Modelo de Arquitetura de Referência

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O RAMI 4.0 Reference Architectural Model e os componentes Industry / Healthcare / Logistic 4.0 fornecem às empresas uma estrutura para o desenvolvimento de produtos e modelos de negócios futuros. RAMI 4.0 é um mapa tridimensional que mostra como abordar a implantação da Indústria / Saúde / Logística 4.0 de forma estruturada. Um dos principais objetivos do RAMI 4.0 é garantir que todos os participantes envolvidos nas discussões e atividades da Indústria 4.0 tenham uma estrutura comum para se entenderem. A estrutura RAMI 4.0 destina-se a permitir que os padrões sejam identificados para determinar se há alguma necessidade de acréscimos e emendas. Este modelo é complementado pelos componentes da Indústria 4.0. Ambos os resultados são descritos em DIN SPEC 91345 (Reference Architecture Model Industry 4.0). DIN (www.din.de) representa os interesses alemães na International Organization for Standardization (ISO). Hoje, cerca de 85% de todos os projetos de padrões nacionais são de origem europeia ou internacional. 

Colocando o modelo RAMI 4.0 em perspectiva, no glossário do comitê técnico VDI / VDE-GMA 7.21 Indústria 4.0, um modelo de referência é definido como um modelo que pode ser aplicado de forma geral e pode ser usado para derivar modelos específicos não apenas na indústria , mas também para o mercado de saúde. Existem muitos exemplos disso no campo da tecnologia. O mais conhecido é o modelo ISO / OSI de sete camadas, que é usado como modelo de referência para protocolos de rede. A vantagem de usar esses modelos é um entendimento compartilhado da função de cada camada / elemento e das interfaces definidas entre as camadas.

Características importante

RAMI 4.0 define uma arquitetura orientada a serviços (SOA), onde os componentes do aplicativo fornecem serviços para os outros componentes por meio de um protocolo de comunicação em uma rede. Os princípios básicos de SOA são independentes de fornecedores, produtos e tecnologias. O objetivo é quebrar processos complexos em pacotes fáceis de entender, incluindo privacidade de dados e segurança de tecnologia da informação (TI).

As atuais características de manufatura, logística e sistema de saúde do "Velho Mundo Indústria / Saúde / Logística 3.0" são:

  • estrutura baseada em hardware
  • funções vinculadas ao hardware
  • comunicação baseada em hierarquia
  • produto isolado
  • sistemas e serviços isolados

 As características de manufatura, logística e sistema de saúde do “Novo Mundo: Indústria / Saúde / Logística 4.0” são:

  • sistemas flexíveis, máquinas e serviços
  • funções distribuídas por toda a rede
  • participantes interagem em níveis hierárquicos
  • comunicação entre todos os participantes
  • parte do produto e do paciente da rede
  • Estrutura RAMI 4.0

 RAMI 4.0 consiste em um sistema de coordenadas tridimensional que descreve todos os aspectos cruciais da Indústria / Saúde / Logística 4.0. Desta forma, inter-relações complexas são divididas em clusters menores e mais simples.

Eixo “Níveis de hierarquia”

No eixo horizontal direito estão os níveis de hierarquia do IEC 62264, a série de padrões internacionais para sistemas de controle e TI corporativos. Esses níveis de hierarquia representam as diferentes funcionalidades dentro das fábricas ou instalações. (Observe que o padrão IEC 62243 é baseado em ANSI / ISA-95.) Para representar o ambiente Indústria / Saúde / Logística 4.0, essas funcionalidades foram expandidas para incluir peças de trabalho, rotuladas como "Produto" e a conexão com a Internet de Coisas e serviços, rotulados como “Mundo Conectado”.

Eixo “Fluxo de Valor do Ciclo de Vida”

O eixo horizontal esquerdo representa o ciclo de vida de instalações e produtos, com base na IEC 62890, Life-cycle management for systems and products, usado na medição, controle e automação de processos industriais. Além disso, é feita uma distinção entre "tipos" e "instâncias". Um “tipo” se torna uma “instância” quando o projeto e a prototipagem foram concluídos e o produto real está sendo fabricado. O modelo também combina todos os elementos e componentes de TI no modelo de camada e ciclo de vida.

Eixo “Camadas”

As seis camadas no eixo vertical descrevem a decomposição de uma máquina em suas propriedades, estruturadas camada por camada, ou seja, o mapeamento virtual de uma máquina. Essas representações se originam da tecnologia da informação e comunicação, em que as propriedades de sistemas complexos são comumente divididas em camadas.

Dentro desses três eixos, todos os aspectos cruciais da Indústria / Saúde / Logística 4.0 podem ser mapeados, permitindo que objetos como máquinas sejam classificados de acordo com o modelo. Conceitos altamente flexíveis da Indústria 4.0 podem, portanto, ser descritos e implementados usando RAMI 4.0. O modelo permite a migração passo a passo do presente para o mundo da Indústria / Logística e Saúde 4.0.

Benefícios do RAMI 4.0

O modelo integra diferentes perspectivas do usuário e fornece uma maneira comum de ver as tecnologias de Indústria / Logística / Saúde 4.0. Com o RAMI 4.0, os requisitos dos setores - desde a fabricação, logística e automação de saúde e engenharia mecânica até a engenharia de processos - podem ser tratados em associações de mercado e comitês de padronização. Assim, RAMI 4.0 traz um entendimento comum para padrões e casos de uso.

O RAMI 4.0 pode ser considerado como um mapa das soluções Indústria/Logística/Saúde 4.0. Trata-se de uma orientação para traçar as exigências dos setores, juntamente com as normas nacionais e internacionais, para definir e desenvolver ainda mais a Indústria/Logística/Saúde 4.0. Há um interesse revigorante com as iniciativas da Indústria/Logística/Saúde 4.0 para que diversas organizações trabalhem cooperativamente e superem a compartimentação dos órgãos nacionais de padronização.

O desafio

O influxo de tecnologia está começando a melhorar drasticamente a fabricação, a logística e a saúde. No entanto, para fazer isso com eficácia é necessário planejamento, e o modelo RAMI 4.0 é um ponto focal para a compreensão de toda a manufatura, cadeia de suprimentos e sistemas de saúde. 

ARQUITETURA DE REFERÊNCIA DA INTERNET INDUSTRIAL - IIRA

Uma arquitetura de referência fornece orientação para o desenvolvimento de arquiteturas de sistema, solução e aplicativo. Ele fornece definições comuns e consistentes para o sistema de interesse, suas decomposições e padrões de design e um vocabulário comum para discutir a especificação de implementações e comparar opções.

Exemplo

Uma arquitetura de referência para uma casa residencial afirma que todas as casas devem ter um ou mais quartos, banheiros, uma cozinha e uma área de estar. Este conjunto de divisões é acessível no interior da casa através de portas, corredores e escadas, e do exterior através de uma porta principal e outra traseira. A casa oferece um ambiente seguro contra ameaças como incêndios, furacões e terremotos. A estrutura da casa precisa sustentar a carga de neve e vento que pode ser encontrada em seu ambiente local. A casa deve fornecer medidas razoáveis para detectar e prevenir intrusões não autorizadas.

Uma arquitetura de referência fornece uma estrutura comum em torno da qual discussões mais detalhadas podem ser centralizadas. Ao permanecer em um nível mais alto de abstração, ele permite a identificação e a compreensão dos problemas e padrões mais importantes em seus aplicativos em muitos casos de uso diferentes. Ao evitar especificações, uma arquitetura de referência permite que os projetos subsequentes sigam a arquitetura de referência sem o ônus de restrições desnecessárias e arbitrárias.

ARQUITETURA DE REFERÊNCIA DA INTERNET INDUSTRIAL - IIRA

O IIRA é uma arquitetura aberta baseada em padrões para sistemas IIoT. O IIRA maximiza seu valor tendo ampla aplicabilidade da indústria para impulsionar a interoperabilidade, mapear tecnologias aplicáveis e orientar o desenvolvimento de tecnologia e padrão. A descrição e representação da arquitetura são genéricas e em um alto nível de abstração para oferecer suporte à ampla aplicabilidade da indústria / saúde necessária. O IIRA destila e abstrai características, recursos e padrões comuns de casos de uso definidos na CII, bem como em outros lugares. Ele será refinado e revisado continuamente à medida que o feedback for coletado de sua aplicação nos bancos de teste desenvolvidos no IIC, bem como na implantação de sistemas IIoT no mundo real. O projeto IIRA também se destina a transcender as tecnologias disponíveis hoje e, portanto, pode identificar lacunas de tecnologia com base nos requisitos arquitetônicos. Isso, por sua vez, impulsionará os esforços de desenvolvimento de novas tecnologias pela comunidade industrial / de saúde da Internet.

Muitas partes interessadas estão envolvidas ao considerar sistemas complexos, como aqueles esperados de sistemas IIoT. Essas partes interessadas têm muitas preocupações entrelaçadas pertinentes ao sistema de interesse. As preocupações das partes interessadas abrangem todo o ciclo de vida do sistema. A complexidade do sistema requer uma estrutura para identificar e classificar as preocupações das partes interessadas em categorias apropriadas. Tal estrutura permite uma avaliação sistemática de tais sistemas, bem como a resolução necessária para arquitetar e construir tais sistemas.

Para atender a essa necessidade, o Industrial Internet Consortium usou ‘ISO/IEC/IEEE 42010:2011’ para definir sua Estrutura de Arquitetura da Internet Industrial (IIAF). O IIAF identifica convenções, princípios e práticas para uma descrição consistente de arquiteturas IIoT. A estrutura da arquitetura baseada em padrões facilita a avaliação e a resolução sistemática e eficaz das preocupações das partes interessadas. Ele serve como um recurso valioso para orientar o desenvolvimento, a documentação e a comunicação sobre o IIRA.

Uma estrutura de arquitetura contém informações que identificam as construções fundamentais da arquitetura e especifica preocupações, partes interessadas, pontos de vista, tipos de modelo, regras de correspondência e condições de aplicabilidade. Os arquitetos de sistema podem usar uma estrutura de arquitetura para descobrir, descrever e organizar tópicos de interesse (preocupações) sobre o sistema em questão; eles podem ainda usar a representação da arquitetura para esclarecer, analisar e resolver essas questões.

É útil considerar uma estrutura de arquitetura neste contexto para incluir um quadro de arquitetura e uma coleção de representações de arquitetura.

No núcleo do padrão ISO / IEC / IEEE Architecture Description estão os pontos de vista. UMA ponto de vista compreende convenções que enquadram a descrição e análise de questões específicas do sistema. Um ponto de vista enquadra uma ou mais preocupações. O termo preocupação refere-se a qualquer tópico de interesse pertencente ao sistema. UMA parte interessada é um indivíduo, equipe, organização ou classes, tendo um interesse em uma preocupação e, por extensão, um interesse no ponto de vista e no sistema1. Para ajudar nas tarefas de descrição, análise e resolução de questões, uma ou mais construções de modelagem podem ser definidas como tipos de modelo 2 para cada ponto de vista. As construções de pontos de vista e suas preocupações correspondentes das partes interessadas e tipos de modelo podem ser considerados como a estrutura da arquitetura.

Seguindo a abordagem definida pelo padrão ISO / IEC / IEEE Architecture Description, as idéias para descrever, analisar e resolver o conjunto de preocupações específicas em cada um dos pontos de vista são expressas como o visão da arquitetura para cada ponto de vista. A aplicação dos tipos de modelos definidos em cada ponto de vista para descrever, analisar e resolver as preocupações resulta, consequentemente, na criação de modelos de arquitetura que constituem a respetiva vista de arquitetura. Juntas, as visualizações da arquitetura com seus modelos de arquitetura podem ser consideradas como as representações da arquitetura.

Exemplo: uma abordagem comum para projetar um sistema complexo para decompor em subsistemas constituintes. Suponha que desejamos abordar as questões de quais são os subsistemas funcionais, através de quais interfaces eles interagem e como eles interagem para realizar os comportamentos de sistema desejados. Uma decomposição funcional do sistema pode tornar cada um dos subsistemas mais fácil de conceber, compreender, projetar, implementar, reutilizar e manter. Um diagrama de componente pode ser usado para descrever a estrutura dos subsistemas e suas interfaces, diagramas de seqüência a maneira como os subsistemas interagem e diagramas de estado a maneira como o sistema ou um de seus subsistemas se comporta em resposta a eventos externos. Esses diagramas e sua documentação associada descrevem e tratam coletivamente das questões da decomposição funcional. Os diagramas de componente, sequência e estado são considerados os tipos de modelo para abordar as questões da estrutura funcional do sistema. Os modelos concretos resultantes, aplicando esses tipos de modelo à decomposição do sistema, fazem parte dos modelos de arquitetura

Os pontos de vista do IIRA são definidos pela análise dos vários casos de uso da IIoT desenvolvidos pela IIC e em outros lugares, identificando as partes interessadas relevantes dos sistemas IIoT e determinando o enquadramento adequado das preocupações. Esses quatro pontos de vista são:

  • Ponto de Vista de Negócios
  • Ponto de Vista de Uso
  • Ponto de Vista Funcional
  • Ponto de Vista de Implementação

As shown in the image below, these four viewpoints form the basis for a detailed viewpoint-by- viewpoint analysis of individual sets of IIoT system concerns. Architects who adopt the industrial internet viewpoints as the basis of their architecture may extend them by defining additional viewpoints to organize system concerns based on their specific system requirements.

O ponto de vista de negócios atende às preocupações de identificação das partes interessadas e sua visão de negócios, valores e objetivos no estabelecimento de um sistema IIoT em seu contexto de negócios e regulatório. Ele também identifica como o sistema IIoT atinge os objetivos declarados por meio de seu mapeamento para os recursos fundamentais do sistema.

These concerns are business-oriented and are of particular interest to business decision-makers, product managers, and system engineers. 

1. PONTO DE VISTA DE USO

O ponto de vista de uso aborda as preocupações de uso esperado do sistema. É tipicamente representado como sequências de atividades envolvendo usuários humanos ou lógicos (por exemplo, sistema ou componentes do sistema) que entregam sua funcionalidade pretendida em última análise, alcançar seus recursos fundamentais do sistema.

As partes interessadas nessas questões normalmente consistem em engenheiros de sistema, gerentes de produto e outras partes interessadas, incluindo os indivíduos que estão envolvidos na especificação do sistema IIoT em consideração e que representam os usuários em seu uso final.

2. PONTO DE VISTA FUNCIONAL

O ponto de vista funcional enfoca os componentes funcionais em um sistema IIoT, sua estrutura e inter-relação, as interfaces e interações entre eles e a relação e interações do sistema com elementos externos no ambiente, para apoiar os usos e atividades do sistema geral.

Essas preocupações são de interesse particular para arquitetos de sistemas e componentes, desenvolvedores e integradores.

3. PONTO DE VISTA DE IMPLEMENTAÇÃO

O ponto de vista de implementação trata das tecnologias necessárias para implementar componentes funcionais (ponto de vista funcional), seus esquemas de comunicação e seus procedimentos de ciclo de vida. Esses elementos são coordenados por atividades (ponto de vista de uso) e apoiam os recursos do sistema (ponto de vista de negócios).

Essas preocupações são de particular interesse para arquitetos de sistemas e componentes, desenvolvedores e integradores e operadores de sistemas.

Um sistema IIoT pode se tornar um stakeholder de si mesmo à medida que se torna inteligente, capaz de aprender e tomar decisões como um agente autônomo.