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 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 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，如图所示。

     图 工业4.0组件管理壳及OPC UA实现