工業4.0參考體系

RAMI4.0（Reference Architecture Model Industrie 4.0）即工業4.0參考架構模型，是從產品生命周期/價值鏈、層級和架構等級三個維度，分別對工業4.0進行多角度描述的一個框架模型。它代表了德國對工業4.0所進行的全局式的思考。有了這個模型，各個企業尤其是中小企業，就可以在整個體系中，尋找到自己的位置。

也就是說，在對工業4.0的討論中需要考慮不同的對象和主體。其對象既包括工業領域不同標準下的工藝、流程和自動化；也包括信息領域方面，信息、通信和網際網路技術等。為了達到對標準、實例、規範等工業4.0內容的共同理解，需要制定統一的框架模型作為參考，對其中的關係和細節進行具體分析。

基本介紹

• 中文名：工業4.0參考架構模型
• 外文名：Reference Architecture Model Industrie 4.0
• 英文縮寫：RAMI4.0
• 釋義：工業4.0參考架構模型

巨型集合體

工業4.0概念包含了由集中式控制，向分散式增強型控制的基本模式轉變，從而建立一個高度靈活的個性化和數位化的產品與服務的生產模式。在這種模式中，傳統的行業界限將消失，並會產生各種新的活動領域和合作形式。創造新價值的過程正在發生改變，產業鏈分工將被重組。
大大小小基於數位化重組的產業鏈分工，意味著工業4.0作為一個超複雜的巨系統正在形成。各種機器、產品、零部件、人員、原材料，各種研發工具、測試驗證平台、虛擬產品，各種工廠、生產管理、運營管理流程，各級供應商以及成千上萬的客戶，都將是這一個系統的重要組成部分。
一個前所未聞的工業領域的巨型集合體在形成。
為了解決複雜系統的組成問題，就必須引入體系架構。這就是工業4.0參考架構模型RAMI誕生的基本原因。這是系統工程論中最典型的思維模式。

整體的骨架

在德國工業4.0的工作組的努力和各種妥協之下，2015年3月，德國正式提出了工業4.0的參考架構模型（RAMI4.0）。
RAMI4.0的第一個維度，是在IEC 62264企業系統層級架構的標準基礎之上（該標準是基於普度大學的ISA-95模型，界定了企業控制系統、管理系統等各層級的集成化標準），補充了產品或工件的內容，並由個體工廠拓展至“連線世界”，從而體現工業4.0針對產品服務和企業協同的要求。下圖為工業4.0參考架構模型圖。

第二個維度是信息物理系統的核心功能，以各層級的功能來進行體現。具體來看，資產層是指機器、設備、零部件及人等生產環節的每個單元；集成層是指對一些感測器和控制實體等；通信層是指的是專業的網路架構等；信息層是指對數據的處理與分析過程；功能層是企業運營管理的集成化平台；商業業務層是指各類商業模式、業務流程、任務下發等，體現的是製造企業的各類業務活動。下圖為RAMI功能層的作用圖。

第三個維度是價值鏈，即以產品全生命周期視角出發，描述了以零部件、機器和工廠為典型代表的工業要素從虛擬原型到實物的全過程。具體體現為三個方面：一是基於IEC 62890標準，將其劃分為模擬原型和實物製造兩個階段。二是突出零部件、機器和工廠等各類工業生產部分都要有虛擬和現實兩個過程，體現了全要素“數字孿生”特徵。三是在價值鏈構建過程中，工業生產要素之間依託數字系統緊密聯繫，實現工業生產環節的末端連結。此處我們以機器設備為例，虛擬階段就是一個數字模型的建立包含了建模與仿真。在實物階段主要就是實現最終的末端製造。
目前公布的RAMI4.0已經覆蓋有關工業網路通信、信息數據、價值鏈、企業分層等領域。對現有標準的採用將有助於提升參考架構的通用性，從而能夠更廣泛地指導不同行業企業開展工業4.0實踐。

小公司怎么參與

RAMI4.0對於德國產業界來說，是繼“工業發展的四個階段劃分”觀點之後，又一個新的成果，是對工業4.0理念進一步的明確和闡述。其意義主要體現在三個方面。
一是有助於凝聚產業界共識，加快推動大企業實施工業4.0戰略。工業4.0參考架構模型RAMI4.0實際上是為德國國內企業明確了一個通用的工業4.0概念，能夠對企業部署新的基礎設施、套用新的技術、形成新的標準指明方向。
作為工業4.0的主要推動機構，德國“工業4.0平台”以RAMI4.0架構所界定的各項功能為目標，正在積極推進信息技術、製造技術、雷射感應技術等跨界技術的集成試驗。目前已搭建測試床32個，形成套用案例237個，部分研究成果已在德國的大企業中進行實施。
二是有助於聚合中小企業，提升中小企業參與積極性。德國大約有330多萬中小企業，他們是德國經濟的支柱和推動力量，這些中小企業雖然規模不大，但都是在某一個製造領域的領先者。對於工業4.0，大部分中小型企業仍持觀望態度，都在等待合適的市場框架形成。根據德國聯邦貿易與投資署專家此前的研究顯示，2011年德國工業4.0概念提出之後，參與的企業主要是特定產業領域中的大企業和大機構，如博世、西門子等，但中小型企業的參與度卻始終很低。
RAMI4.0明確了新的標準和技術框架，使得中小企業有機會參與未來工業體系建設過程中，從而提升中小企業的參與度，加快推進工業4.0戰略在德國整個產業界中的落實。

聯合的走向

基於參考架構的深化合作，是當前美德兩大製造強國對接的重要標誌。2016年3月2日，美國IIC和德國工業4.0在瑞士蘇黎世共同宣布正式開展合作。
2016年4月的漢諾瓦工業博覽會，德國工業4.0和美國工業網際網路聯盟兩大組織的核心成員共同發表了主題演講，希望發揮兩大平台的綜合優勢，簡化技術選擇，提升互操作性，加速全球標準化。而德國總理默克爾也欣然表態，“我很高興看到工業4.0平台正在與美國工業網際網路聯盟基於參考架構開展標準化方面的合作，這將加速工業4.0的實現，而當我們開始了標準化的工作，我們就站在了非常有利的位置上。”下圖為美國IIC和德國工業4.0參考架構對應關係圖。

而在2016年6月的工業網際網路聯盟會議上，博世公司作為工業4.0和工業網際網路聯盟連線的主要主體，宣布了兩大聯盟正在以博世力士樂在洪堡（Homburg）的工廠為依託，共建首個 “智慧型製造設備維護（smart manufacturing facility operation）” 測試床。該測試床主要目的是實現生產計畫排產的最佳化，降低峰值能源消耗，其實現架構也基於IIRA的三層架構來實現。目前，這一測試床已成為美德兩大陣營深化合作的試驗田。

中國的陣地

2015年12月30日，工信部和國標委聯合發布了《國家智慧型製造標準體系建設指南》（2015年版），同時包含了我國的智慧型製造系統架構，從生命周期、系統層級和智慧型功能三個維度構建。下圖為智慧型製造系統架構圖。

目前，在中德智慧型製造/工業4.0標準化工作組，我國已與德方開展智慧型製造系統架構與德國工業4.0參考模型架構的互認工作。階段性成果如圖5所示。下圖為中國智慧型製造系統架構與RAMI互認階段性成果圖。

RAMI4.0既有系統工程的思維，又有大量的標準嵌入其中。這個顫顫巍巍的架構，目前所受到的關注度，相比於其他工業4.0概念，一直算是不溫不火。實際上，一旦發展得當，它會扶搖直上，形成最為巨大的生態體系。
或者不妨武斷地說，RAMI4.0是德國面向未來的一個巨型製造體系的骨骼。