引言

The Industrial Internet Consortium(IIC)提出的工業互聯網參考架構Industrial Internet Reference Architecture(IIRA)是廣為人知的著名的智能製造參考架構,是業內開展相關工作的重要指導。這裡將其中比較偏重技術層面的「三層IIoT系統架構」拿出來,結合我對智能製造技術目標的理解,對上述架構進行解讀,希望為智能製造的技術架構方面的整體規劃提供一些借鑒。

對智能製造技術目標的理解

技術架構是為技術目標服務的,用於有效支撐技術目標的實現。因此,嘗試從下圖中所描述的「工業4.0發展階段」中提煉出相關技術目標。個人認為,這張圖從技術角度清晰完整為我們勾勒出了智能製造、工業4.0的技術發展方向以及各個階段的技術目標。

通向工業4.0的六個發展階段:

  • 計算機化。對計算機化的理解可以從軟硬兩個方面著手。首先,在「硬」的方面,計算機化要實現工業現場設備的自動化,只有具備了自動化的基礎,設備纔有聯網、進行管控一體化操作的可能性。其次,在「軟」的方面,計算機化要實現生產相關所有業務流程的信息化,以此來保證各生產運營環節中的數據被準確、及時地記錄。
  • 連接性。實現設備與信息系統的融合、信息的全面有效集成。以往,我們經常聽到的幾個用來描述企業信息隔離的詞就是「自動化孤島」、「信息化孤島」。而智能製造的關鍵建設基石之一就是信息的高效集成,要將設備層的信息、業務系統中的信息及時採集、匯總,為後續的分析挖掘提供數據基礎。
  • 可見性。所謂可見性,是指實現對於生產運營相關所有環節信息的實時獲取,消除以往生產過程中的黑盒現象。
  • 透明性。在對信息全面掌握的基礎上,通過對數據的分析,瞭解問題發生的原因,進而獲取insight。當前,國內大部分的工業現場並沒有對生產過程中的數據進行充分利用,往往只到了解決可見性的階段,對於深入的分析,一方面缺乏這方面的意識,另一方面也缺乏相關「業務+數據分析」的複合型人才。
  • 預測性。知道了原因還不夠,為了減少熱停工、非計劃性停機等突發事件,需要基於海量歷史數據進行預測分析,對關鍵設備故障、供應鏈變化等重要事件進行預測,在故障發生前採取應對措施,將負面影響降到最低。
  • 自適應性。要實現這一點,需要人為的授權,即對於生產系統的充分授權。由我們的設備和信息系統所構成的生產系統在對數據進行採集、分析的基礎上,能夠形成對於生產運營相關工作的改善建議,在人為提前授權的情況下,系統能夠自動對生產過程等環節進行調整,自行適應變化。到這一階段,可以說,是真正實現了智能化。

總結一下,智能製造的技術目標是應用信息技術與通訊技術,對製造業企業所有生產運營相關環節的信息進行全面獲取、集成以及充分利用,分析挖掘數據中的價值,形成對生產運營相關工作的改善建議。

對IIC的三層IIoT架構的理解

如果對上述技術目標有了清晰的認識,那麼對於下圖中的技術架構理解起來就相對容易了。

其中,Edge Tier側重於依託Edge Gateway(邊緣網關)對於數據的採集、轉換、傳輸,Platform Tier完成對於數據的分析處理,並且將分析的結果發送到Enterprise Tier的各個領域的應用(Domain Application),形成決策與行動建議,並最終反饋給Edge Tier,優化邊緣側設備的運行。

當然,該架構僅僅是一個參考,也是有一些可以調整的空間,比如,邊緣分析的引入能夠有效增強邊緣側的自適應能力,並且能夠降低邊緣層與平臺層的數據傳輸量,提升架構的經濟性。

此外,平臺層所進行分析的數據來源也不止是邊緣層,也會有企業層的業務系統。因此,平臺層與企業層的數據流向如果改成雙向可能會更好一些。

在信息集成方面,應有一個中間件平臺完成這邊緣層、平臺層、企業層所有系統、設備的數據集成工作。如下面的架構簡要示意圖,其中信息集成中間件平臺將扮演重要的數據傳輸樞紐作用。

有了上述認知,再看看下面這張微軟的IoT參考架構圖,是不是也很容易理解了。

微軟IoT參考架構

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