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IEC 62935: 智能制造：工业数字化转型的参考架构模型
IEC 62935 | 工程技术解读文章
核心洞察： IEC TR 62935 建立了统一的参考架构模型，将德国RAMI 4.0、美国IVRA以及其他国家智能制造框架中的概念协调为单一的国际化架构蓝图，为工业数字化转型提供了基础性指导。
统一智能制造架构的需求
第四次工业革命（通常称为工业4.0或智能制造）从根本上改变了工业生产系统的设计、运营和维护方式。然而，竞争性架构框架的迅速涌现——包括德国RAMI 4.0（工业4.0参考架构模型）、美国IVRA（工业互联网参考架构）、日本IVRA以及中国国家智能制造标准——造成了碎片化的局面，阻碍了跨境互操作性和协作。
由IEC TC 65（工业过程测量、控制和自动化）制定的IEC TR 62935，通过一份综合技术报告将这些多样化框架综合为统一的智能制造参考架构，解决了碎片化问题。该报告作为基础性文件，使系统架构师、工程师和企业决策者能够设计可互操作、可扩展且面向未来的制造系统。
参考架构建立在三个主要维度上：层级维度（从产品到互联世界）、生命周期和价值流维度（从设计到回收利用）以及架构层维度（从物理资产到业务功能）。这种三维模型为描述、分析和实施智能制造系统提供了结构化方法。
工程挑战： 智能制造中最重大的挑战之一是语义互操作性——确保不同系统和层之间交换的数据具有一致的含义。IEC TR 62935 通过在所有架构层定义标准化信息模型和通信模式来解决这一问题。
架构维度与层级模型
参考架构包含六个层级，覆盖整个制造企业，从物理生产过程到全球互联企业：
| 层级 | 描述 | 关键功能 |
|---|---|---|
| 产品 | 正在制造的物理物品 | 产品标识、状态跟踪、质量特性 |
| 现场设备 | 传感器、执行器和本地I/O | 过程测量、信号调理、基本控制回路 |
| 控制设备 | PLC、DCS、CNC控制器 | 逻辑控制、运动控制、过程调节、安全功能 |
| 工作站/工位 | 生产单元、装配站 | 单元协调、物料搬运、生产调度 |
| 工厂/企业 | 整个制造设施 | MES、ERP集成、生产计划、质量管理 |
| 互联世界 | 跨企业生态系统 | 供应链集成、云服务、协同制造 |
每个层级通过定义良好的接口与架构层（物理资产、集成、通信、信息、功能和业务）交互。集成层尤为关键，因为它连接物理世界和数字世界，提供物理制造过程的实时数字孪生。
生命周期和价值流管理： 架构涵盖了产品和工厂的完整生命周期，从初始设计和原型制作，到生产、维护，以及最终的退役或回收利用。这种生命周期视角确保早期设计阶段生成的信息在制造系统的整个运行寿命中保持可访问和可用。标准区分了”类型”生命周期（生产系统的设计和原型制作）和”实例”生命周期（实际生产运行），这一概念源自RAMI 4.0，能够清晰分离规划和执行。
工程设计洞察： 在实施智能制造系统时，工程师应优先将通信层和信息层作为架构的骨干。实现确定性实时数据交换的通信层（使用OPC UA、PROFINET和TSN等技术），结合提供语义数据建模的信息层（使用AutomationML或资产管理壳），为所有更高级的智能制造功能（包括预测性维护、数字孪生和基于AI的优化）奠定基础。
互操作性与集成模式
IEC TR 62935 重点关注互操作性，识别了制造系统必须实现的四个不同层次：技术互操作性（物理和网络连接）、语法互操作性（数据格式兼容性）、语义互操作性（交换数据的一致含义）和组织互操作性（对齐的业务流程和工作流）。
报告描述了解决这些互操作性层次的几种集成模式：
垂直集成： 连接单一工厂内的所有层级，从现场设备到企业系统。这种模式确保生产数据从车间到管理层无缝流动，实现实时可视化和协调决策。标准推荐OPC UA作为垂直集成的首选通信协议，因其内置安全性、信息建模能力和平台独立性。
水平集成： 连接整个价值链上的系统，从供应商到客户。这种模式支持协同制造、准时制供应链和端到端可追溯性。标准强调了标准化数据交换格式（如用于工厂工程数据的IEC 62714 AutomationML）和语义互操作性对成功水平集成的重要性。
端到端工程： 连接所有生命周期阶段，从产品设计到制造工程、生产和服务。这种模式确保工程数据在所有阶段保持一致维护和可访问，消除了困扰制造企业的传统”自动化孤岛”。
| 集成模式 | 范围 | 关键标准 | 主要优势 |
|---|---|---|---|
| 垂直集成 | 现场到企业 | IEC 62541 (OPC UA)、IEC 61131 (PLC)、IEC 61784 (现场总线) | 实时可视性、数据驱动决策 |
| 水平集成 | 供应商到客户 | IEC 62714 (AutomationML)、IEC 62264 (ISA-95)、MQTT | 供应链优化、可追溯性 |
| 端到端工程 | 设计到回收 | IEC 62890 (生命周期)、ISO 10303 (STEP)、AutomationML | 数字连续性、缩短上市时间 |
实施警示： 报告告诫不要试图将全面的智能制造实施作为一个单一项目来完成。相反，它建议采用渐进式方法——从单个生产单元内的垂直集成开始，然后横向扩展到整个工厂，最后连接到企业和外部生态系统。这种分阶段方法降低了风险，允许组织逐步建立能力和经验。
参考架构还涉及关键的非功能需求，包括安全性（推荐IEC 62443工业自动化和控制系统网络安全）、可靠性（利用IEC 61508功能安全）和可维护性（遵循IEC 60300-3-14维护和维护支持）。这些跨领域问题必须在每个架构层都得到解决，以确保构建稳健可靠的智能制造系统。
常见问题
问1：IEC TR 62935 与 RAMI 4.0 有何关系？
IEC TR 62935 将RAMI 4.0（德国）、IVRA（美国）和其他国家框架协调为统一的国际参考架构。RAMI 4.0 主要聚焦德国工业4.0背景下的制造领域，而IEC TR 62935 具有更广泛的国际视野，并融入了其他国家特定框架的额外视角。
问2：资产管理壳在此架构中的作用是什么？
资产管理壳是物理或逻辑资产在其整个生命周期中的数字表示。它作为IEC TR 62935 架构中信息层的实施载体，提供对资产数据和功能的标准化访问。资产管理壳概念与参考架构中定义的信息模型要求密切对应。
问3：该参考架构能否应用于现有的棕地工厂？
可以。该架构设计支持从遗留系统渐进迁移。层级和集成模式可以有选择地应用，从特定生产单元或流程开始。标准建议在过渡期间使用网关和适配器将遗留协议（如Modbus或PROFIBUS）与现代通信基础设施桥接。
问4：架构如何处理边缘计算和云集成？
互联世界层级涵盖云服务、边缘计算平台和跨企业协作。标准认识到边缘计算是对延迟敏感应用的关键架构组件，而云服务处理大规模数据分析和企业级优化。通信层必须同时支持确定性本地网络（如TSN）和广域网（如5G）以实现这种分布式架构。
