智能工廠需要怎樣的工業(yè)網(wǎng)絡(luò)？
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隨著千行百業(yè)數(shù)字化轉(zhuǎn)型的不斷加速，企業(yè)對于數(shù)據(jù)資產(chǎn)高效流動的需求將日益旺盛，工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)也將在數(shù)字經(jīng)濟(jì)發(fā)展中扮演愈發(fā)重要的角色。
本文引用地址：http://www.ex-cimer.com/article/202105/425320.htm4月22日，在華為舉辦的“數(shù)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問題：“怎么樣才算是智能工廠？”，引發(fā)了現(xiàn)場企業(yè)的高度關(guān)注和討論。就此，胥軍博士用五個詞進(jìn)行了概括總結(jié)，即耳清目明、聽話出活、隨機(jī)應(yīng)變、持續(xù)改善以及知行合一。
簡單說，就是要在萬物互聯(lián)的基礎(chǔ)上，讓數(shù)據(jù)在企業(yè)內(nèi)部自由流動，實現(xiàn)數(shù)據(jù)和決策的上通下達(dá)，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，要實現(xiàn)這一目標(biāo)，對企業(yè)而言卻并非易事。
1 首先，由于工業(yè)現(xiàn)場設(shè)備種類繁多，工業(yè)通信協(xié)議七國八制，互相之間難以做到開放和兼容，使工業(yè)設(shè)備互聯(lián)互通成為一大難題。同時隨著企業(yè)研發(fā)和管理業(yè)務(wù)向車間工業(yè)現(xiàn)場的延伸，IT與OT之間的融合已成為當(dāng)務(wù)之急。
2 其次，工業(yè)現(xiàn)場還存在大量的“啞設(shè)施、啞設(shè)備、啞終端”，有些設(shè)備甚至可能因老舊而不具備數(shù)據(jù)采集能力，要推進(jìn)工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)深化應(yīng)用，企業(yè)必須對這些設(shè)備進(jìn)行改造以適應(yīng)智能聯(lián)網(wǎng)需求。
3 第三，IT與OT場景在網(wǎng)絡(luò)協(xié)議、數(shù)據(jù)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)場景與OT生產(chǎn)場景對網(wǎng)絡(luò)連接和數(shù)據(jù)處理需求的區(qū)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(shù)據(jù)交互能力，網(wǎng)絡(luò)高可靠、確定性時延等能力支持必不可少。
4 最后，也是非常重要的一點，即工控系統(tǒng)可用性要求高，工控設(shè)備繁雜、老舊，主動資產(chǎn)掃描可能會導(dǎo)致網(wǎng)絡(luò)或目標(biāo)系統(tǒng)異常、老舊系統(tǒng)無法提供補(bǔ)丁或打補(bǔ)丁可能導(dǎo)致系統(tǒng)異常。IT和OT融合后，企業(yè)資源和生產(chǎn)管理層價值數(shù)據(jù)聚集到云平臺，云計算、大數(shù)據(jù)、物聯(lián)網(wǎng)、移動辦公增加更多攻擊面，傳統(tǒng)邊界防御難以為繼。
對于這些問題，武鋼通信技術(shù)有限公司總工程師陳巍崴女士深有體會。她在演講中說，寶武集團(tuán)工廠存在大量非云化設(shè)備，且協(xié)議不開放、工業(yè)連接組模不豐富，對接耗費(fèi)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)安全無法有效管控。近年，寶武集團(tuán)通過對工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用的深入探索，綜合運(yùn)用5G、物聯(lián)網(wǎng)、Wi-F等技術(shù)實現(xiàn)人機(jī)物云全面聯(lián)接。特別是利用“5G+無線集群+WI-FI”的無線組合，解決廣覆蓋、離散分布、海量設(shè)備泛聯(lián)接問題，實現(xiàn)了海量工業(yè)設(shè)備遠(yuǎn)程監(jiān)測與診斷、AR遠(yuǎn)程指導(dǎo)、作業(yè)安全AI行為分析，無人指揮鐵水運(yùn)輸以及無人駕駛起吊等場景落地。
實踐證明，工業(yè)設(shè)備IP化入網(wǎng)以及現(xiàn)有無線、有線物理通信網(wǎng)絡(luò)充分復(fù)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(nèi)研究機(jī)構(gòu)及工業(yè)企業(yè)共同發(fā)布網(wǎng)絡(luò)體系強(qiáng)基展望白皮書，其中就提到，通過打造先進(jìn)工業(yè)網(wǎng)絡(luò)來加速工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)創(chuàng)新發(fā)展。
具體講，就是通過“工業(yè)設(shè)備網(wǎng)聯(lián)化、網(wǎng)絡(luò)接入無線化、工廠內(nèi)網(wǎng)IP化和工廠外網(wǎng)智能化”，實現(xiàn)IT與OT端到端靈活組網(wǎng)，打造萬物智聯(lián)的工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)基座，讓數(shù)據(jù)上得去，算力下得來，上下游互通。
隨著物聯(lián)傳感類設(shè)備在工業(yè)現(xiàn)場的廣泛部署以及移動化智能工業(yè)場景應(yīng)用越來越多，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。為實現(xiàn)智能制造，進(jìn)一步深化5G、AI 以及數(shù)字孿生等技術(shù)場景的融合應(yīng)用，就要求生產(chǎn)OT場景做到網(wǎng)絡(luò)高可靠、確定性時延、故障極速修復(fù)；生產(chǎn)IT 場景做到云網(wǎng)協(xié)同，智能化“規(guī)、建、維、優(yōu)”。
數(shù)據(jù)的高效流動需要重新定義工業(yè)網(wǎng)絡(luò)，需要具備實時感知工業(yè)園區(qū)網(wǎng)絡(luò)運(yùn)行狀態(tài)、數(shù)據(jù)實時可靠上傳。為了實現(xiàn)“數(shù)據(jù)上得去”這需要工廠生產(chǎn)設(shè)備可以聯(lián)網(wǎng)，可以通過有線、無線等方式靈活聯(lián)網(wǎng)，為了實現(xiàn)“算力下得來”，工廠的網(wǎng)絡(luò)需要 IP 化，而且需要能根據(jù)業(yè)務(wù)進(jìn)行隔離及SLA保障。
近年，華為通過自身的智能制造實踐，依托物聯(lián)網(wǎng)關(guān)讓現(xiàn)場“啞設(shè)備”開口說話，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(yīng)用。
例如，馬鋼集團(tuán)生產(chǎn)業(yè)務(wù)對時延要求高，如軋鋼系統(tǒng)，要求時延 ≤6ms屬超嚴(yán)格級別，針對此，華為提供的智能IP網(wǎng)絡(luò)采用部分?jǐn)?shù)據(jù)分析系統(tǒng)邊緣化，即服務(wù)器下沉，讓超低時延業(yè)務(wù)不出生產(chǎn)執(zhí)行區(qū)；其他低時延業(yè)務(wù)（如鐵前業(yè)務(wù)），結(jié)合SRv6 SDN技術(shù)進(jìn)行確定性時延保障，可實現(xiàn)業(yè)務(wù)端到端＜20ms時延能力。
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)，廠區(qū)網(wǎng)絡(luò)采用SDN架構(gòu)，構(gòu)筑了一張覆蓋全公司100G互聯(lián)的IP骨干網(wǎng)（5個主節(jié)點，17個匯聚節(jié)點），可滿足未來馬鋼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(tuán)業(yè)務(wù)提供了一個超寬、靈活的IP承載平臺，讓各集控系統(tǒng)上線快、成本低，能夠為集團(tuán)節(jié)省投資。
馬鋼 IP 骨干網(wǎng)需要同時承載 IT（辦公類）和 OT（生產(chǎn)類）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（冷軋、鐵前、四鋼軋等）、股份制公司，通過不同的網(wǎng)絡(luò)切片進(jìn)行承載。
上汽寧德工廠通過與華為合作，采用華為AirEngine Wi-Fi 6 覆蓋整個工廠，做到智能工廠中工業(yè)全系統(tǒng)全要素的互聯(lián)互通，利用大數(shù)據(jù)、AI 等技術(shù)手段，基于全面互聯(lián)，實現(xiàn)數(shù)據(jù)驅(qū)動的智能制造，提升整車制造的數(shù)字化、網(wǎng)絡(luò)化、智能化和快速響應(yīng)能力，完成了汽車行業(yè)的智能化生產(chǎn)和網(wǎng)絡(luò)化協(xié)同新模式創(chuàng)新。
上汽寧德工廠視頻參考
比如運(yùn)用大數(shù)據(jù)技術(shù)+回歸算法對1000+設(shè)備進(jìn)行主動式預(yù)警，降低非計劃停機(jī)時間20%。為了在線連接 500+ 工廠在制車輛，2000+ 智能終端設(shè)備，10000+ 傳感器，通過Wi-Fi 6與IoT網(wǎng)絡(luò)，實現(xiàn)億級數(shù)據(jù)實時采集、秒級分析反饋；AGV小車自如地穿梭在車間的各個角落，無需人工幫助就能準(zhǔn)確無誤地完成各項任務(wù)，Wi-Fi網(wǎng)絡(luò)能夠?qū)崿F(xiàn)AGV 小車漫游 0 丟包，有效保障 7*24 小時穩(wěn)定運(yùn)行。通過資產(chǎn)標(biāo)簽及管理系統(tǒng)，實現(xiàn)零部件庫存信息準(zhǔn)確、透明，不管是工廠內(nèi)部的供貨安排、倉儲的精細(xì)化管理，還是物流運(yùn)輸計劃都能做到更經(jīng)濟(jì)、更高效。
最終，寧德工廠實現(xiàn)了生產(chǎn)線節(jié)拍 60JPH（每小時生產(chǎn) 60 輛車），支持五個平臺幾十種車型的裝配，生產(chǎn)線柔性化達(dá)到國內(nèi)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?？捎眯院蛯崟r性的基礎(chǔ)上，為先進(jìn)工業(yè)網(wǎng)絡(luò)構(gòu)建三類關(guān)鍵安全能力 ：
1 首先，引入零信任安全架構(gòu)體系，放行好人。默認(rèn)情況下不信任網(wǎng)絡(luò)內(nèi)部和外部的任何人、設(shè)備以及系統(tǒng)，持續(xù)動態(tài)安全評估確保設(shè)備安全可信、用戶身份可信、行為合規(guī)、最小授權(quán)，減少風(fēng)險和攻擊面。
2 其次，構(gòu)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(nèi)部持續(xù)監(jiān)控，感知突破傳統(tǒng)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(tǒng)一網(wǎng)絡(luò)安全風(fēng)險管理體系，提升 IT/OT 運(yùn)營水平。準(zhǔn)確識別現(xiàn)網(wǎng) IT 和 OT 資產(chǎn)、漏洞等信息，自動識別優(yōu)先處置事件，自動發(fā)現(xiàn)并回溯高級威脅，自動下發(fā)全網(wǎng)攔截隔離動作。通過上述能力，構(gòu)筑“進(jìn)不來、看不見、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)展行動計劃（2021-2023 年）》文件中頒布了“網(wǎng)絡(luò)體系強(qiáng)基計劃”，對工廠內(nèi)外網(wǎng)、設(shè)備網(wǎng)聯(lián)等多個網(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)被重點提及。在工業(yè)網(wǎng)絡(luò)的各個關(guān)鍵環(huán)節(jié)中引入“IPv6+”及未來網(wǎng)絡(luò)相關(guān)技術(shù)，成為夯實工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)基座的重要手段和產(chǎn)業(yè)共識。
隨著千行百業(yè)數(shù)字化轉(zhuǎn)型的不斷加速，企業(yè)對于數(shù)據(jù)資產(chǎn)高效流動的需求將日益旺盛，工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)也將在數(shù)字經(jīng)濟(jì)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(shù)字化轉(zhuǎn)型與升級的重要方向 ；也可以促進(jìn)工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)實現(xiàn)數(shù)據(jù)和實體的全面聯(lián)接，推動服務(wù)與數(shù)據(jù)創(chuàng)新，促進(jìn)數(shù)據(jù)價值實現(xiàn)，使得實時決策成為可能。
正如華為數(shù)據(jù)通信產(chǎn)品線總裁胡克文說，在智能工業(yè)時代，華為將以先進(jìn)工業(yè)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)為基礎(chǔ)，攜手千行百業(yè)全面打通數(shù)據(jù)孤島，實現(xiàn)數(shù)據(jù)高效流通。
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