2.5. 小结
历经CAD、计算机集成制造系统（CIMS）、制造业信息化、两化融合、物联网、两化深度融合、智能制造、互联网+等概念的“嵌入”，我国制造业数字化已有30多年的历史，但仍有很多企业欠缺数字化的基础——自动化和信息化，及由此产生的各种数据库，另外许多企业对这些概念的理解和实施存在偏差。所以北京航空航天大学刘强教授疾呼：“不要在落后的工艺基础上搞自动化，不要在落后的管理基础上搞信息化，不要在不具备数字化网络化的基础上搞智能化”[2]。因此，实现智能制造，首先要打好工业自动化和信息化的基础，再以大数据、互联网和云等数字化网络化手段加快4.0进程。
3、智能制造参考模型的实现
3.1. 参考模型概述
智能制造/工业4.0面向新的生产模式，实现跨企业、跨行业、跨地域的信息集成、应用集成和价值集成。它是一个覆盖信息通信（ICT）、自动化、装备、软件等宽泛领域和技术的“超级”系统工程，目前没有一个学科能够完全覆盖所涉及的方方面面，因此，需要用标准化手段来统一认识和引领发展，普遍的实施方法是通过制定智能制造/工业4.0的参考模型来梳理所涉及的相关标准，进而建立智能制造标准体系。IEC是制定智能制造/工业4.0国际标准的重要阵地，在IEC标准化管理局（SMB）系统评估组SEG7关于智能制造架构和模型的报告[3]中列出了众多标准化组织已制定的11种参考模型和参考架构，具体名称如表1所示。
制定参考模型本身不是目的，参考模型需要随着生产经营模式和技术的发展应不断的优化修正，再指导智能制造/工业4.0的落地实施才具有真正意义。在此选择德国和日本两种后续指导和应用工作做得比较好的参考模型进行分析。
3.2. 德国工业4.0参考架构模型（RAMI4.0）
德国电工电子与信息技术标准化委员会（DKE）于2015年4月发布了工业4.0参考架构模型（RAMI4.0），如图4所示，并将其提交到IEC/TC65工业过程测量、控制和自动化技术委员会。现在，RAMI4.0已成为公共可用规范IEC/PAS63088发布。RAMI4.0以一个三维模型展示了工业4.0涉及的所有关键要素，借此模型可识别现有标准在工业4.0中的作用以及缺口和不足[4]。为方便起见，本文使用X、Y、Z来区分三个轴向[5]。
图4 工业4.0参考架构模型（RAMI4.0）
工业4.0的概念旨在以RAMI4.0模型为形式，制定数字化描述规则，用来描述贯彻整个全生命周期的技术对象和价值链变化[6]。RAMI4.0的提出并非从零开始，其中X轴和Y轴都是基于已有标准，但为适应工业4.0需求而进行扩展。X轴为生命周期&价值链维度，在IEC62890《工业过程测量控制和自动化系统和产品生命周期管理》基础上，根据资产在增值链中的使用方式，将产品生命周期进一步划分为样机（type）和产品（instance）两个阶段。Type阶段与Instance阶段各自都有资产的使用、维护、优化，并且相互间有反馈形成闭环。
Y轴为企业的层次结构维度，在IEC62264《企业控制系统集成》基础上进行扩展。由于工业4.0不仅关注生产产品的工厂、车间和机器，还关注产品本身以及工厂外部的跨企业协同（包括质量链、价值链等的协同）制造关系，因此，在底层增加了“产品”层，在工厂顶层增加了“互联世界”层。
RAMI4.0模型的最大创新在于Z轴即功能级维度，可将其理解为一种信息建模方法，用于对另外两个维度建模——即对生命周期维度进行价值链建模，对层次结构维度进行技术对象建模。RAMI4.0模型在此维度定义了工业4.0组件来作为建模的载体。工业4.0组件由资产和管理壳组成，如图5所示。资产为各种人、机、料、法、环等技术对象，工业4.0组件使用“对象”来数字化（虚拟）表示资产。多个“小”资产可通过数字连接组合成“大”资产。将管理壳附加到资产上，一方面可作为对外展示信息及提供访问的接口，另一方面可对内进行资源管理。如此，使用工业4.0组件就可对工厂层次结构进行数字化（虚拟）表示，建立企业各种资源库（产品库、设备库、工艺库等），并在全生命周期及生产管理工具中实现资源互联互通和互操作。
图5 工业4.0组件及基于工业4.0组件的工厂资产建模
RAIM4.0在Z轴通信层实施方面，推荐使用IEC62541《OPC统一架构（OPCUA）》标准[7，8]。这是因为OPCUA既具有信息建模功能，又支持面向服务（SoA）的架构并提供统一的通信接口（TCP和HTTPS）。因此，OPCUA可用于实现工业4.0组件，包括利用OPCUA强大的信息建模技术实现工厂中各种资产的数字化描述与建模，以UA服务器的形式可视化展示工业4.0组件的对象结构并提供统一的访问接口，如图6所示。
图6 工业4.0组件管理壳及OPC UA实现
3.3. 日本工业价值链参考架构（IVRA）
日本工业价值链促进会（IVI）于2015年12月发布了工业价值链参考架构（IVRA），旨在自下而上地从制造业需求出发，将制造技术和信息技术“串接”起来[9]。面向工业需求多样性和个性化的复杂系统（系统的“系统”），IVRA首先定义智能制造单元（SMU），来表示智能制造的一个自主单元。同RAMI4.0模型一样，SMU也由三个维度组成，但分别对应资产、活动和管理三个视角，如图7所示。不同SMU之间可进行互联互通，并实现物、信息、数据、价值等传递，最终实现生产力和效率的极大提高。
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