IVRA：日本版工业4.0参考架构

日本工业价值链促进会（Industrial Value Chain Initiative，IVI）是一个由制造业企业、设备厂商、系统集成企业等发起的组织，旨在推动“智能工厂”的实现。2016年12月8日，IVI基于日本制造业的现有基础，推出了智能工厂的基本架构《工业价值链参考架构（Industrial Value Chain Reference Architecture ，IVRA）》。

参考架构的出台背景

　　随着物联网在制造业领域的深度应用，工厂将通过互联，产生新价值。与此同时，一些尚未可知的利害关系也讲随之而来。为了解决这些问题，德国工业4.0平台和美国工业互联网联盟（IIC）纷纷推出了“参考架构”。

　　2015年，德国工业4.0平台公布了实现工业4.0所描述工厂场景的参考架构《Reference Architecture Model Industrie 4.0（RAMI4.0）》，并在期望基于此称为国际标准，得到推广。RAMI4.0通过一个3维模型，展现所有价值网络（图1）。

图1 工业4.0平台发布的RAMI4.0

　　2015年，工业互联网联盟也推出了《IIC Reference Architecture（IIRA）》，也旨在推进基于该架构的标准化工作（图2）。

图2 IIC发布的IIRA

　　无论是德国平台工业4.0，还是美国工业互联网联盟都已经面向全世界开始大力推广各自的参考架构了。IVI认为尽管日本企业也参与了部分标准制定过程，但是参考架构的主导不在日本。因此，基于日本制造业价值链，制定了日本特色的参考架构，也就是“IVRA”。

IVRA基于日本特色的制造业基础

　　IVRA基本上与工业4.0平台的RAMI4.0类似，也是一个3维模式。3维模式的每一个块被称为“智能制造单元（SMU）”，将制造现场作为1个单元，通过3个轴进行判断。

　　纵向作为“资源轴”，分为员工层、流程层、产品层和设备层。横向作为“执行轴”，分为Plan、Do、Check和Action（PDCA循环）。内向作为“管理轴”，质量（Q）、成本（C）、交货期（D）、环境（E）（QCDE活动）（图3）。

图3 IVRA中的3维模式

　　IVRA中，通过多个智能制造单元（SMU）的组合，展现制造业产业链和工程链等。多个智能制造单元（SMU）的组合被称为“通用功能块（GFB）”。GFB纵向表示企业或工厂的规模，分为企业层、部门层、厂房层和设备层；横向表示生产流程，包括市场需求与设计、架构与实现、生产、维护和研发等5个阶段；内向表示需求与供给流程，包括基本计划、原材料采购、生产执行、物流销售和售后服务等5个阶段（图4）。

图4 IVRA中的GFB

　　IVRA还将智能制造单元（SMU）之间的联系定义为“轻便载入单元（PLU）”，具体而言，分为价值、物料、信息和数据等4个部分。通过掌控这4个部分在SMU间的传递准确度，来提升智能制造的效率（图5）。

图5 PLU的移动价值

　　与RAMI4.0或IIRA相比，IVRA的一大特征是通过SMU等形式，纳入了包括具体的员工共操作等在内的“现场感”特征。日本制造业以丰田生产方式为代表，一般都是通过人力最大化，来提升现场生产能力，实现效益增长。IVI向全世界发布的智能工厂新参考架构嵌入了“日本制造业”的特有价值导向，期望成为世界智能工厂的另一个标准。