智能工廠需要怎樣的工業(yè)網(wǎng)絡？
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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)絡也將在數(shù)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://m.butianyuan.cn/article/202105/425320.htm4月22日，在華為舉辦的“數(shù)智武漢先進工業(yè)網(wǎng)絡論壇”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)的高度關注和討論。就此，胥軍博士用五個詞進行了概括總結，即耳清目明、聽話出活、隨機應變、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，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，對企業(yè)而言卻并非易事。
1 首先，由于工業(yè)現(xiàn)場設備種類繁多，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)務向車間工業(yè)現(xiàn)場的延伸，IT與OT之間的融合已成為當務之急。
2 其次，工業(yè)現(xiàn)場還存在大量的“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(shù)據(jù)采集能力，要推進工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)深化應用，企業(yè)必須對這些設備進行改造以適應智能聯(lián)網(wǎng)需求。
3 第三，IT與OT場景在網(wǎng)絡協(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)務場景與OT生產(chǎn)場景對網(wǎng)絡連接和數(shù)據(jù)處理需求的區(qū)別，也要考慮業(yè)務上云后，云與邊緣端的業(yè)務協(xié)同與數(shù)據(jù)交互能力，網(wǎng)絡高可靠、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，工控設備繁雜、老舊，主動資產(chǎn)掃描可能會導致網(wǎng)絡或目標系統(tǒng)異常、老舊系統(tǒng)無法提供補丁或打補丁可能導致系統(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，寶武集團工廠存在大量非云化設備，且協(xié)議不開放、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)絡安全無法有效管控。近年，寶武集團通過對工業(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等技術實現(xiàn)人機物云全面聯(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、海量設備泛聯(lián)接問題，實現(xiàn)了海量工業(yè)設備遠程監(jiān)測與診斷、AR遠程指導、作業(yè)安全AI行為分析，無人指揮鐵水運輸以及無人駕駛起吊等場景落地。
實踐證明，工業(yè)設備IP化入網(wǎng)以及現(xiàn)有無線、有線物理通信網(wǎng)絡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(nèi)研究機構及工業(yè)企業(yè)共同發(fā)布網(wǎng)絡體系強基展望白皮書，其中就提到，通過打造先進工業(yè)網(wǎng)絡來加速工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)創(chuàng)新發(fā)展。
具體講，就是通過“工業(yè)設備網(wǎng)聯(lián)化、網(wǎng)絡接入無線化、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)場景應用越來越多，生產(chǎn)IT業(yè)務云化趨勢明顯，產(chǎn)業(yè)鏈間協(xié)同也更為密切。為實現(xiàn)智能制造，進一步深化5G、AI 以及數(shù)字孿生等技術場景的融合應用，就要求生產(chǎn)OT場景做到網(wǎng)絡高可靠、確定性時延、故障極速修復；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，需要具備實時感知工業(yè)園區(qū)網(wǎng)絡運行狀態(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)絡需要 IP 化，而且需要能根據(jù)業(yè)務進行隔離及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)關讓現(xiàn)場“啞設備”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，形成了領先的工業(yè)網(wǎng)絡技術產(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)務對時延要求高，如軋鋼系統(tǒng)，要求時延 ≤6ms屬超嚴格級別，針對此，華為提供的智能IP網(wǎng)絡采用部分數(shù)據(jù)分析系統(tǒng)邊緣化，即服務器下沉，讓超低時延業(yè)務不出生產(chǎn)執(zhí)行區(qū)；其他低時延業(yè)務（如鐵前業(yè)務），結合SRv6 SDN技術進行確定性時延保障，可實現(xiàn)業(yè)務端到端＜20ms時延能力。
骨干網(wǎng)絡采用業(yè)界領先 SRv6、FlexE 網(wǎng)絡切片及 SDN技術，廠區(qū)網(wǎng)絡采用SDN架構，構筑了一張覆蓋全公司100G互聯(lián)的IP骨干網(wǎng)（5個主節(jié)點，17個匯聚節(jié)點），可滿足未來馬鋼5-10年業(yè)務發(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，不同業(yè)務的 SLA 需求差異大，網(wǎng)絡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)絡切片進行承載。
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)絡化、智能化和快速響應能力，完成了汽車行業(yè)的智能化生產(chǎn)和網(wǎng)絡化協(xié)同新模式創(chuàng)新。
上汽寧德工廠視頻參考
比如運用大數(shù)據(jù)技術+回歸算法對1000+設備進行主動式預警，降低非計劃停機時間20%。為了在線連接 500+ 工廠在制車輛，2000+ 智能終端設備，10000+ 傳感器，通過Wi-Fi 6與IoT網(wǎng)絡，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確無誤地完成各項任務，Wi-Fi網(wǎng)絡能夠?qū)崿F(xiàn)AGV 小車漫游 0 丟包，有效保障 7*24 小時穩(wěn)定運行。通過資產(chǎn)標簽及管理系統(tǒng)，實現(xiàn)零部件庫存信息準確、透明，不管是工廠內(nèi)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)線柔性化達到國內(nèi)最高水平。
除基于Wi-Fi 6與IoT網(wǎng)絡打造先進工業(yè)網(wǎng)絡，華為在確保可用性和實時性的基礎上，為先進工業(yè)網(wǎng)絡構建三類關鍵安全能力 ：
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)絡內(nèi)部和外部的任何人、設備以及系統(tǒng)，持續(xù)動態(tài)安全評估確保設備安全可信、用戶身份可信、行為合規(guī)、最小授權，減少風險和攻擊面。
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(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)絡流量入侵、PLC/DCS/FCS/RTU 威脅傳播檢測，并進行攔截。
3 第三，搭建統(tǒng)一網(wǎng)絡安全風險管理體系，提升 IT/OT 運營水平。準確識別現(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，構筑“進不來、看不見、藏不住、拿不走、搞不壞”的具有韌性的先進工業(yè)網(wǎng)絡。
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)絡體系強基計劃”，對工廠內(nèi)外網(wǎng)、設備網(wǎng)聯(lián)等多個網(wǎng)絡領域的發(fā)展提出了明確的要求，SRv6、確定性網(wǎng)絡等新型網(wǎng)絡技術被重點提及。在工業(yè)網(wǎng)絡的各個關鍵環(huán)節(jié)中引入“IPv6+”及未來網(wǎng)絡相關技術，成為夯實工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)網(wǎng)絡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)絡也將在數(shù)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，推動服務與數(shù)據(jù)創(chuàng)新，促進數(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，華為將以先進工業(yè)網(wǎng)絡技術為基礎，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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