从四个视角分析工业物联网

一、工业物联网的四层视角

从“角色”的需求出发,工业互联网提出了四层“视角(Viewpoint)”的结构(有些文章中也称之为“组件”)。

1. 业务视角(Business Viewpoint)

在工业互联网的搭建中,业务视角关注于识别利益相关者的商业视野、价值观和目标。相关人员(包括行业用户)需要思考如何通过工业互联网提供的基本功能来实现商业目标。(行业用户:业务决策者、产品经理、系统工程师等)

2. 应用视角(Usage Viewpoint)

应用视角定位于可靠、复杂的系统应用(功能)。通过专业用户或逻辑用户自助式的一系列操作(使用过程),能够获取到系统的基本功能或服务,并将其拼装成成熟的商业应用。(专业用户:系统工程师、产品经理等;逻辑用户:智能终端)

3. 功能视角(Functional Viewpoint)

功能视角聚焦于工业互联网系统中的基本功能模块(系统的零部件),以支持上层应用组件的运行。功能视角主要研究模块之间的关联关系、组合结构、信息交互接口、使用流程和步骤,以及功能模块和系统外界环境的关联关系。(系统和组件架构师、开发人员、集成商)

4. 执行视角(Implementation viewpoint)

执行视角主要关注的是功能视角中的信息技术元素,包括具体的工业控制系统、通信方案和软件程序。执行组件(视角)关注于工业物联网最基本、核心的技术架构,功能(视角)在执行视角的技术架构上搭建,使得多个应用(视角)能够协同工作,并实现业务的完整交付。(系统和组件架构师、开发人员和集成商,和系统运营商。)

工业互联网认为,工业领域的控制系统(ICS)已经能够实现跨产业部门的工业自动化。它们通过对物理世界的感知,获得信息的“激励”,并通过“固化”、明确的逻辑运算,向执行器发布指令信号,从而由设备上的机械装置改变物理世界和环境的状态。这种“控制”过程由工程师精心设计,使得自动化设备的所有行为都明确并固定下来。但如果生产环境发生改变,生产产品需要升级,那么必须由工程师重新设计并调整系统,这有可能需要启动一个生产线的“精益”项目。(精益-Lean:制造业领域专有名词,可简单理解为:改进生产系统并提升生产线的能效)。

要适应生产环境和商业需求的变化,控制系统中的信号处理元器件,首先需要与外部信息系统组网通信,其次需要建立共通的“语言”(通信协议、数据规范),还要能够接受上层应用的调配和指挥,以此实现灵活的“柔性生产”,与其他商业系统协同“智造”。

四层视角之中,“执行视角”主要是构建信息流的通道(从通信行业的角度来说,就是拓扑、接口、规范和消息流程)。在“执行视角”中的独立设备和系统,会按照接口规范输出传感信号或接受指令信号,在“功能视角”中形成数字化映射,即在虚拟世界获得一个“身份”,能被其他信息系统进行查询、访问、调用、关停等。

四个视角中的系统和能力是相互交织,只是看待的角度层面不同。商业视角和应用视角更多的是从商业的角度来看待生产活动,它更关心的是资金、客户关系、供应链、人力资源、企业资产、产品的生命周期等等,是从上(需求)向下(实现)看待工业物联网。功能组件和执行组件是从信息技术、行业技术的角度来看生产活动,它聚焦于如何调配计算资源、如何传递信息、如何操作设备、系统的维护和运营、技术构架的健壮性和安全性,更层次化、深入化地理解工业物联网系统,关注于它的“有机性”。

二、工业物联网的技术架构

在工业互联网的四个组件中,功能视角和执行视角都是从技术的角度来拆解工业互联网。其中,功能视角关注工业整体系统,是顶层的技术架构,定义并展现了工业核心能力的相互关系;执行视角关注信息系统结构,是支撑功能视角的数字化基础,它对工业物联网的信息/网络能力进行了层级划分。

通俗的来说,执行视角描述了一个人(工业)的“神经网络”,而功能视角则呈现了一个人(工业)的“器官组织”。工业互联网通过这两种视角,注重于理清信息技术与工业技术之间的关系。就目前来看,工业4.0的架构思路倾向于将信息技术进行改进和叠加。相对而言,工业互联网则更关注未来工业系统的重构,使得信息和工业深度、有机的融合。

1. 功能视角

工业互联网联盟希望有一个明晰的、技术层面的功能结构,一方面兼容工业自动化原本传统的工业技术结构,并且普适于大多数的工业信息系统(如ERP等),另一方面能够具有良好的扩展性和健壮的系统性,可以达到全面数字化生产的程度,并适合相关企业和人员来进行理解、设计、开发、运营。所以,工业互联网对工业领域和信息领域的技术进行了融合,并定义和划分相应的功能模块,提出了“功能视角”的概念,这便是工业互联网的顶层功能架构:功能域模型。

功能域模型由五个基础的功能域组成。企业的信息系统可以包含所有的功能域,也可能是其中几个,还可以是单独一个功能域,每个功能域都是相对独立、完整的系统。当然,实际的业务系统会根据应用特色,删减或修改功能域中的某些细节性技术,但这不会影响工业互联网的整体结构。

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