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
计算机集成制造的 Purdue 模型。图片来源 ：Litmus Automation
作者：Vatsal Shah
当数据流不再分层，自动化的金字塔层级架构是否真的过时了？如何将工业边缘计算平台嵌入到Purdue模型?
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。
Purdue 模型成为了度量良好制造企业的一个可靠指标，是与系统和数据流相关讨论的参考对象。该模型还可定义相对于业务其余部分，运营和工厂车间应用所处的位置。简而言之，有了它更便于总揽全局。
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？
Purdue 模型是工业自动化和控制系统（包 括网络和安全要求）的指南。该模型还推动了 ISA-95 的制定，它是国际自动化协会的国际标准，定义了企业和控制系统之间的接口。
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。
计算机集成制造的 Purdue 模型
该模型使计算和网络保持确定性，比如确保车间网络专用于控制系统，不会被与生产无关的数据所“淹 没”，这些过量数据可能会导致网络容量问题，进而可能会导致生产制造过程中断。
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。
需要一种可以集成到 Purdue 模型中的混合解决方案，以维护对 IT 和OT 数据流的传统应用的分段，同时， 还能提供一定的灵活性，以应对工业 物联网日益普及所带来的挑战。
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。