Mô hình kiến trúc tham khảo RAMI 4.0 cho IIoT và Nhà máy thông minh

Số hóa trong công nghiệp, cùng với các công nghệ cho phép mang lại giá trị mới cho các quy trình chuỗi tạo ra các mô hình kinh doanh mới và trao đổi thông tin giữa các công ty. Để đặt nền móng cho Công nghiệp 4.0, các mô hình tham khảo kiến trúc được phát triển để chuẩn hóa, phân loại và mô tả các đối tượng được viết thành khung tham chiếu chung trong các Nhà máy thông minh.

Các mô hình kiến trúc tham khảo đã được thiết lập để hội tụ thế giới vật lý và kỹ thuật số, tập trung vào sự hội tụ của Công nghệ thông tin (IT) và Công nghệ vận hành (OT). Hai mô hình kiến trúc tham khảo có được sử dụng nhiều nhất là Mô hình Kiến trúc tham khảo Industrie 4.0 (RAMI4.0), được phát triển bởi các nhóm làm việc Industrie 4.0, và Kết quả Kiến trúc tham khảo Công nghiệp Internet (IIRA) do công việc của Hiệp hội Internet Công nghiệp (IIC).

RAMI4.0 và IIRA đều có chung mục tiêu là hội tụ vật lý và kỹ thuật số, tiếp cận các phạm vi và mục tiêu khác nhau. Sự khác biệt chính về phạm vi, như nó được trình bày thêm, là RAMI4.0 tập trung vào các nhà máy sản xuất kết hợp vòng đời và các cấp độ phân cấp.

Mặt khác, IIRA tiếp cận IIoT trong các ngành tổng thể như năng lượng, chăm sóc y tế, lưới điện thông minh hoặc giao thông thông minh, bất kể ở thời điểm hiện tại, vòng đời và các cấp độ phân cấp. Các mô hình kiến trúc tham khảo đang được phát triển, và cả IIC và Industrie 4.0 đều hợp tác để lập bản đồ và sắp xếp các ý tưởng nhằm tăng giá trị của Công nghiệp thông minh và Hệ thống IIoT.

Giới thiệu Mô hình kiến trúc tham khảo Industrie 4.0 (RAMI 4.0)

Mô hình Kiến trúc tham khảo Industrie 4.0 là một mô hình ba chiều, nơi đề xuất sự khác biệt giữa thế giới vật lý và thế giới kỹ thuật số của các đối tượng trong Công nghiệp Thông minh. Chúng được chia thành các lớp và được phân loại theo giai đoạn của chu kỳ sống và mức độ thứ bậc của chúng như trong hình dưới.

Trục tung tượng trưng cho sự khác biệt giữa thế giới thực và thế giới kỹ thuật số trong sáu lớp. Ở phía dưới là tất cả các đối tượng vật lý được tích hợp vào hệ thống thông tin thông qua số hóa.

Vòng đời và chuỗi giá trị nằm trên trục thứ hai. Mỗi đối tượng được thể hiện thời gian tồn tại của nó từ khi phát triển đến khi sử dụng nó.

Cuối cùng, trong trục thứ ba, các cấp độ phân cấp được hiển thị, trong đó hai mục khác biệt của Industrie 4.0 đã được thêm vào kim tự tháp truyền thống, được mô tả ở trên: sản phẩm và thế giới kết nối.

Bằng cách này, một đối tượng có thể được phân loại và phân tích theo ba trục này để đặt nó một cách chính xác vào một khối lập phương trong Mô hình Kiến trúc tham khảo Industrie 4.0. Các tiêu chí phù hợp nhất được đề xuất cho các sản phẩm Industrie 4.0 là:

ID Nhận dạng duy nhất của từng thiết bị vật lý và dữ liệu của nó.
Bảo mật mặt cắt cho tất cả các lớp.
Thông tin liên lạc mà các dịch vụ mới có thể sử dụng.
Việc tiêu chuẩn hóa các chức năng làm cho mỗi đối tượng giống nhau hoặc không giống nhau.

Các Lớp

Mỗi lớp chứa các thuộc tính của một số tài sản hoặc nhóm tài sản nhất định. Tương tác có thể giữa các lớp hoặc trong chính các lớp, nhưng không thể bỏ qua phân lớp nhỏ. Mô tả ngắn gọn về mỗi lớp được hiển thị bên dưới:

Lớp nghiệp vụ: Thể hiện quan điểm Business. Trên lớp này, các mô hình kinh doanh, điều kiện tài chính, các hạng mục tổ chức chung hoặc kết nối giữa các quy trình kinh doanh khác nhau được đặt. Nó cũng đại diện cho sự sắp xếp của lớp chức năng.
Lớp chức năng: Chứa các chức năng kỹ thuật của tài sản, bao gồm các mô tả chức năng và môi trường thời gian chạy của các ứng dụng và dịch vụ, hỗ trợ cho các quy trình kinh doanh.
Lớp thông tin: Xác định dữ liệu được sử dụng và sửa đổi từ nội dung. Lớp này nắm bắt các sự kiện được tạo và kích hoạt cho lớp chức năng. Bên cạnh đó, đảm bảo tính toàn vẹn của dữ liệu và chứa mô tả chính thức của các mô hình và quy tắc.
Lớp kết nối – giao tiếp: Các lớp vật lý, liên kết dữ liệu, mạng, truyền tải, phiên và bản trình bày, nơi cung cấp các tiêu chuẩn giao tiếp. Lớp thông tin sử dụng dữ liệu và sự kiện. Các lệnh cho lớp tích hợp được cung cấp.
Lớp tích hợp và Số hóa tất cả các tài sản vật chất vào thế giới thông tin. Nó tạo ra các sự kiện của nội dung và khả năng giao tiếp của chúng. Giao diện người-máy, cảm biến, Thiết bị CNTT, hệ thống điều khiển, thiết bị đọc mã QR nằm trên lớp này.
Lớp tài sản: Đại diện cho thực tế, thế giới vật chất. Nó bao gồm các thiết bị như cảm biến, thiết bị truyền động, linh kiện, sản phẩm, cáp, kế hoạch dự án, tài liệu, phần mềm, công cụ và nguồn nhân lực, v.v.

Ánh xạ các lớp của RAMI 4.0 vào Mô hình ISO/OSI

Vòng đời sản phẩm

Trục chu kỳ sống được chia thành các loại và các trường hợp của mỗi loại. Không gian loại được phân loại theo thời gian phát triển và sử dụng hoặc bảo trì và từng trường hợp theo sản xuất và sử dụng hoặc bảo trì. Trục này bao gồm ý tưởng và thiết kế đầu tiên để ngừng hoạt động.

Xem thêm : Quản lý vòng đời sản phẩm (PLM) là gì ? Vai trò của PLM đối với doanh nghiệp là gì ?

Các cấp độ phân cấp

Trục mức phân cấp đã được phát triển theo tiêu chuẩn DIN EN62264-1 (IEC 62264-1) và DIN EN 61512-1 (IEC 61512-1), như thể hiện trong Hình dưới. Như đã nêu trước đây, các mục bổ sung cho Industrie 4.0 là:

Kết nối với thế giới xung quanh: Đại diện cho mạng lưới giữa các nhà máy trong đó có giao tiếp và mối quan hệ giữa tài sản và các đối tác.
Doanh nghiệp: Là một tổ chức sản xuất thương mại và mua bán hàng hoá và dịch vụ. Họ tạo ra các sản phẩm để bán cho chính phủ, công chúng hoặc các tổ chức khác. Hệ thống Hoạch định Nguồn lực Doanh nghiệp (ERP) thuộc cấp độ này.
Trung tâm làm việc: Trung tâm sản xuất nơi công nhân, máy móc và các hoạt động có thể chạy đồng thời theo sản phẩm. Hệ thống Thực thi Sản xuất (MES) được đặt ở cấp độ này.
Trạm: Đơn vị sản xuất hoạt động chính. Chúng là phần phụ của các nhà máy, ví dụ như trạm sấy.
Thiết bị điều khiển: Các mảnh thiết bị có nhiệm vụ điều khiển các hoạt động. PLC, giao diện máy người và phần mềm điều khiển được đặt ở cấp độ này.
Thiết bị hiện trường: Các mảnh thiết bị trong lĩnh vực đo lường và hoạt động trong một hoạt động. Bộ cảm biến và cơ cấu chấp hành như van hoặc máy bơm thường được đặt ở cấp độ này.
Sản phẩm: Là một phần nổi bật của quá trình sản xuất, làm tăng giá trị cho ngành.

Khả năng tương tác, kết nối, kết nối trong Smart Factory – nhà máy thông minh – smart factory

Để chuyển sang sản xuất thông minh, các nhà máy thông minh – smart factory hoặc các ngành công nghiệp được kết nối, bạn cần kết nối những thứ như những thứ thực, con người, tiêu chuẩn, quy trình làm việc (con người và máy móc) và hơn thế nữa. Và kết nối tất cả những gì bạn cần dữ liệu và mạng. Tất cả chúng phải liên kết với nhau.

Khả năng tương tác cũng là về sự cộng tác và khả năng có các tiêu chuẩn khác nhau trao đổi với nhau để dữ liệu từ nhiều nguồn khác nhau có thể được tận dụng

Bạn cần kết nối IT và OT, bạn cần phải có tài sản như máy móc có thể kết nối và giao tiếp nhờ cảm biến và các thiết bị khác và bạn cần kết nối mọi người, dữ liệu, máy móc, v.v. Điều này thực sự chủ yếu là về Internet of Things và, trong một viễn cảnh rộng lớn hơn là Internet of Services, Internet of People, Services and Things, Internet of Everything, bất kể tên nào bạn thích.

Khả năng tương tác cũng là về sự cộng tác, khả năng có nhiều tiêu chuẩn thực sự trao đổi với nhau để dữ liệu từ nhiều nguồn khác nhau có thể được tận dụng (tại sao chúng ta sử dụng cổng công nghiệp IoT, Platform IoT và nói về IT và tích hợp OT. và cũng là về sự cộng tác của con người, cụ thể là nhóm IT và OT) .

Khả năng tương tác là các thiết bị được kết nối, công nghệ kết nối được kết nối, người kết nối, dữ liệu được kết nối, mọi người kết nối và cộng tác với máy móc, máy làm việc với máy móc, thông tin thống nhất và an toàn, bảo mật và lớp dữ liệu. Inter-hoạt động và liên kết nối và trong nhiều hơn một cảm giác kết nối với hội nhập theo ngành dọc và ngang.

Thông tin minh bạch, ảo hóa và các song sinh số

Thông tin minh bạch về bản chất là khả năng của hệ thống thông tin và hệ thống vật lý mạng để mô phỏng và tạo ra các bản sao số (Digital Twin) của các yếu tố thế giới vật lý thông qua việc tạo ra các mô hình kỹ thuật số được cung cấp bởi tất cả dữ liệu này mà bạn có được thông qua cảm biến và liên tác nhiều thứ’.

Không có khả năng tương tác, thông tin minh bạch và ảo hóa là không thể vì thông tin cần phải được đưa vào ngữ cảnh và các hệ thống là nhận biết ngữ cảnh, kết hợp thông tin từ các nguồn khác nữa. Trong ngành công nghiệp thực tế của ngành công nghiệp 4.0, bạn có thể nói rằng bạn cần thông tin từ môi trường ảo (ảo, kỹ thuật số) và môi trường vật lý (nhận thức ngữ cảnh trong lĩnh vực và địa điểm) .

Khả năng phản ứng theo thời gian thực

Phân tích nâng cao, IoT và các hệ thống thông tin và sản xuất trong một môi trường sản xuất thông minh trong bối cảnh rộng hơn về hợp tác và hệ sinh thái đã có tất cả về sự phát triển các khả năng thời gian thực.

Nếu không có khả năng thời gian thực thì sẽ không có khả năng tương tác, không thể minh bạch và ảo hóa thông tin.

Vì vậy, nếu chỉ logic ở cấp độ dữ liệu, chúng ta có thể biến nó thành trí thông minh và hành động kịp thời khi được đo lường theo thời gian thực và đủ lượng dữ liệu cần thiết.