1.3 工业互联网体系架构

1.3.1 国外典型工业互联网体系架构

1.美国

2015年6月，美国工业互联网联盟（IIC）首次发布了工业互联网参考架构（IIRA），并对工业互联网的框架进行定义与说明。

IIC主要从业务视角、使用视角、功能视角和实施视角四个层级来推出工业互联网参考架构（IIRA），IIRA模型如图1.5所示。

（1）业务视角。企业建立工业互联网系统后，管理层、产品经理和工程师等利益相关者的企业愿景、价值观和企业目标会获取更多的关注，工业互联网系统如何反映业务成果将受到格外关注。

（2）使用视角。使用视角指出系统预期使用的一些问题，通常来说，它表明一种人或逻辑用户的活动序列，与最终实现其基本系统功能的用户相关。该视角一般会涉及管理层、使用者及工程师和其他利益相关者，包含参与工业互联网系统规范制定和代表最终使用用户的人。

（3）功能视角。功能视角聚焦工业互联网体系中的功能元件，包含它们之间的相互关系、结构、相互之间的接口与交互，以及与外部环境的相互作用等。该视角确定了商业、运营、信息、应用和控制五个功能领域，并且对系统组件的设计者而言，系统组建建筑师、开发商和集成商具有强烈的吸引力。

（4）实施视角。实施视角主要集中在功能部件之间的通信方案和生命周期所需的技术问题。该视角的焦点与系统组件工程师、开发商、集成商和系统操作员密切相关。

IIRA为工业互联网系统的各要素及相互关系提供了通用语言，开发者可在通用语言的帮助下为系统选取所需要素，从而快速地交付系统实现。IIRA主要关注跨行业的通用性和互操作性，并提供了一套方法论和模型。IIRA以商业价值为核心，以数据分析为支撑点，从而推动工业互联网体系的全面优化。

2.德国

2015年4月，德国电工电子与信息技术标准化委员会（DKE）正式提出了“工业4.0”参考架构模型（RAMI 4.0），如图1.6所示。

下面从三个维度对RAMI 4.0进行解构。

第一个维度是在IEC 62264企业系统层级架构的标准基础之上（该标准是基于普度大学的ISA-95模型，界定了企业控制系统、管理系统等各层级的集成化标准），补充了产品或工件的内容，并由个体工厂拓展至“连接世界”，从而体现“工业4.0”针对产品服务和企业协同的要求。

第二个维度是信息物理系统的核心功能，以各层级的功能来具体体现。具体来说，资产层主要是指机器、设备、零部件以及人等生产环节的每个单元；集成层主要是指一些传感器和控制实体等；通信层主要是指专业的网络架构等；信息层主要是指对数据的处理与分析过程；功能层主要是指企业运营管理的集成化平台；业务层主要是指各类商业模式、业务流程、任务下发等，体现的是制造企业的各类业务活动。

第三个维度是价值链，从产品的全生命周期视角出发，描述了以零部件、机器和工厂为典型代表的工业要素从虚拟原型到实物的全过程。具体体现为三个方面：一是基于IEC 62890标准，将其划分为模拟原型和实物制造两个阶段。二是重点突出零部件、机器和工厂等各类工业生产要素都要有虚拟和现实两个过程，体现了全要素的“数字孪生”特征。三是在价值链构建过程中，基于数字系统，工业生产要素之间紧密联系，实现工业生产各环节链接。

值得关注的是，“工业4.0”部件模型对零部件、设备、产线、车间、工厂甚至信息化系统在内的所有资产提供统一的信息物理系统（CPS）模型，描述其功能、性能和状况，并从通信协议、句法和语义等方面为它们之间的交互提供统一的界面。“工业4.0”部件模型的广泛实施，对推动制造环境各个系统间的互联互通，将会发挥重大作用，具有重要意义。

3.日本

2016年12月，日本工业价值链促进会（IVI）推出了智能工厂的工业价值链参考架构（IVRA），其模型如图1.7所示。

该架构是一个3维模式。IVI将制造现场作为1个智能制造单元，从制造业重点关注的质量、成本、交付、环境等的管理角度出发，结合人员、流程、产品和设备等生产环境的要素，以及计划、执行、检查和处置等反映作业流程的要素，通过信息化实现生产过程优化，进而提出智能制造的总体功能模块架构。在不同的（设备、车间、部门和企业）智能制造单元上，分析产品链数据和价值链数据，实现各个环节的具体功能，颇具日式的逻辑特色。