RAMI40工业40参考体系

　　工业4.0概念包括了由集中式控制，向分散式增强型控制的基本模式转变，从而建立一个高度灵活的个性化和数字化的产品与服务的生产模式。在这种模式中，传统的行业界限将消失，并会产生各种新的活动领域和合作形式。创造新价值的过程正在发生改变，产业链分工将被重组。

　　大大小小基于数字化重组的产业链分工，意味着工业4.0作为一个超复杂的巨系统正在构成。各种机器、产品、零部件、人员、原材料，各种研发工具、测试验证平台、虚拟产品，各种工厂、生产管理、运营管理流程，各级供应商和不计其数的客户，都将是这一个系统的重要组成部分。

　　一个前所未闻的工业领域的巨型集合体在构成。

　　为了解决复杂系统的组成问题，就必须引入体系架构。这就是工业4.0参考架构模型RAMI诞生的基本原因。这是系统工程论中最典型的思惟模式。

　　工4100术语定义

　　RAMI4.0（Reference Architecture Model Industrie 4.0）即工业4.0参考架构模型，是从产品生命周期/价值链、层级和架构等级三个维度，分别对工业4.0进行多角度描写的一个框架模型。它代表了德国对工业4.0所进行的全局式的思考。有了这个模型，各个企业尤其是中小企业，就可以在全部体系中，寻找到自己的位置。

　　也就是说，在对工业4.0的讨论中需要考虑不同的对象和主体。其对象既包括工业领域不同标准下的工艺、流程和自动化；也包括信息领域方面，信息、通信和互联技术等。为了达到对标准、实例、规范等工业4.0内容的共同理解，需要制定统一的框架模型作为参考，对其中的关系和细节进行具体分析。

　　整体的骨架

　　在德国工业4.0的工作组的努力和各种让步之下，2015年 月，德国正式提出了工业4.0的参考架构模型（RAMI4.0）。

　　RAMI4.0的第一个维度，是在IEC 62264企业系统层级架构的标准基础之上（该标准是基于普度大学的ISA-95模型，界定了企业控制系统、管理系统等各层级的集成化标准），补充了产品或工件的内容，并由个体工厂拓展至“连接世界”，从而体现工业4.0针对产品服务和企业协同的要求。

　　图1工业4.0参考架构模型图

　　第二个维度是信息物理系统的核心功能，以各层级的功能来进行体现。具体来看，资产层是指机器、装备、零部件及人等生产环节的每个单元；集成层是指对一些传感器和控制实体等；通信层是指的是专业的络架构等；信息层是指对数据的处理与分析过程；功能层是企业运营管理的集成化平台；商业业务层是指各类商业模式、业务流程、任务下发等，体现的是制造企业的各类业务活动。

　　图2RAMI功能层的作用 第三个维度是价值链，即以产品全生命周期视角动身，描写了以零部件、机器和工厂为典型代表的工业要素从虚拟原型到实物的全过程。具体体现为三个方面：1是基于IEC 62890标准，将其划分为模拟原型和实物制造两个阶段。2是突出零部件、机器和工厂等各类工业生产部分都要有虚拟和现实两个进程，体现了全要素“数字孪生”特点。3是在价值链构建过程中，工业生产要素之间依托数字系统紧密联系，实现工业生产环节的末端链接。此处我们以机器设备为例，虚拟阶段就是一个数字模型的建立包含了建模与仿真。在实物阶段主要就是实现最终的末端制造。

　　目前公布的RAMI4.0已经覆盖有关工业络通讯、信息数据、价值链、企业分层等领域。对现有标准的采取将有助于提升参考架构的通用性，从而能够更广泛地指导不同行业企业展开工业4.0实践。

　　小公司怎样参与

　　RAMI4.0对德国产业界来说，是继“工业发展的四个阶段划分”观点以后，又一个新的成果，是对工业4.0理念进一步的明确和阐述。其意义主要体现在三个方面。

　　一是有助于凝聚产业界共鸣，加快推动大企业实施工业4.0战略。工业4.0参考架构模型RAMI4.0实际上是为德国国内企业明确了一个通用的工业4.0概念，能够对企业部署新的基础设施、应用新的技术、构成新的标准指明方向。

　　作为工业4.0的主要推动机构，德国“工业4.0平台”以RAMI4.0架构所界定的各项功能为目标，正在积极推动信息技术、制造技术、激光感应技术等跨界技术的集成试验。目前已搭建测试床 2个，构成应用案例2 7个，部份研究成果已在德国的大企业中进行实施。

　　二是有助于聚合中小企业，提升中小企业参与积极性。德国大约有 0多万中小企业，他们是德国经济的支柱和推动气力，这些中小企业虽然规模不大，但都是在某一个制造领域的领先者。对工业4.0，大部分中小型企业仍持观望态度，都在等待合适的市场框架形成。根据德国联邦贸易与投资署专家此前的研究显示，2011年德国工业4.0概念提出之后，参与的企业主要是特定产业领域中的大企业和大机构，如博世、西门子等，但中小型企业的参与度却始终很低。

　　RAMI4.0明确了新的标准和技术框架，使得中小企业有机会参与未来工业体系建设进程中，从而提升中小企业的参与度，加快推动工业4.0战略在德国整个产业界中的落实。

　　联合的走向

　　基于参考架构的深化合作，是当前美德两大制造强国对接的重要标志。2016年 月2日，美国IIC和德国工业4.0在瑞士苏黎世共同宣布正式开展合作。

　　2016年4月的汉诺威工业博览会，德国工业4.0和美国工业互联联盟两大组织的核心成员共同发表了主题演讲，希望发挥两大平台的综合优势，简化技术选择，提升互操作性，加速全球标准化。而德国总理默克尔也欣然表态，“我很高兴看到工业4.0平台正在与美国工业互联联盟基于参考架构开展标准化方面的合作，这将加速工业4.0的实现，而当我们开始了标准化的工作，我们就站在了非常有益的位置上。”

　　图 美国IIC和德国工业4.0参考架构对应关系

　　而在2016年6月的工业互联同盟会议上，博世公司作为工业4.0和工业互联联盟连接的主要主体，宣布了两大同盟正在以博世力士乐在洪堡（Homburg）的工厂为依托，共建首个 “智能制造设备保护（smart manufacturing facility operation）” 测试床。该测试床主要目的是实现生产计划排产的优化，下降峰值能源消耗，其实现架构也基于IIRA的三层架构来实现。目前，这一测试床已成为美德两大阵营深化合作的试验田。 中国的阵地

　　2015年12月 0日，工信部和国标委联合发布了《国家智能制造标准体系建设指南》（2015年版），同时包括了我国的智能制造系统架构，从生命周期、系统层级和智能功能三个维度构建。

　　图4智能制造系统架构

　　智能制造系统架构通过三个维度展示了智能制造的全貌。为更好的解读和理解系统架构，以可编程逻辑控制器（PLC）、工业机器人和工业互联为例，分别从点、线、面三个方面诠释各自在系统架构中所处的位置。

　　图5PLC在智能制造系统架构中的位置

　　PLC位于智能制造系统架构生命周期的生产环节、系统层级的控制层级，和智能功能的系统集成，如图5所示。

　　图6工业机器人在智能制造系统架构中的位置

　　工业机器人位于智能制造系统架构生命周期的生产环节、系统层级的装备层级和控制层级，以及智能功能的资源要素，如图6所示。

　　图7工业互联在智能制造系统架构中的位置

　　工业互联位于智能制造系统架构生命周期的所有环节、系统层级的设备、控制、工厂、企业和协同五个层级，和智能功能的互联互通。

　　目前，在中德智能制造/工业4.0标准化工作组，我国已与德方展开智能制造系统架构与德国工业4.0参考模型架构的互认工作。阶段性成果如图8所示。

　　图8中国智能制造系统架构与RAMI互认阶段性成果

　　RAMI4.0既有系统工程的思惟，又有大量的标准嵌入其中。这个颤颤巍巍的架构，目前所遭到的关注度，相比于其他工业4.0概念，一直算是不温不火。实际上，一旦发展得当，它会扶摇直上，形成最为巨大的生态体系。

　　或者不妨果断地说，RAMI4.0是德国面向未来的一个巨型制造体系的骨骼。