自动化金字塔层级架构（Purdue模型）演进：嵌入“边缘计算”层 - 5层变3层 - 控制工程网-全球工控自动化和智能制造门户网站

　　自1992年推出以来，Purdue模型几乎没怎么改变。在现代商业环境中，技术变革突飞猛进，是否该重新评估该模型的相关性了？

　　当Theodore J.Williams和普渡大学计算机集成制造联盟为控制层次结构发布Purdue模型后，它很快就成为了制造团队如何思考、设计和实施工业控制系统事实上的标准。

　　随着工业物联网（IIoT）的出现，Purdue模型开始略显老态。最值得注意的是，互联设备数量的快速增加以及计算能力的平民化带来了新的需求，而这些需求在当前形式的模型线性层次结构中并没有得到解决。

　　Purdue模型是什么？

图1：计算机集成制造的Purdue模型。图片来源：Litmus Automation

　　金字塔形式的模型，定义了信息从车间向上流入企业高层级系统的路径。该模型将企业和运营划分为不同区域，并在两者之间建立了工业化的非军事区或隔离区。内置安全功能可以防止从第0层到第5层之间的安全泄露。

　　Purdue模型还可以用作企业IT系统的蓝图，通过隔离区获取车间数据，既不会影响生产，还能防止出于恶意目的而获取车间设备数据。设置在工业区和企业区之间的防火墙，隔离了没有明确数据共享规则区域的数据，从而可以解决网络安全问题。

　　当数据流不再分层

　　对于1992年的世界，Purdue模型是非常适合的。那时，云计算只是一个梦想。运行设施和制造过程所需的大量计算能力基本都部署在本地。制造工厂和总部之间的数据共享仅限于订单下达和履行。

　　这种分层和分区有助于控制数据流。数据流主要来自Purdue金字塔的底部，或向下将计划数据推送到模型以供较低层级使用。

　　该模型要求将数据按层次结构和目的驱动进行组织。运行工艺流程所需的数据自上而下进入系统，并在各层级按照需要进行处理和使用。从车间产生的数据被发送回去，有时会在第3层工业安全区域中使用，但更多的是通过隔离区传递到企业安全区域，用于基本的历史报告。

　　但是在今天的世界，数据流不再是分层的。制造商可以在传感器、控制器和“边缘”上实现智能化，根据边缘设备的部署位置，“边缘”可以位于第1层到第3层的任何位置。所有这一切都意味着，数据暴露点所处的层级比金字塔模型曾经考虑过的要低得多。

　　由于边缘计算设备强大的功能，可以在第1层收集大量数据，经处理后直接发送到云中。在万物互联的影响之下，IIoT要求将控制系统模式从金字塔式转变为“石榴”式。

　　一些批评人士认为，工业4.0时代Purdue模型似乎已经过时了。制造企业可能需要在第0层收集传感器数据，然后将其发送到云端，以启用预测性维护功能。而将第0层的数据直接发送到第5层，显然违反了Purdue模型的分段理念。

　　嵌入工业边缘计算平台

　　但是，舍弃Purdue模型也于事无补。Purdue模型仍可满足无线和有线网络的分段需求，并保护运营技术（OT）网络免受不必要的流量和侵扰。

　　通过增加工业边缘计算平台软件层，将有助于用户获得所需的IIoT灵活性。利用这一平台，工业物联网项目的实施可以依附于模型中的每一层。该平台层可位于第2层或第3层，并提供从第0、1、2和3层的OT设备收集数据的功能，同时也便于从位于第4层和第5层的IT设备收集数据。

　　这样做的好处是，可以在需要时绕过Purdue模型中固有的传统层次结构（即传感器将数据从第0层发送到第5层），通过平台传输数据以确保控制和安全性。

　　嵌入Purdue模型内部的工业边缘计算平台，可根据需要促进任何层级之间的通信。它是数据的总指挥。重新整合后的平台使系统之间的通信变得容易。图2展示了如何将工业边缘计算平台嵌入到Purdue模型中。在图2所示的范围之外，传统的和现存的Purdue模型数据流将继续存在。

图2：具有工业边缘计算平台的Purdue模型。

　　在当今的制造环境中，Purdue模型仍具有宝贵的价值。在模型中融入工业边缘计算平台，将有助于保持系统的完整性。（作者：Vatsal Shah）

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