1.1.2 工業互聯網的組成與架構

就目前全球現狀來看，幾乎所有制造業都在逐漸地從數字化階段轉向網絡化階段。隨著相關專家學者提出工業互聯網這一概念，工業互聯網立即成為全世界的熱點與焦點，諸如美國、德國等發達國家紛紛把工業的風向標指向工業互聯網，將其作為重要的戰略發展目標，并自主研發出屬于自己的工業互聯網相關架構，對自身的工業發展起到了一定的促進作用。我國相關企業對工業互聯網的研究也不甘落后，并取得了一些令人驕傲的成果。關于工業互聯網的架構，各國都針對實際情況發布了參考性文件，下文將簡單介紹中、德、美、日的相關參考構架。

1.德國RAMI 4.0參考架構模型

德國將工業4.0與醫療保健、市政交通、家居建筑和工廠電網等各個行業結合在一起，形成了物與服務聯網的整體架構，如圖1-1所示。

其中，德國工業4.0參考架構模型（RAMI 4.0）如圖1-2所示。

RAMI 4.0旨在為工業4.0提出一個直觀簡單的構架模型，它以IEC 62890和IEC 62264/61512為基礎，從業務、功能、信息、通信、集成和設備六個層面出發，包括原型（開發、維護/使用）和實物（生產、維護/使用）兩大部分，將產品、現場設備、控制設備、工段、車間、企業和互聯世界結合在一起，所有組件相互依存，形成了一個完整的集成模型。

其中，設備層面包括各種資產，如傳感器、制動器、機械零件、文件和IP等；集成層面是“現實世界”與信息技術表征間的接口，也是資產的人機接口；通信層面是指信息層通信，必要時（如對時間敏感的應用）會通過實時網絡直接通信；信息層面兼容了工業4.0的數據表示與數據訪問；功能層面兼容了工業4.0的功能層，為業務流程提供基本服務；業務層面的目的在于實現最終的業務流程。整體構建清晰明了，結合本國的實際情況將國際規范本地化，整個生命周期內數據連貫，模型內原型與實物價值鏈相結合，得到了其國內相關人員的廣泛支持與認可。

2.美國IIRA 1.8參考架構模型

美國工業互聯網聯盟（IIC）于2017年1月發布了美國工業互聯網參考架構IIRA 1.8，此次發布的1.8版本是基于2015年6月發布的1.7版本，融合了一些新型技術，是目前美國較為通用的工業互聯網參考架構，具體如圖1-3所示。

IIRA是由許多IIC成員（包括系統和軟件架構師、業務專家和安全專家等）基于ISO/IEC/IEEE 42010:2011標準共同設計的架構模板和方法，目的在于構建一個對各個工業領域都具有廣泛可用性的標準架構體系。

IIRA 1.8將工業互聯網參考架構中的Viewpoint1至Viewpoint4定義為業務、使用、功能和實施四個基礎視圖（viewpoint）。其中，業務視圖關注的是利益相關者的身份關注點，以及他們在工業互聯網下的業務愿景、價值和目標；使用視圖旨在解決系統使用中遇到的關注點，它通常描述一系列涉及人或邏輯用戶（如系統或系統組件）的活動；功能視圖側重于功能性部分、結構和相互關系以及系統與外部環境要素間的相互作用，進而支持整個系統的運行；實施視圖則注重涉及實施性功能的組件、通信規劃和生命周期過程的技術，可通過使用視圖和業務視圖協調上述要素。

IIRA 1.8沒有明確討論架構的概念和關鍵結構，而是將一些概念較為松散地運用于其中，這樣有利于研究人員根據特定的系統要求，通過定義額外的視圖對其進行擴展。同時，IIRA 1.8中涉及的各項核心概念和技術適用于制造、采礦、運輸、能源、農業、醫療保健、公共基礎設施和幾乎所有其他行業中的每個小型、中型和大型企業。此外，IIRA 1.8簡明的語言及其對價值定位的強調，可幫助業務決策者、工廠經理和IT經理更好地了解如何從商業角度驅動工業互聯網系統的開發。

3.日本“Society 5.0”下的“互聯工業”參考架構模型

日本政府對于未來制造業的愿景，主要是通過“Connected Industries”（互聯工業）來體現的。為了實現這一點，日本在智能制造方面有一系列的舉措。日本提出的“Society 5.0”視野下的“互聯工業”架構如圖1-4所示。

作為日本國家戰略層面的產業愿景，“互聯工業”強調“通過各種關聯，創造新的附加值的產業社會”，包括物與物的連接、人和設備及系統之間的協同、人和技術相互關聯、既有經驗和知識的傳承，以及生產者和消費者之間的關聯。強調在整個數字化進程中，要充分發揮日本的兩大優勢——高科技和高現場力，構筑一個以解決問題為導向、以人為本的新型產業社會。

“互聯工業”面向各種各樣的產業，通過企業、人、數據、機械相互連接，產生出新的價值，同時創造出新的產品和服務，提高生產力。這與日本政府的一個更高目標“Society 5.0”密切相關。對于未來的投資戰略，日本提出了第四次產業革命，通過人工智能和機器人等技術，推動多種產業發展，并將智能產業與社會生活融合，解決社會需求，最終實現“Society 5.0”。日本正在朝著超智能社會即“Society 5.0”的方向發展，而要實現“Society 5.0”，產業所面臨的最重要的問題，就是工業與網絡的互聯。

4.中國工業互聯網體系架構

在兩化融合的浪潮下，中國也緊跟時代步伐，“互聯網+先進制造業”是我國現階段的重要研究領域之一。目前，國內較為權威的工業互聯網架構文件是由工業和信息化部指導、中國信息通信研究院牽頭、中國電信集團公司和華為技術有限公司等多家單位參與編寫的《工業互聯網體系架構（版本2.0）》（工業互聯網產業聯盟發布），其中的工業互聯網體系架構如圖1-5所示。

工業互聯網體系架構2.0包括業務視圖、功能架構、實施框架三大板塊，形成以商業目標和業務需求為牽引，進而明確系統功能定義與實施部署方式的設計思路，自上而下層層細化和深入。

業務視圖明確了企業應用工業互聯網實現數字化轉型的目標、方向、業務場景及相應的數字化能力。業務視圖首先提出了工業互聯網驅動的產業數字化轉型的總體目標和方向，以及這一趨勢下企業應用工業互聯網構建數字化競爭力的愿景、路徑和舉措。這在企業內部將進一步細化為若干具體業務的數字化轉型策略，以及企業實現數字化轉型所需的一系列關鍵能力。業務視圖主要用于指導企業在商業層面明確工業互聯網的定位和作用，提出的業務需求和數字化能力需求對于后續功能架構設計是重要指引。

功能架構明確企業支撐業務實現所需的核心功能、基本原理和關鍵要素。功能架構首先提出了以數據驅動的工業互聯網功能原理總體視圖，形成物理實體與數字空間的全面連接、精準映射與協同優化，并明確這一機理作用于從設備到產業等各層級，覆蓋制造、醫療等多行業領域的智能分析與決策優化。進而細化分解為網絡、平臺、安全三大體系的子功能視圖，描述構建三大體系所需的功能要素與關系。功能架構主要用于指導企業構建工業互聯網的支撐能力與核心功能，并為后續工業互聯網實施框架的制定提供參考。

實施框架描述各項功能在企業落地實施的層級結構、軟硬件系統和部署方式。實施框架結合當前制造系統與未來發展趨勢，提出了由設備層、邊緣層、企業層、產業層四層組成的實施框架層級劃分，明確了各層級的網絡、標識、平臺、安全的系統架構、部署方式以及不同系統之間的關系。實施框架主要為企業提供工業互聯網具體落地的統籌規劃與建設方案，進一步可用于指導企業技術選型與系統搭建。

業務視圖、功能架構和實施框架三者相輔相成，構建了完善的工業互聯網體系架構。工業互聯網是繁榮數據經濟的新基石，是創新網絡國際治理的新途徑，是統籌兩個強國建設的新引擎。

中、美、德、日的工業互聯網及智能制造參考架構存在一定的差異是由于各國面向的對象（利益相關者）不同，關注點不同，架構背景不同，現實社會發展情況也不盡相同。美國的架構體系注重良好的擴展性，德國側重于直觀簡單，適應性強，日本著重與“Society 5.0”的密切聯系，我國的工業互聯網體系架構則偏重于使用具體的技術系統名稱來進行描述，便于理解但擴展性略遜色。因而，在之后的發展中可以借鑒各國工業互聯網架構體系的長處，對我國的工業互聯網架構體系進行進一步的改進和完善。