传统工业企业保留了大量陈旧的信息系统和工业设备。这些系统和设备所采用的信息采集方式、通信方式、数据格式、操作系统等往往并不统一，它们底层所采用的信息技术可能存在很大差异。在工业4.0中，目前最关键的任务是引入CPS，将各种“异构”的系统设备连接起来，实现信息的相互兼容。在数字化的过程中，工业物联网的建设需要减少对原有系统的改造，实现向后兼容（兼容旧系统）。因此，工业4.0主要通过“功能扩展”（提高CPS）实现旧设备、旧系统的“互联网化”，着重于三个“集成”（三种集成：水平集成、垂直集成、端到端集成），而不是重构工业系统的底层信息架构（重构协议标准，开放接口）。从目标上看，工业互联网与工业4.0高度吻合，即通过工业系统的网络化聚合能力，进而灵活运用，服务于个性化、创造性的需求，产生新的商业模式和生态。在工业互联网白皮书中，工业互联网是这样描述的：致力于工业控制系统的联网，形成一个大规模的端到端系统。工业互联网系统能够与人相连接，能够充分整合企业内部系统、工艺流程和分析工具。这种端到端系统被称为“工业互联网系统（IIS）”。工业互联网架构从商业利益诉求出发（联盟发起方均为大型企业），基于各种应用进行生态系统研究，对系统架构进行通俗易懂的阐述，便于组织和各个领域的个人去了解。与工业4.0更侧重于供应链（价值链）研究而非“整合”不同，工业互联网更倾向于研究利益相关者——“角色”。生产分工的“角色”不仅仅指产业链上下游的企业和组织，还包括企业中的各种专业人士，包括企业决策者、技术工程师、产品经理等。在工业4.0中，还有关于“劳动者（人）”的研究和阐述的内容很多，但主要是从社会学和人力资源管理的角度进行整体思考。一、工业物联网的四层视角工业物联网从“角色”的需求出发，提出了四层“视点”结构（有些文章也称“组件”）。1.商业视点（BusinessViewpoint）在工业互联网的建设中，商业视点侧重于识别利益相关方的商业愿景、价值观和目标。相关人员（包括行业用户）需要思考如何通过工业互联网提供的基本功能来实现商业目标。（行业用户：业务决策者、产品经理、系统工程师等）2、应用视角（UsageViewpoint）应用视角定位于可靠、复杂的系统应用（功能）。通过专业用户或逻辑用户的一系列自助操作（使用过程），可以获得系统的基本功能或服务，并组装成成熟的商业应用。（专业用户：系统工程师、产品经理等；逻辑用户：智能终端）3、功能视点（FunctionalViewpoint）功能视点关注工业互联网系统中的基础功能模块（系统组件），支撑开发上层应用组件。跑步。功能视角主要研究模块之间的关系、组合结构、信息交互界面、使用过程和步骤，以及功能模块与系统外部环境的关系。（系统和组件架构师、开发人员、集成商）4.实施视角（Implementationperspective）实施视角侧重于功能视角的信息技术元素，包括具体的工业控制系统、通信解决方案和软件程序。执行组件（视角）侧重于工业物联网最基础、最核心的技术架构。功能（视角）建立在执行视角的技术架构之上，使多个应用（视角）协同工作，实现完整的服务交付。（系统和组件架构师、开发人员和集成商以及系统运营商。）工业互联网认为，工业域控制系统(ICS)已经实现了跨行业的工业自动化。它们通过对物理世界的感知，获得信息的“激励”，通过“固化”、清晰的逻辑运算，向执行器发出指令信号，使设备上的机械装置改变物理世界的状态和环境。这个“控制”过程由工程师精心设计，以便定义和固定自动化设备的所有行为。但如果生产环境发生变化，生产产品需要升级，工程师必须重新设计和调整系统，这可能需要启动生产线的“精益”项目。（Lean-精益：制造领域的专有名词，可以简单理解为：改进生产系统，提高生产线的能源效率）。为适应生产环境和业务需求的变化，控制系统中的信号处理部件首先需要与外部信息系统网络进行通信，其次需要建立一种通用的“语言”（通信协议、数据规范）并进行通信。能够接受上层应用部署和指挥，协同其他业务系统实现柔性“柔性生产”和“智能制造”。四个视角中，“执行视角”主要是构建信息流的通道（从通信行业的角度来看，是拓扑、接口、规范和消息流）。“执行视角”的独立设备和系统会按照接口规范输出传感信号或接收指令信号，形成“功能视角”的数字映射，即在虚拟世界中获得一个“身份”，可以被其他信息系统查询、访问、调用、关闭等。四个视角中的系统和能力相互交织，只是从不同的角度来看。业务视角和应用视角更多的是从业务的角度来看待生产活动。它更关注资本、客户关系、供应链、人力资源、企业资产、产品生命周期等，从上（需求）向下（实施）到工业物联网。功能组件和执行组件是从信息技术和工业技术的角度来看待生产活动的。他们关注的是如何分配计算资源、如何传输信息、如何操作设备、系统维护和运行以及技术架构的健壮性和安全性。对工业物联网系统更分层、更深入的理解，着眼于其“有机性”。2、工业物联网的技术架构在工业互联网的四大组成部分中，既有功能角度，也有执行角度，从技术角度对工业互联网进行拆解。其中，功能视角着眼于整体产业体系，是顶层技术架构，定义和展示产业核心能力的相互关系；执行视角侧重??于信息系统的结构，这是支持功能视角的数字基础。能力分为等级。通俗地说，执行视角描述的是一个人（行业）的“神经网络”，而功能视角则呈现的是一个人（行业）的“器官组织”。通过这两个视角，工业互联网重点厘清了信息技术与工业技术的关系。从目前来看，工业4.0的架构更倾向于信息技术的提升和叠加。相对而言，工业互联网更注重对未来工业体系的重构，使信息与工业深度有机融合。1、功能视角工业互联网联盟希望有一个清晰的、技术层面的功能架构。一方面兼容工业自动化原有的传统工业技术结构，普遍适用于大多数工业信息系统（如ERP等）。具有良好的可扩展性和健壮的系统，可达到综合数字化生产水平，适合相关企业和人员理解、设计、开发和运行。因此，工业互联网融合了工业领域和信息领域的技术，定义并划分了相应的功能模块，提出了“功能视角”的概念。这就是工业互联网的顶层功能架构：功能领域模型。功能域模型由五个基本功能域组成。一个企业的信息系统可以包括所有的功能域，也可以包括其中的几个，或者一个功能域。每个功能域都是一个相对独立、完整的系统。当然，实际业务系统会根据应用特点，删除或修改功能域中的一些细节技术，但这不会影响工业互联网的整体架构。(1)控制域控制域整体部署在物联网的边缘，靠近物理对象和环境，处于物联网结构的边缘。控制域包括：Sensing，即传感器对设备和环境的感知；驱动，是指设备上的机械部件或电路开关通过发送指令信号来执行规定的动作。另外，将数据注入电子标签等存储设备也是一种驱动。通信是指信息在边缘网络中的传输。实体抽象可以理解为对象的“数字化”，即将对象的实体信息（状态或属性）用统一的、标准化的、有意义的数据（即数字信息）来表示，从而使上层系统能够解释传感信息，重写设备状态（驱动程序）。实体抽象是连接物理系统和信息系统的桥梁，完成虚拟和现实的映射。在物联网领域，“数字化”狭义的理解就是“物理抽象”。建模是对物理世界的系统描述（包括分析和预测单个事物的能力）。建模的对象可以是生产设备（例如通过采集大量的设备状态信息来预测设备的隐患），也可以是外部环境（例如机器人乒乓球运动员，通过轨迹来判断球视频中乒乓球的落点）。建模的数据源来自底层的“实体抽象”。复杂的建模需要融合深厚的行业技术知识，通过高级计算（人工智能等）实现。执行器通过对控制目标的解释，按照自己的控制逻辑执行一系列操作（向驱动器和传感器传递指令）。执行者具有自主性，具有一定的决策权和智能，能够动态灵活地完成任务。当然，对于一些特别重要或简单的控制目标，执行者会不经逻辑判断直接执行。整个控制域实现了（控制）目标和（物理）行为的统一。(2)操作域操作域是控制域系统的集中操作，可以远离控制域，实现远程监管。操作域的主要职责包括：为功能（组件）的实现分配和部署资源，并进行相应的管理。为了保证功能的健壮性，运维域还需要具备监控和诊断分析的能力：通过分析系统的关键性能指标，可以评估系统的健康状况，发现系统等问题及时报告或警告故障和性能下降。除了“反应式”的运行方式（告警发生后处理），运行域还需要支持预测和优化：预测故障和系统瓶颈，在故障和问题发生之前进行处理（预测性维护）；控制各种资源的分配利用率和底层系统设备的状况，通过调整资源分配来实现生产优化（例如动态关闭一些空载运行的机器以节省工厂的电力消耗）在预测分析方面，运算域需要借助信息域来弥补他可能存在的计算能力不足。(3)信息域将来自不同领域的信息进行收集，对这些大量异构信息进行转换、建模和存储，最终实现高级分析功能（分析系统瓶颈或预测产业链趋势）。信息域的数据处理能力包括：获取（采集）来自传感器和运行状态的海量数据数据质量管理（数据过滤、去重、剔除垃圾数据）（异构）数据格式转换语义处理（注入原始数据注信息，与其他数据集关联，如位置信息、时间信息等）存储和数据持久化（数据持久化，内存数据模型和存储模型之间的相互转换）数据分发处理（包括流分析处理-流分析处理）控制域也具有数据采集和建模能力，但主要用于即时计算、实时反馈和连续运行，其关注点是设备的“物理行为”。信息域的建模主要用于“后计算”，即通过大数据分析和智能预测，制定长期优化目标，通过调整执行策略来提升系统整体性能的控制域。信息域对控制域具有“引导”作用。如果说控制域是“生产者”，那么信息域就是“管理者”。(4)应用域应用域是所有“函数”(也称为“函数”)的集合，包括对“控制域”进行操作的函数。功能表现为应用领域中相对独立的应用，而业务则是多个应用的??系统组合。虽然在软件应用程序的底层代码中也有“函数（function）”的概念，但应用领域所指的“函数”是一个高度抽象（语义）复杂的逻辑程序，它可以包括一组相互协调的物理操作或一系列流线型的数据处理行为。操作函数发出的操作请求并不是无条件执行的，它必须接受控制域的条件，例如违反作业安全的操作指令将被控制域“拒绝”。（5）业务领域业务领域是指企业的各种业务系统，如：企业资源管理（ERP）、客户关系管理（CRM）、资产管理系统、人力资源管理系统（如人力资源共享中心）资源）、项目管理系统等。这些信息服务通过一套完整的软件程序实现闭环的业务流程，也称为：实现“端到端”的操作流程，例如用户从客户端下单到电子商务购买商品的平台（服务器）。2.执行视角作为顶层技术架构，功能视角本质上是从工业领域整体的角度看工业互联网的技术架构，而执行视角是从“具体实现”的角度看工业互联网”，这其实是一个功能的角度。基础部分，但在笔者看来，“实现”的本质是物理信息和虚拟信息的相互转换，所以执行视角所展现的功能拓扑更像是一种“服务于信息的网络和计算方式”，它强调协议、接口、系统动作和设备状态的信息映射。对于通信领域的人来说，很容易理解执行视角下的架构，可以对应物联网网络架构。（1）从三层架构的执行角度来看，工业互联网分为边缘层、平台层和企业层三个基本层次，分别对应不同的网络和功能特征。边缘层收集各种设备数据并聚合后转发给平台层，或者平台层将数据（如操作指令）回传给边缘层的设备。平台层一方面具有设备资产的管理和监控功能，并可以向上层应用（企业层）提供这些能力。另一方面，它可以接受并执行企业层下达的操作指令：数据分析、信息查询或控制设备操作。平台层集成了工业领域的各种信息化能力，形成开放的服务体系。企业层是行业应用层。它可以是业务决策系统，也可以是提供给外部用户的设备监控系统，也可以是内部操作人员用来进行产品质量分析的软件应用。它可以从平台层获取大量的底层生产数据，也可以通过平台层控制大量的设备，但它并不“关心”这些功能（查询、操作）是如何实现的，它只负责高层应用的逻辑实现。(2)三层网络在三层架构模型中，有三层网络：ProximityNetwork、AccessNetwork和ServiceNetwork。区域内的边缘节点（包括传感器、驱动器、设备、资产、控制系统和边缘服务），并在区域内形成局部网络。邻接网络可以理解为物联网的边缘网络，但更强调场景化的空间。接入网络，实现资产、终端、设备在平台层接入网络。接入网可以是企业专网，也可以是商业运营商网络，比如4GLTE网络。所有终端都需要通过网关设备接入业务网络。服务网络实现了平台层与企业层的连接。可以是互联网，也可以是运营商的移动网络，也可以是企业的专网，也可以是建立在各种网络之上的虚拟专线网络。事实上，企业系统之间的互联也可以通过服务网络实现。【本文为专栏作家汪峰原创文章，转载请联系作者获得授权】点此阅读更多该作者好文
