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中美工业互联网的顶层架构体系分析

2017-02-18 09:01
月城清浅
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截止到2017年1月,中美德日都分别出台了智能制造的顶层架构体系。其中比较有代表性的是德国工业4.0参考架构RAMI4.0,以及最新修订的美国工业互联网标准体系及参考架构IIRA1.8(第二个版本)。与此同时,中国也分别提出了智能制造标准体系建设和工业互联网体系架构报告V1版。

在智能制造标准层面,在中德、中美、德美之间已经展开了协调工作。但是国内外顶层架构设计的差异仍然比较大,这可能对未来工业互联网解决方案架构设计、测试床实施验证、案例库等工作的展开带来比较大的影响。因此,在目前标准的完善和优化阶段,就需要对这些差异予以特别的关注。

体系架构框架差异

国内外工业互联网顶层设计在方法论上的最大差异就是工业互联网体系架构框架的差异。体系架构框架(AF)代表的是体系架构的基本要素及模型化的描述方法,是构建体系架构的方法论,已经形成系统架构领域的一种通用惯例。

鉴于在最新的参考架构IIRA1.8中,采用“工业物联网参考架构”的说法(下文同),相对于“工业互联网”这一具有明显特定公司的属性而言,“工业物联网”显得更加中性。为了避免混淆,在提美国的参考架构的时候,将采用“工业物联网”的说法。

美国工业物联网架构和德国工业4.0都在标准中明确声明是遵循了何种架构框架惯例。这一做法是ISO/IEC/IEEE 42010:2011对架构标准文件的统一要求。例如,美国工业互联网联盟在第一章即明确声明他们遵循的架构框架就是来自于此,这是一种结构化的架构建模方法。所以,这类标准必须像IIRA那样,在“名词和术语“部分对所谓的“架构用语”进行定义。美国工业物联网参考架构IIRA与德国工业互联网可以对接,就是因为两者在功能维度采用了统一的架构框架,这是架构体系国际化的基础。

按照国际标准来解释参考架构,参考架构的本质就是将某一种架构框架(如利益相关者分类体系、利益关注点分类体系、价值视点分类体系、反应不同视点的视图逻辑体系等)用于特定领域问题的分析和架构关系的设计。所以,缺失架构框架的所谓“参考架构“描述,本身就是缺少骨架的。当然这不意味着国内的工业互联网及智能制造标准体系的利益相关者和视点描述是缺失的,实际上,国内这些标准的利益相关者和视点都是比较清晰的,但是因为缺少更加底层的系统化架构框架为参考架构的描述提供整体框架和模型机制,会使得国内智能制造体系结构标准定义,存在着一定的不确定性。

图一:美国工业物联网架构框架IIAF

(基于ISO/IEC/IEEE 42010:2011)

中、美、德的工业互联网及智能制造参考架构存在一定的差异是可能的,参考架构面向对象(利益相关者)不同、关注点不同、架构背景不同、架构范式也会有国家和行业的差异,所以不同国家的工业物联网参考架构理应存在一定的差异。但是类似国际标准这样的架构描述标准是必须共同遵守的,否则,可以认为在文件特性上就不具备“参考架构“的特性了。

从中、美工业物联网体系架构的视图上,就可以发现缺少通用性的架构框架所导致的问题了。在架构的视图设计上,目前发布的中国《工业互联网体系架构v1.0》的视图都是系统技术视图,各个视图使用了具体的技术系统名称描述,虽然便于理解;但从扩展性来看,则存在过于具体化的问题。未来可以进一步参考IIRA1.8,从工业互联网的功能支持能力角度,以数据为核心,选择业务、运营、应用、控制等视图,对架构特性进行进一步抽象,以便支持灵活的可扩展的架构实践。

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