RAMI 4.0和IIRA两种参考架构模型的比较分析

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数字化和互联 的广泛应用带来了大量的新产品，也改变了很多产品的使用方式，这些改变甚至跨越了领域的界限。特别是在工业领域、产品价值流和全生命周期的应用创造了大量新机会。利用工业以太 进行数据传输，将物、服务、人、设备等联 ，开发智能应用等都可以带来价值。

联 系统越来越多，传感器从物理世界采集的数据通过 络可向所有的领域提供有用的信息。基于双方约定的通信关系或工业数据传输标准，移动的物、人、机器可以相互交流。有研究预测，在2020年将有250亿个“物体”联 ，推动力有两点：一是利用智能 络和相关信息建立最优的价值流，二是创造新的商业模型。通过组件、系统和解决方案的逻辑升级，可以创造全新的互操作概念并彻底简化设计与操作流程。

一、 创建参考架构模型：一般描述和特殊描述的平衡点

国际上一些联盟从不同的角度和着眼点起草了不同的参考模型，例如，德国工业4.0平台建立的工业4.0参考架构模型（Industrie 4.0 Reference Architecture Model，RAMI 4.0），美国工业互联 联盟建立的工业互联 参考架构（IndustrialInternet Reference Architecture，IIRA）模型。数字化和物、服务、机器等形成的 络是两个模型核心的成份。两个模型既有互补的部分也有一致的部分，同时也有需要共同改进的地方，问题的关键在于整体结构的系统实施。而实施的基础是互联 机制和端到端数字化，这对于全球的目标用户和产品是至关重要的。

二、 RAMI 4.0：生命周期、价值流、分层结构的融合

工业4.0是物联 （Internet of Things）和务联 （Internetof Services）在“生产与产品”领域的应用，是融合了生产工具、产品和服务的工程。工业4.0空间可以采用三维的RAMI 4.0模型来描述。垂直轴向是分层结构，代表了各种不同的角度，包括数据映射、功能描述、通信行为、硬件（资源）和商业过程，这类似于IT技术的实践方法：将复杂工程分组并形成易操作的子单元。第二个轴向表示的关键指标包括产品和生产系统的生命周期和使用寿命以及价值流。RAMI 4.0模型可以描述所有价值流中不同数据的相关性。第三个轴向描述不同功能类型在工厂/车间的分配情况，这个功能层级并不是经典的自动化金字塔结构所描述的设备分类。RAMI 4.0模型通过在底层增加产品或工件层、在工厂级顶层增加互联世界层扩展了IEC62264的分层结构，如图1所示。

图1 RAMI 4.0模型的三维结构

RAMI 4.0定义了工业4.0组件所具有的生命周期、价值流和分层结构，描述了不同功能逻辑分组以及界面与标准的映射，同时可用于描述和实践高度柔性的解决方案。在已有的国际标准涉及到的领域，可以整合兼容的标准。在没有标准的领域，则需要国际组织开展编制工作以扫清RAMI 4.0模型应用的障碍。其中数据交换的语义和语法标准是不同方通信的基础。虽然并不是所有的领域都采用同一种语言，但是标准化的规则可解释不同语言之间的差异（如同人类语言一样），从而重新建立顺畅的通信。

三、 IIRA：考虑不同利益群体的视角

美国的工业互联 联盟基于ISO/IEC/IEEE42010:2011标准提出了IIRA模型。ISO/IEC/IEEE 42010标准概述了系统、软件和企业结构的相关必要条件，提出应鉴别系统用户、供应商、开发商及技术人员等不同利益相关者的视角，目标是从他们的角度来描述系统特性，包括概念的预期用途和适用性、实施过程、潜在风险、系统在整个生命周期的可维护性等，如图2所示。

图2 IIRA模型的4个不同视角

可见，IIRA是一个分层模型，描述了4种不同的视角，包括商业、使用、功能、实践。它着眼于软件和商业过程所涉及的能力。每一个视角都可以与RAMI 4.0的纵轴层级相比较，而RAMI 4.0在生命周期和分层结构两个水平轴方向扩充了IIRA模型，如图3所示。另外，基于RAMI 4.0的工业4.0组件具有的管理壳描述了语法和语义通信，从而建立不同机器、系统、软件等之间的联系。

图3 IIRA功能视角与RAMI 4.0的比较

四、 数据模型和工程语言：不同领域之间的数字连接

德国的工业4.0平台采用RAMI 4.0和工业4.0组件从工业角度定义了一个参考架构，在生产、产品和服务方面具有适用性，目标是在实践物、服务、人、机器的互联 时减少界面数量，并标准化工程语言。因此，工业4.0组件的管理壳在生产现场和管理部门之间、不同模型之间、不同利益相关者之间建立了连接。不同联盟之间要建立合作关系，鉴别不同的模型，促进模型在产品、系统、数据、服务方面的实践。但是，由于互操作性是实现工业4.0的必要条件，所以只有形成统一的模型，最终的解决方案才能给用户带来最优的利益。