《智慧企业工业互联网平台开发与创新》 ——2.2.3　工业3.0的巅峰——IT/OT集成的制造金字塔架构

2.2.3　工业3.0的巅峰——IT/OT集成的制造金字塔架构

在工业3.0时代，企业在制造领域广泛采用的是福特制流水生产线。与这种生产线的结构相对应，制造执行系统（Manufacturing Execution System，MES）也是按照生产线的布局和硬件的配备而实现的静态系统——这是一种典型的“集中式生产自动化金字塔”（见图2-11）。

图2-11　工业3.0时代对应的IT架构是一种“集中式生产自动化金字塔”，它是固定工艺的流水线生产方式在IT系统中的映射

在这种金字塔架构下，信息流沿着自上而下的方向，从ERP向MES，再向下面的数据采集与监视控制系统（Supervisory Control And Data Acquisition，SCADA），乃至可编程逻辑控制器（Programmable Logic Controller，PLC）进行流动。其特点具体如下。

上层：总是发起通信（作为客户端）。

下层：应答（作为服务器）。

数据传输依赖于多道转换，从“电气信号”到“数据”到“功能”再到“服务”。

应该说，这种金字塔形的集中控制架构是2000年左右工业3.0的产物（见图2-12）。实际上，正如第1章所提到的，从20世纪70年代开始，计算机技术和通信技术在制造企业中的应用就被分为两条主线——信息技术（Information Technology，IT）和运营技术（Operation Technology，OT）分别发展。IT的发展经过了主机应用、ERP诞生和ERP各个模块成熟、互联网等阶段。OT的发展经过了直接数字控制（Direct Digit Control，DDC）、远程I/O、现场总线协议等阶段。这一阶段被称为“IT/OT孤岛的架构”。到了2000年左右，出现了IT与OT集成的架构，即金字塔形的分层架构。在这个架构中，上下层之间实现了数据的交换、传递和集成。这种集成架构从2000年左右成型发展到今天，围绕着ERP又出现了一系列LoB应用，组成了完整的商务套件。与此同时，以ERP为核心的商务套件与MES之间的接口也开始提上议事日程。

图2-12　金字塔型的集中控制架构作为工业3.0的代表在2000年左右已经定型

1995年，国际自动化学会（International Society of Automation，ISA）召开了第一次会议，启动了以ERP为代表的企业系统和以MES为代表的控制系统之间的集成，目的是在ERP与MES实现接口的时候减少成本、降低风险和失误，这套标准称为ISA-95。如图2-13a所示，ISA-95标准委员会将标准分为5个部分，分别集中在ERP与MES的接口，以及MES内部的制造操作功能上。

尽管ISA-95标准的制定花费了较长的一段时间，但是在2000年左右，在汽车行业，ERP与MES的集成化系统就已经达到比较成熟的水平。如图2-13b所示，无论是处理销售的ERP还是编制生产计划的SCM，以及执行生产计划并反馈的MES，在汽车行业里都早已经成为标准，并在2000年左右在全行业得到实施和推广。传统的集中式金字塔架构在汽车行业得到了巅峰式应用。

图2-13　ISA-95标准和ERP/SCM/MES的集成系统