智能工廠(chǎng)需要怎樣的工業(yè)網(wǎng)絡(luò )？
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隨著(zhù)千行百業(yè)數字化轉型的不斷加速，企業(yè)對于數據資產(chǎn)高效流動(dòng)的需求將日益旺盛，工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)網(wǎng)絡(luò )也將在數字經(jīng)濟發(fā)展中扮演愈發(fā)重要的角色。
本文引用地址：http://dyxdggzs.com/article/202105/425320.htm4月22日，在華為舉辦的“數智武漢先進(jìn)工業(yè)網(wǎng)絡(luò )論壇”上，e-works總經(jīng)理胥軍博士提出這樣一個(gè)問(wèn)題：“怎么樣才算是智能工廠(chǎng)？”，引發(fā)了現場(chǎng)企業(yè)的高度關(guān)注和討論。就此，胥軍博士用五個(gè)詞進(jìn)行了概括總結，即耳清目明、聽(tīng)話(huà)出活、隨機應變、持續改善以及知行合一。
簡(jiǎn)單說(shuō)，就是要在萬(wàn)物互聯(lián)的基礎上，讓數據在企業(yè)內部自由流動(dòng)，實(shí)現數據和決策的上通下達，幫助企業(yè)縮短產(chǎn)品研發(fā)周期，提高生產(chǎn)效率并降低成本。
然而，要實(shí)現這一目標，對企業(yè)而言卻并非易事。
1 首先，由于工業(yè)現場(chǎng)設備種類(lèi)繁多，工業(yè)通信協(xié)議七國八制，互相之間難以做到開(kāi)放和兼容，使工業(yè)設備互聯(lián)互通成為一大難題。同時(shí)隨著(zhù)企業(yè)研發(fā)和管理業(yè)務(wù)向車(chē)間工業(yè)現場(chǎng)的延伸，IT與OT之間的融合已成為當務(wù)之急。
2 其次，工業(yè)現場(chǎng)還存在大量的“啞設施、啞設備、啞終端”，有些設備甚至可能因老舊而不具備數據采集能力，要推進(jìn)工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)深化應用，企業(yè)必須對這些設備進(jìn)行改造以適應智能聯(lián)網(wǎng)需求。
3 第三，IT與OT場(chǎng)景在網(wǎng)絡(luò )協(xié)議、數據采集等方面存在較大差異，IT與OT融合不僅要充分考慮IT業(yè)務(wù)場(chǎng)景與OT生產(chǎn)場(chǎng)景對網(wǎng)絡(luò )連接和數據處理需求的區別，也要考慮業(yè)務(wù)上云后，云與邊緣端的業(yè)務(wù)協(xié)同與數據交互能力，網(wǎng)絡(luò )高可靠、確定性時(shí)延等能力支持必不可少。
4 最后，也是非常重要的一點(diǎn)，即工控系統可用性要求高，工控設備繁雜、老舊，主動(dòng)資產(chǎn)掃描可能會(huì )導致網(wǎng)絡(luò )或目標系統異常、老舊系統無(wú)法提供補丁或打補丁可能導致系統異常。IT和OT融合后，企業(yè)資源和生產(chǎn)管理層價(jià)值數據聚集到云平臺，云計算、大數據、物聯(lián)網(wǎng)、移動(dòng)辦公增加更多攻擊面，傳統邊界防御難以為繼。
對于這些問(wèn)題，武鋼通信技術(shù)有限公司總工程師陳巍崴女士深有體會(huì )。她在演講中說(shuō)，寶武集團工廠(chǎng)存在大量非云化設備，且協(xié)議不開(kāi)放、工業(yè)連接組模不豐富，對接耗費成本；再就是工控網(wǎng)、管理網(wǎng)和互聯(lián)網(wǎng)多網(wǎng)并存，網(wǎng)絡(luò )安全無(wú)法有效管控。近年，寶武集團通過(guò)對工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)應用的深入探索，綜合運用5G、物聯(lián)網(wǎng)、Wi-F等技術(shù)實(shí)現人機物云全面聯(lián)接。特別是利用“5G+無(wú)線(xiàn)集群+WI-FI”的無(wú)線(xiàn)組合，解決廣覆蓋、離散分布、海量設備泛聯(lián)接問(wèn)題，實(shí)現了海量工業(yè)設備遠程監測與診斷、AR遠程指導、作業(yè)安全AI行為分析，無(wú)人指揮鐵水運輸以及無(wú)人駕駛起吊等場(chǎng)景落地。
實(shí)踐證明，工業(yè)設備IP化入網(wǎng)以及現有無(wú)線(xiàn)、有線(xiàn)物理通信網(wǎng)絡(luò )充分復用和混合組網(wǎng)是可行的。本次論壇期間，華為就聯(lián)合中國信通院等6所國內研究機構及工業(yè)企業(yè)共同發(fā)布網(wǎng)絡(luò )體系強基展望白皮書(shū)，其中就提到，通過(guò)打造先進(jìn)工業(yè)網(wǎng)絡(luò )來(lái)加速工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)創(chuàng )新發(fā)展。
具體講，就是通過(guò)“工業(yè)設備網(wǎng)聯(lián)化、網(wǎng)絡(luò )接入無(wú)線(xiàn)化、工廠(chǎng)內網(wǎng)IP化和工廠(chǎng)外網(wǎng)智能化”，實(shí)現IT與OT端到端靈活組網(wǎng)，打造萬(wàn)物智聯(lián)的工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)網(wǎng)絡(luò )基座，讓數據上得去，算力下得來(lái)，上下游互通。
隨著(zhù)物聯(lián)傳感類(lèi)設備在工業(yè)現場(chǎng)的廣泛部署以及移動(dòng)化智能工業(yè)場(chǎng)景應用越來(lái)越多，生產(chǎn)IT業(yè)務(wù)云化趨勢明顯，產(chǎn)業(yè)鏈間協(xié)同也更為密切。為實(shí)現智能制造，進(jìn)一步深化5G、AI 以及數字孿生等技術(shù)場(chǎng)景的融合應用，就要求生產(chǎn)OT場(chǎng)景做到網(wǎng)絡(luò )高可靠、確定性時(shí)延、故障極速修復；生產(chǎn)IT 場(chǎng)景做到云網(wǎng)協(xié)同，智能化“規、建、維、優(yōu)”。
數據的高效流動(dòng)需要重新定義工業(yè)網(wǎng)絡(luò )，需要具備實(shí)時(shí)感知工業(yè)園區網(wǎng)絡(luò )運行狀態(tài)、數據實(shí)時(shí)可靠上傳。為了實(shí)現“數據上得去”這需要工廠(chǎng)生產(chǎn)設備可以聯(lián)網(wǎng)，可以通過(guò)有線(xiàn)、無(wú)線(xiàn)等方式靈活聯(lián)網(wǎng)，為了實(shí)現“算力下得來(lái)”，工廠(chǎng)的網(wǎng)絡(luò )需要 IP 化，而且需要能根據業(yè)務(wù)進(jìn)行隔離及SLA保障。
近年，華為通過(guò)自身的智能制造實(shí)踐，依托物聯(lián)網(wǎng)關(guān)讓現場(chǎng)“啞設備”開(kāi)口說(shuō)話(huà)，5G + Wi-Fi 6 CPE助力工業(yè)終端剪辮子的工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)產(chǎn)業(yè)發(fā)展思路，形成了領(lǐng)先的工業(yè)網(wǎng)絡(luò )技術(shù)產(chǎn)品和解決方案，并在制造行業(yè)得到了廣泛應用。
例如，馬鋼集團生產(chǎn)業(yè)務(wù)對時(shí)延要求高，如軋鋼系統，要求時(shí)延 ≤6ms屬超嚴格級別，針對此，華為提供的智能IP網(wǎng)絡(luò )采用部分數據分析系統邊緣化，即服務(wù)器下沉，讓超低時(shí)延業(yè)務(wù)不出生產(chǎn)執行區；其他低時(shí)延業(yè)務(wù)（如鐵前業(yè)務(wù)），結合SRv6 SDN技術(shù)進(jìn)行確定性時(shí)延保障，可實(shí)現業(yè)務(wù)端到端＜20ms時(shí)延能力。
骨干網(wǎng)絡(luò )采用業(yè)界領(lǐng)先 SRv6、FlexE 網(wǎng)絡(luò )切片及 SDN技術(shù)，廠(chǎng)區網(wǎng)絡(luò )采用SDN架構，構筑了一張覆蓋全公司100G互聯(lián)的IP骨干網(wǎng)（5個(gè)主節點(diǎn)，17個(gè)匯聚節點(diǎn)），可滿(mǎn)足未來(lái)馬鋼5-10年業(yè)務(wù)發(fā)展訴求，為工業(yè)化信息化加速發(fā)展的馬鋼集團業(yè)務(wù)提供了一個(gè)超寬、靈活的IP承載平臺，讓各集控系統上線(xiàn)快、成本低，能夠為集團節省投資。
馬鋼 IP 骨干網(wǎng)需要同時(shí)承載 IT（辦公類(lèi)）和 OT（生產(chǎn)類(lèi)）業(yè)務(wù)，不同業(yè)務(wù)的 SLA 需求差異大，網(wǎng)絡(luò )切片功能針對不同產(chǎn)線(xiàn)（冷軋、鐵前、四鋼軋等）、股份制公司，通過(guò)不同的網(wǎng)絡(luò )切片進(jìn)行承載。
上汽寧德工廠(chǎng)通過(guò)與華為合作，采用華為AirEngine Wi-Fi 6 覆蓋整個(gè)工廠(chǎng)，做到智能工廠(chǎng)中工業(yè)全系統全要素的互聯(lián)互通，利用大數據、AI 等技術(shù)手段，基于全面互聯(lián)，實(shí)現數據驅動(dòng)的智能制造，提升整車(chē)制造的數字化、網(wǎng)絡(luò )化、智能化和快速響應能力，完成了汽車(chē)行業(yè)的智能化生產(chǎn)和網(wǎng)絡(luò )化協(xié)同新模式創(chuàng )新。
上汽寧德工廠(chǎng)視頻參考
比如運用大數據技術(shù)+回歸算法對1000+設備進(jìn)行主動(dòng)式預警，降低非計劃停機時(shí)間20%。為了在線(xiàn)連接 500+ 工廠(chǎng)在制車(chē)輛，2000+ 智能終端設備，10000+ 傳感器，通過(guò)Wi-Fi 6與IoT網(wǎng)絡(luò )，實(shí)現億級數據實(shí)時(shí)采集、秒級分析反饋；AGV小車(chē)自如地穿梭在車(chē)間的各個(gè)角落，無(wú)需人工幫助就能準確無(wú)誤地完成各項任務(wù)，Wi-Fi網(wǎng)絡(luò )能夠實(shí)現AGV 小車(chē)漫游 0 丟包，有效保障 7*24 小時(shí)穩定運行。通過(guò)資產(chǎn)標簽及管理系統，實(shí)現零部件庫存信息準確、透明，不管是工廠(chǎng)內部的供貨安排、倉儲的精細化管理，還是物流運輸計劃都能做到更經(jīng)濟、更高效。
最終，寧德工廠(chǎng)實(shí)現了生產(chǎn)線(xiàn)節拍 60JPH（每小時(shí)生產(chǎn) 60 輛車(chē)），支持五個(gè)平臺幾十種車(chē)型的裝配，生產(chǎn)線(xiàn)柔性化達到國內最高水平。
除基于Wi-Fi 6與IoT網(wǎng)絡(luò )打造先進(jìn)工業(yè)網(wǎng)絡(luò )，華為在確?？捎眯院蛯?shí)時(shí)性的基礎上，為先進(jìn)工業(yè)網(wǎng)絡(luò )構建三類(lèi)關(guān)鍵安全能力 ：
1 首先，引入零信任安全架構體系，放行好人。默認情況下不信任網(wǎng)絡(luò )內部和外部的任何人、設備以及系統，持續動(dòng)態(tài)安全評估確保設備安全可信、用戶(hù)身份可信、行為合規、最小授權，減少風(fēng)險和攻擊面。
2 其次，構筑全網(wǎng)威脅縱深防御體系，攔截壞人。在 IT、OT、IT 和 OT 邊界和內部持續監控，感知突破傳統防御的未知惡意軟件、未知網(wǎng)絡(luò )流量入侵、PLC/DCS/FCS/RTU 威脅傳播檢測，并進(jìn)行攔截。
3 第三，搭建統一網(wǎng)絡(luò )安全風(fēng)險管理體系，提升 IT/OT 運營(yíng)水平。準確識別現網(wǎng) IT 和 OT 資產(chǎn)、漏洞等信息，自動(dòng)識別優(yōu)先處置事件，自動(dòng)發(fā)現并回溯高級威脅，自動(dòng)下發(fā)全網(wǎng)攔截隔離動(dòng)作。通過(guò)上述能力，構筑“進(jìn)不來(lái)、看不見(jiàn)、藏不住、拿不走、搞不壞”的具有韌性的先進(jìn)工業(yè)網(wǎng)絡(luò )。
后記
工信部發(fā)布的《工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)創(chuàng )新發(fā)展行動(dòng)計劃（2021-2023 年）》文件中頒布了“網(wǎng)絡(luò )體系強基計劃”，對工廠(chǎng)內外網(wǎng)、設備網(wǎng)聯(lián)等多個(gè)網(wǎng)絡(luò )領(lǐng)域的發(fā)展提出了明確的要求，SRv6、確定性網(wǎng)絡(luò )等新型網(wǎng)絡(luò )技術(shù)被重點(diǎn)提及。在工業(yè)網(wǎng)絡(luò )的各個(gè)關(guān)鍵環(huán)節中引入“IPv6+”及未來(lái)網(wǎng)絡(luò )相關(guān)技術(shù)，成為夯實(shí)工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)網(wǎng)絡(luò )基座的重要手段和產(chǎn)業(yè)共識。
隨著(zhù)千行百業(yè)數字化轉型的不斷加速，企業(yè)對于數據資產(chǎn)高效流動(dòng)的需求將日益旺盛，工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)網(wǎng)絡(luò )也將在數字經(jīng)濟發(fā)展中扮演愈發(fā)重要的角色。OT 與 IT 的融合，特別是計算技術(shù)的融合成為了工業(yè)數字化轉型與升級的重要方向 ；也可以促進(jìn)工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)實(shí)現數據和實(shí)體的全面聯(lián)接，推動(dòng)服務(wù)與數據創(chuàng )新，促進(jìn)數據價(jià)值實(shí)現，使得實(shí)時(shí)決策成為可能。
正如華為數據通信產(chǎn)品線(xiàn)總裁胡克文說(shuō)，在智能工業(yè)時(shí)代，華為將以先進(jìn)工業(yè)網(wǎng)絡(luò )技術(shù)為基礎，攜手千行百業(yè)全面打通數據孤島，實(shí)現數據高效流通。
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