó)工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)參考架構(gòu)01德國(guó)工業(yè)4.0參考架構(gòu)03《工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)基礎(chǔ)》/工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)系列課程美國(guó)工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)參考架構(gòu)美國(guó)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(gòu)（IndustrialInternetReferenceArchitecture，IIRA），為指導(dǎo)企業(yè)開發(fā)部署工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)解決方案的指導(dǎo)框架。美國(guó)工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)參考架構(gòu)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(wù)價(jià)值推動(dòng)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)，把數(shù)據(jù)分析作為核心，驅(qū)動(dòng)工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)從設(shè)備到業(yè)務(wù)信息系統(tǒng)的端到端的全面優(yōu)化。美國(guó)工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)參考架構(gòu)包括商業(yè)視角、使用視角、功能視角和實(shí)現(xiàn)視角4個(gè)層級(jí)。如圖1.6所示。圖1.6 美國(guó)工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)參考架構(gòu)美國(guó)工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)參考架構(gòu)從商業(yè)視角來(lái)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(guān)者的企業(yè)愿景、價(jià)值觀和企業(yè)目標(biāo)被更多聚焦。它進(jìn)一步明確了工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)如何通過(guò)映射基本的系統(tǒng)功能去達(dá)到既定目標(biāo)。圖1.7 一個(gè)愿景和價(jià)值驅(qū)動(dòng)模型（來(lái)源于AI城市智庫(kù)）1.商業(yè)視角美國(guó)工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)參考架構(gòu)使用視角指出系統(tǒng)預(yù)期使用的一些問(wèn)題，它主要涉及的目標(biāo)包含最終實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)功能的人或用戶。這些問(wèn)題通常牽涉到系統(tǒng)工程師、產(chǎn)品經(jīng)理和其他利益相關(guān)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(dòng)與任務(wù)（來(lái)源于AI城市智庫(kù)）2.使用視角美國(guó)工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)參考架構(gòu)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(guān)系、結(jié)構(gòu)、相互之間接口與交互，以及與外部環(huán)境的相互作用，來(lái)支撐整個(gè)系統(tǒng)的使用活動(dòng)。該視角確定了商業(yè)、運(yùn)營(yíng)、信息、應(yīng)用和控制五大功能領(lǐng)域，對(duì)系統(tǒng)組件建筑師、開發(fā)商和集成商有強(qiáng)大的吸引力。圖1.9 功能域，跨部門和系統(tǒng)特性（來(lái)源于AI城市智庫(kù)）3.功能視角美國(guó)工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)參考架構(gòu)實(shí)現(xiàn)視角主要關(guān)注功能部件之間通信方案與生命周期所需要的技術(shù)問(wèn)題。這些功能部件通過(guò)活動(dòng)來(lái)實(shí)現(xiàn)協(xié)調(diào)并支持系統(tǒng)能力。此視角所關(guān)注的問(wèn)題與系統(tǒng)組件工程師、開發(fā)商、集成商和系統(tǒng)運(yùn)營(yíng)商有密切聯(lián)系。圖1.10 工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)參考架構(gòu)4.實(shí)現(xiàn)視角目錄美國(guó)工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)參考架構(gòu)02中國(guó)工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)參考架構(gòu)01德國(guó)工業(yè)4.0參考架構(gòu)03《工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)基礎(chǔ)》/工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)系列課程德國(guó)工業(yè)4.0參考架構(gòu)2015年4月，德國(guó)電工電子與信息技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)化委員會(huì)發(fā)布了“工業(yè)4.0參考架構(gòu)”（ReferenceArchitectureModelIndustry4.0，RAMI4.0），并對(duì)工業(yè)4.0進(jìn)行了多角度描述。工業(yè)4.0參考架構(gòu)模型，深度聚焦于制造過(guò)程和價(jià)值鏈的生命周期，為其建立了一個(gè)比較完整的三維模型。這個(gè)模型對(duì)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(rèn)，以及對(duì)相應(yīng)的標(biāo)準(zhǔn)制定和采用，都十分有價(jià)值。圖1.11德國(guó)工業(yè)4.0參考架構(gòu)德國(guó)工業(yè)4.0參考架構(gòu)工業(yè)4.0參考架構(gòu)模型以一個(gè)三維模型展示了工業(yè)4.0涉及的所有關(guān)鍵要素。如圖1.11所示，RAMI4.0模型的第一個(gè)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(shù)常用的分層概念。各層實(shí)現(xiàn)相對(duì)獨(dú)立的功能，同時(shí)下層為上層提供接口，上層使用下層的服務(wù)。從下到上各層代表的主要功能為：圖1.11德國(guó)工業(yè)4.0參考架構(gòu)德國(guó)工業(yè)4.0參考架構(gòu)資產(chǎn)層是機(jī)器、設(shè)備、零部件及人等生產(chǎn)環(huán)節(jié)的每個(gè)單元；集成層是傳感器和控制實(shí)體等；通信層是專業(yè)的網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)等；信息層是對(duì)數(shù)據(jù)的處理與分析過(guò)程；功能層是企業(yè)運(yùn)營(yíng)管理的集成化平臺(tái)；商業(yè)層是各類商業(yè)模式、業(yè)務(wù)流程、任務(wù)下發(fā)等，體現(xiàn)了制造企業(yè)的各類業(yè)務(wù)活動(dòng)。如圖1.12所示。圖1.12工業(yè)4.0模型功能層級(jí)劃分及作用1.工業(yè)4.0模型功能層級(jí)劃分及作用德國(guó)工業(yè)4.0參考架構(gòu)第二個(gè)維度(左側(cè)水平軸)描述的是全生命周期及其相關(guān)價(jià)值鏈。即以產(chǎn)品全生命周期視角出發(fā)，描述了以零部件、機(jī)器和工廠為典型代表的工業(yè)要素從虛擬原型到實(shí)物的全過(guò)程。具體體現(xiàn)為三個(gè)方面：一是基于IEC62890標(biāo)準(zhǔn)，將其劃分為模擬原型和實(shí)物制造兩個(gè)階段。二是突出零部件、機(jī)器和工廠等各類工業(yè)生產(chǎn)部分都要有虛擬和現(xiàn)實(shí)兩個(gè)過(guò)程，體現(xiàn)了全要素“數(shù)字孿生”特征。三是在價(jià)值鏈構(gòu)建過(guò)程中，工業(yè)生產(chǎn)要素之間依托數(shù)字系統(tǒng)緊密聯(lián)系，實(shí)現(xiàn)工業(yè)生產(chǎn)環(huán)節(jié)的末端鏈接。我們以機(jī)器設(shè)備為例，虛擬階段就是一個(gè)數(shù)字模型的建立包含了建模與仿真。在實(shí)物階段主要就是實(shí)現(xiàn)最終的末端制造。圖1.13產(chǎn)品生命周期2.全生命周期及其相關(guān)價(jià)值鏈德國(guó)工業(yè)4.0參考架構(gòu)第三個(gè)維度(右側(cè)水平軸)是在IEC62264企業(yè)系統(tǒng)層級(jí)架構(gòu)的標(biāo)準(zhǔn)基礎(chǔ)之上（該標(biāo)準(zhǔn)是基于普度大學(xué)的