引言

The Industrial Internet Consortium（IIC）提出的工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)參考架構(gòu)Industrial Internet Reference Architecture（IIRA）是廣為人知的著名的智能制造參考架構(gòu)，是業(yè)內(nèi)開展相關(guān)工作的重要指導(dǎo)。這里將其中比較偏重技術(shù)層面的“三層IIoT系統(tǒng)架構(gòu)”拿出來，結(jié)合我對智能制造技術(shù)目標(biāo)的理解，對上述架構(gòu)進(jìn)行解讀，希望為智能制造的技術(shù)架構(gòu)方面的整體規(guī)劃提供一些借鑒。

對智能制造技術(shù)目標(biāo)的理解

技術(shù)架構(gòu)是為技術(shù)目標(biāo)服務(wù)的，用于有效支撐技術(shù)目標(biāo)的實現(xiàn)。因此，嘗試從下圖中所描述的“工業(yè)4.0發(fā)展階段”中提煉出相關(guān)技術(shù)目標(biāo)。個人認(rèn)為，這張圖從技術(shù)角度清晰完整為我們勾勒出了智能制造、工業(yè)4.0的技術(shù)發(fā)展方向以及各個階段的技術(shù)目標(biāo)。

工業(yè)4.0的發(fā)展階段

通向工業(yè)4.0的六個發(fā)展階段：

• 計算機(jī)化。對計算機(jī)化的理解可以從軟硬兩個方面著手。首先，在“硬”的方面，計算機(jī)化要實現(xiàn)工業(yè)現(xiàn)場設(shè)備的自動化，只有具備了自動化的基礎(chǔ)，設(shè)備才有聯(lián)網(wǎng)、進(jìn)行管控一體化操作的可能性。其次，在“軟”的方面，計算機(jī)化要實現(xiàn)生產(chǎn)相關(guān)所有業(yè)務(wù)流程的信息化，以此來保證各生產(chǎn)運營環(huán)節(jié)中的數(shù)據(jù)被準(zhǔn)確、及時地記錄。
• 連接性。實現(xiàn)設(shè)備與信息系統(tǒng)的融合、信息的全面有效集成。以往，我們經(jīng)常聽到的幾個用來描述企業(yè)信息隔離的詞就是“自動化孤島”、“信息化孤島”。而智能制造的關(guān)鍵建設(shè)基石之一就是信息的高效集成，要將設(shè)備層的信息、業(yè)務(wù)系統(tǒng)中的信息及時采集、匯總，為后續(xù)的分析挖掘提供數(shù)據(jù)基礎(chǔ)。
• 可見性。所謂可見性，是指實現(xiàn)對于生產(chǎn)運營相關(guān)所有環(huán)節(jié)信息的實時獲取，消除以往生產(chǎn)過程中的黑盒現(xiàn)象。
• 透明性。在對信息全面掌握的基礎(chǔ)上，通過對數(shù)據(jù)的分析，了解問題發(fā)生的原因，進(jìn)而獲取insight。當(dāng)前，國內(nèi)大部分的工業(yè)現(xiàn)場并沒有對生產(chǎn)過程中的數(shù)據(jù)進(jìn)行充分利用，往往只到了解決可見性的階段，對于深入的分析，一方面缺乏這方面的意識，另一方面也缺乏相關(guān)“業(yè)務(wù)+數(shù)據(jù)分析”的復(fù)合型人才。
• 預(yù)測性。知道了原因還不夠，為了減少熱停工、非計劃性停機(jī)等突發(fā)事件，需要基于海量歷史數(shù)據(jù)進(jìn)行預(yù)測分析，對關(guān)鍵設(shè)備故障、供應(yīng)鏈變化等重要事件進(jìn)行預(yù)測，在故障發(fā)生前采取應(yīng)對措施，將負(fù)面影響降到最低。
• 自適應(yīng)性。要實現(xiàn)這一點，需要人為的授權(quán)，即對于生產(chǎn)系統(tǒng)的充分授權(quán)。由我們的設(shè)備和信息系統(tǒng)所構(gòu)成的生產(chǎn)系統(tǒng)在對數(shù)據(jù)進(jìn)行采集、分析的基礎(chǔ)上，能夠形成對于生產(chǎn)運營相關(guān)工作的改善建議，在人為提前授權(quán)的情況下，系統(tǒng)能夠自動對生產(chǎn)過程等環(huán)節(jié)進(jìn)行調(diào)整，自行適應(yīng)變化。到這一階段，可以說，是真正實現(xiàn)了智能化。

總結(jié)一下，智能制造的技術(shù)目標(biāo)是應(yīng)用信息技術(shù)與通訊技術(shù)，對制造業(yè)企業(yè)所有生產(chǎn)運營相關(guān)環(huán)節(jié)的信息進(jìn)行全面獲取、集成以及充分利用，分析挖掘數(shù)據(jù)中的價值，形成對生產(chǎn)運營相關(guān)工作的改善建議。

對IIC的三層IIoT架構(gòu)的理解

如果對上述技術(shù)目標(biāo)有了清晰的認(rèn)識，那么對于下圖中的技術(shù)架構(gòu)理解起來就相對容易了。

三層IIoT參考架構(gòu)

其中，Edge Tier側(cè)重于依托Edge Gateway（邊緣網(wǎng)關(guān)）對于數(shù)據(jù)的采集、轉(zhuǎn)換、傳輸，Platform Tier完成對于數(shù)據(jù)的分析處理，并且將分析的結(jié)果發(fā)送到Enterprise Tier的各個領(lǐng)域的應(yīng)用（Domain Application），形成決策與行動建議，并最終反饋給Edge Tier，優(yōu)化邊緣側(cè)設(shè)備的運行。

當(dāng)然，該架構(gòu)僅僅是一個參考，也是有一些可以調(diào)整的空間，比如，邊緣分析的引入能夠有效增強(qiáng)邊緣側(cè)的自適應(yīng)能力，并且能夠降低邊緣層與平臺層的數(shù)據(jù)傳輸量，提升架構(gòu)的經(jīng)濟(jì)性。

此外，平臺層所進(jìn)行分析的數(shù)據(jù)來源也不止是邊緣層，也會有企業(yè)層的業(yè)務(wù)系統(tǒng)。因此，平臺層與企業(yè)層的數(shù)據(jù)流向如果改成雙向可能會更好一些。

在信息集成方面，應(yīng)有一個中間件平臺完成這邊緣層、平臺層、企業(yè)層所有系統(tǒng)、設(shè)備的數(shù)據(jù)集成工作。如下面的架構(gòu)簡要示意圖，其中信息集成中間件平臺將扮演重要的數(shù)據(jù)傳輸樞紐作用。

智能制造系統(tǒng)架構(gòu).PNG

有了上述認(rèn)知，再看看下面這張微軟的IoT參考架構(gòu)圖，是不是也很容易理解了。

微軟IoT架構(gòu)

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