發布日期：2022-04-26 點擊率：38
一個數字化的網絡化生產和工業需要規范和標準，這樣，各個具體組件便能相互工作
我們的世界現正處在數字化變革中，這將關系到所有的工業領域，并使其發生改變。工業4.0的概念就是工業第四次革命。工業4.0的基本前提條件之一是工業物體相互互動以及基于云的平臺的企業應用集成。這個關于數字世界的新思想需要一個有著與現實世界進行虛擬交際可能性的連貫、統一的網絡化。
相互作用的組件間的共同使用是成功合作的前提。為此，既要有對進行交換數據的共同理解，又要約定交互規則的規范和標準。對于全球行動和外向型的德國工業來說，確定全球通用的標準體系的技術要求則具有尤為重要的意義。這樣做的目標是逐步將所有統一的技術功能和應用的可能性在國際標準的重要規定中加以確定。
工業4.0參考結構架構模型(RAMI 4.0)和工業4.0組件組成了工業4.0的核心基石共同成為基于新業務模式的網絡化產品研發和服務的基礎。
圖1 工業4.0組件是技術資產和工業4.0組件管理殼之間的必要連接
參考結構架構是必要的
目前，在廣泛的工業應用領域已經存在著各種不同的軟件工具、局部的模型和自主行動的技術解決方法。為了完備的集成水平和垂直的價值鏈，并確保工藝鏈順暢的數據流，基于世界公認的規范和總標準的體系統環境的廣泛描述是必須的。由此便產生了未來議題的總任務之一，也就是研發工業4.0應用的參考結構架構模型。
為此，工業4.0平臺成員們于2015年9月首次創立了“DIN SPEC 91345工業4.0參考結構架構模型”項目。工業4.0參考結構架構模型(RAMI 4.0)通過對生產技術資產的研發和在生產中的利用及維護乃至取自市場的整個技術解決方案空間的合理完整的描述，來確保其在應用中的共同使用性。
圖2 德國工業標準 DIN SPEC 91345中定義的三維工業4.0參考結構架構模型 （RAMI 4.0）
工業4.0參考結構架構模型(RAMI 4.0)基本想法之一是在一個共同的模型里集合各種不同的觀點。這不僅有益于系統的途徑定位，同時對在各個不同的企業和各種不同的行業成功實施工業4.0 是必要的。
該結構架構描述了系統的結構， 這包括系統的元素類型、它的結構、相互交互類型以及它的環境。 還要定義基本的工作方案設計或特性，并由此與組件和互動一起共同組成一個重要技術系統的研發、構造和分布編排的框架。
工業4.0參考結構架構模型(RAMI 4.0)是一個用于描述工業4.0空間的三維參考結構架構模型。在該工業4.0空間的三維參考結構架構模型中可對應用以及相關的技術規定在產品生命周期、功能的等級和架構等級中進行三軸定位。這樣，沿著這些確定的軸便能夠清楚的確定所有重要的信息和工業4.0系統的結構，并且能夠將其透明的展示出來。
RAMI 4.0的結構
右邊的水平軸上顯示的是架構的分級。它是應用的功能分類編排以技術資產的模型形式體現。 產品、生產運行設備被具體劃分為在一個工廠內各種不同的功能以及工廠外相互聯網的組件。
左邊的水平軸上顯示的是生命周期的時間軸。一個技術資產的特點在生命周期的不同階段是各不相同的。一個應用實例與一個有著專門功能要求的專門應用類型的復制是不具有可比性的。隨著一個產品生產的開始，在申報應用實例時便將功能特點指派給數字類型。
在垂直的軸上顯示的是一個技術資產的功能等級。為了實施一個虛擬的代表，集成層面位于該資產層的上方。它確保了對物理資產特性的信息系統的數據存取。在通信層則是包括國際網絡傳輸協議，以便進行數據傳輸，這是集成層和信息層之間的連接部分。信息層的內容包括了對所有必要功能數據的描述和技術資產的服務以及公共語言方面的內容，這樣傳送的數據便有了來源和目的地。功能層包含所有合乎程序描述的功能，業務層則顯示的是重要的業務流程。
工業4.0參考結構架構模型(RAMI 4.0)借助于一個三維的層次模型來描述一個技術對象的主要元素。參考結構架構模型的應用如下：
● 生產場景的資產分類編排，
● 參考架構內部的定位，
● 斷定關聯和專門的挑戰，
● 通過分類實現簡化，
● 現有工藝技術的分類編排，
● 重要規范和標準的本土化，
● 通過共同的術語進行通信
借助于一個建筑業市場便能夠很好的說明工業4.0參考結構架構模型(RAMI 4.0)的運行模式。該建筑業市場專營本地生產的建筑材料，并將這些建筑分類成各種不同的產品組，如工具和釘子，涂料和壁紙，木料和建筑材料。這些產品分門別類被放置在各個不同的通道里和貨架上。顧客根據所需情況從通道的具體貨架里提取所需的產品并將這些產品放在他的貨物筐內。技術資產的分類和所需的標準在具體的工業4.0應用中起著與三個軸類似的功能。
工業4.0的組件
另一個重要的要素是工業4.0組件模型的通用描述， 這是一個網宇、實體與系統專業化的展示與描述，如何從一個現實的技術資產中通過虛擬的工業4.0組件管理殼使其變成一個世界范圍內定義精確、可識別并具有通信能力的工業4.0組件。
圖3 帶有部分模型的工業4.0組件管理殼的示意圖
工業4.0組件管理殼是一個在工業4.0系統里的資產的虛擬數字化的和主動的表示。它和它的對象能夠在若干資產中一個資產里作為嵌入式的系統包含在其中，或是分布在一個或是多個高一級的IT系統里。由此，它便有一個表現和工業4.0組件管理員，該表現是一個可找到工業4.0組件管理殼的所有信息、數據和功能的內容目錄。反之，工業4.0組件管理員則組織尋址和標識，并確保與工業4.0組件的各種 IT技術服務的連接。
一個工業4.0組件包括邏輯視圖的一個或多個東西和一個工業4.0組件管理殼。這個概念規定，必須是邏輯包括一個這樣的組件或是其他多個組件，作為一個單位行動，并能夠在邏輯上不考慮上級系統。由此，其他的工業4.0組件(例如機器的結構件)便能邏輯的歸入一個工業4.0組件(如一整部機器)，這樣便服從于一個(臨時的)嵌套結構。
一個工業4.0組件的狀態總是由一個與工業4.0相一致的通信的其他成員獲取的。工業4.0組件管理殼是工業4.0通信和技術資產之間的接口，并且追隨著一個定義的狀態模型。它在網絡里是可明確進行識別的，且它的物理東西借助于明確的識別標記進行識別。
工業4.0組件管理殼
工業4.0組件管理殼是技術資產對所有信息的數據儲存器。這些信息多數是由生產廠家預備好的。由服務商或機器、設備和工廠的操作人員進行進一步補充的重要信息。除此之外，工業4.0組件管理殼還有預備補充的功能(例如，規劃、設計、組態、操作或維護)。這樣，工業4.0組件管理殼便起著一個產品生命周期數據庫的作用。
工業4.0組件管理殼至少要有組件管理器以及用于管理的結構，并且要由頭和主體構成。 頭擁有工業4.0系統里技術資產的識別和標識信息，還擁有該技術資產的管理和應用信息。而主體則含有組件管理器，該組件管理器用其各種不同域的特征和功能來管理部分模型。在此，每個部分模型有結構化的特征，這些部分模型的結構化特征又以各種不同數據格式發揮著當前的功能。 基本特征是提供給技術資產使用不可缺少的特征。
存儲器程序化控制裝置（SPS）的顯示" src="http://img.vogel.com.cn/2018/11/02/5bdbc556edb69.jpg"/>
圖4 多個技術資產的顯示，例如，工業4.0組件管理殼里的一個存儲器程序化控制裝置（SPS）的顯示
部分模型的目標是使不同類型和不同生產廠家的部件、結構組合件、機器和設備進行聯網，以確保在價值鏈中的共同使用性。在此，部分模型含有借助于工業4.0參考結構架構模型 (RAMI 4.0)定義的在工業4.0組件管理殼的垂直軸上定位的技術資產的數理邏輯學描述。 在這里，部分模型的任務是描述正在利用的特征，連同它們的結構以及它們聯網的數據和功能對象。
特征必須基于工業4.0參考結構架構模型的預定參數進行內容方面的加工處理和最終的改編。對所有工業4.0組件管理殼有約束力且標準化的特征均被稱為基本特征。除此之外，具體的單個技術資產既能定義為準備好的責任功能，又能定義為可選擇利用的特征。在此，工業4.0組件管理殼應能從各種不同的特征量和域中接收特征并能對其進行相互區分。具體的單個特征必須是借助于語言表達方式的不同而相互獨立的，并且是能夠維護的。
這種通過工業4.0的標準化方法為用戶提供了利用新的技術系統進行跨行業和跨部門研發的可能性。在此，工業4.0組件管理殼的構成必須能夠使得在各種不同的部分模型和特征之間實現一個適用的顯示。由此，現有的特征便也能夠在各種不同的域里進行使用。
內容與互動
工業4.0系統應用方案的特點是在企業或商業的實際運行中參與組件始終保持著高度靈活性、適用性和自主性。各個具體的工業4.0組件管理殼之間的有效且可靠的合作最終使各個價值鏈在一個這樣的系統里實現協調一致。為此，需要一種共同的、基于互動樣式的語言。 這種語言由詞匯和為此定義的語法組成，語言的內容和作用必須依靠數理邏輯學進行明確的描述。
工業4.0組件交換對其性能產生影響的信息，信息元素是互動必要的基本存在和各種不同的域存在的一個部分。這些存在的內容已經記錄在工業4.0組件的表現里。在工業4.0系統里，存在是為人們所共知且明確的。
為了實施處理和利用部分模型里的與應用相關聯的功能，重點優先的技術條件是互動。互動被視為至少是兩個系統狀態過渡的聯想。在此，一個系統(發送器)發出的信息表現為第二個系統(接受器)輸入的信息值。但是，該描述并不說明哪些工業4.0組件必須提供哪些互動。但是，該描述確定了，當應該提供相應的應用功能時，互動是如何進行是確定的。
