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工业互联,网络先行:从智能IP打通产业数据通道开始

  华为数据通信产品线副总裁 赵志鹏

  

  引言: 3月5日,在政府工作报告中提出“要发展工业互联网,搭建更多共性技术研发平台,提升中小微企业创新能力和专业化水平”。这是工业互联网第四次写入工作报告,充分显示了国家层面对工业互联网助力制造业高质量发展的重视程度。

  互联网发展到现在经历了四十多年的历程,在商业消费领域取得了巨大的成功。尤其在中国,各大互联网公司借助中国强大的网民基数,通过大数据及AI技术的应用,打造了多个万亿级的互联网平台。当前互联网应用正在从消费领域向生产领域扩展,与工业、能源等实体经济领域深度融合。中国是制造大国,拥有着全球最丰富的制造场景,如果能如同消费互联网那样,把这些制造企业的数据利用大数据及AI技术进行融合和分析,通过工业平台再反哺给制造企业,实现提质、降本、增效及个性化定制,将大大提升我国制造业高质量发展的程度。

  工业互联网的发展,网络是基础,平台是核心,数据是关键。目前我国拥有工业互联网平台600多家,其中具有影响力的70余家,但大多数没有被充分利用,最主要的原因是网络跟不上,导致制造设备产生的数据送不上去,平台侧的智能下不来。

  网络体系强基需用互联网协议(IP: Internet Protocol)作为数据通信的“普通话”

  工信部在2021年1月发布的工业互联网《新三年行动计划(2021-2023)》中,将“网络体系强基” 作为第一项重要任务。“网络体系强基”,就是要广泛地联接各种机器设备和工业系统,由此而实现“状态感知、实时分析、精准执行、学习提升”的基本逻辑:由联接而实现数据采集,由数据采集而实现数据实时传输、设备实时监测,由数据分析而实现精细化优化配置,多次迭代提升准确率。

  

  在传统工厂内有IT(Information Technology)网络和OT(Operational Technology)网络,而OT网络又分为现场级网络和工厂级网络。三者有很明显的层级结果,要实现广泛互联,在工厂内需要有一个IT和OT完全融合的网络,所有的设备都能连到这个网络上,所有的设备之间都能实现直接的互通互联。这个网络可以是有线IP网络,也可以包括5G、Wi-Fi等无线技术的融合。

  工业终端IP化:要实现设备的全连接,首先是工业终端的IP化。当前工业终端协议“七国八制”,各种工业总线,工业以太协议有上千种之多,不同的协议之间不能互通。 只有让工业设备都说“普通话”,而不是各自的“方言”,才能实现互通。这个普通话就是IP,工业设备(装备)的IP化是工业互联网的第一步。

  海量设备联网,首先需要有IP,这里的IP化更多指的是IPv6化,IPv4资源已经枯竭了,海量的设备终端接入的时候,必然要用到IPv6地址。工业设备的IP化要循序渐进,可以先将车间级网络IP化,再考虑将现场级网络里对时延要求不敏感的设备IP化。

  工业内网的无线化:原来在工厂内,基于生产线部署的有线网络速率低下,很难满足如机器视觉、设备在线升级等大带宽应用的需求;同时,随着个性化定制驱动柔性制造的兴起,设备“剪辫子”成为趋势;移动AGV、AR/VR、手持移动终端巡检需要无线网络。因此,工厂里要实现生产领域全业务的网络需求,引入无线网络是最合适的。

  

  5G与Wi-Fi 6都是当前两种最流行的无线技术。5G和Wi-Fi 6的低时延、可靠性都已经满足工业制作需求,同时两者各有所长,5G在室外的广覆盖更好,Wi-Fi 6的低成本和生态更好。

  工业外网的智能化:工业外网通常指的是跨厂区的互联。集团型的大型企业,需要打通各专业、全流程的业务系统,实现高度集中、高效快捷的扁平化模式,多业务整合及协同。企业业务的集中化与云化,需要各厂区与总部间的互联有一套可靠的智能IP网络,实现多业务统一管理,提升管理效率、生产效率。

  传统的MPLS IP网络,配置复杂,难以为关键业务提供确定性的时延保障。因此《新三年行动计划》里提出工业外网建设建议使用IPv6(SRv6),即IPv6+(IPv6增强)技术。IPv6+是面向云时代和工业互联网的智能IP网络,可以满足灵活组网、业务快速开通、智能选路、简化网络运维、差异化保障等承载需求。

  智能IP网络,释放工业互联网数据价值

  随着企业IT与OT网络融合的深入,IP网络需要承载越来越多、越来越关键的业务。“尽力而为”的传统IP网络难以满足需求,智能IP 网络引入大数据、AI 技术和SRv6、网络切片等新一代协议,打造“自动化、确定性、安全、超宽、低时延、海量敏捷联接”的工业互联网络,将很好满足企业在跨产业、跨空间、跨“人-机-物-云”的互联与融合诉求。

  华为已经与制造业龙头企业开展了一系列智能IP 网络的联合创新,在实践中取得了丰富的创新成果。

  华为与上海快仓公司联合创新的基于华为 AirEngine Wi-Fi 6 的AGV无损漫游无线通信方案,通过对AGV小车和Wi-Fi 6 AP的漫游过程进行优化,从而让仓储网络的漫游成功率提高到近100%,丢包减少接近于0。此方案获得工业互联网产业联盟2020年“工业互联网网络优秀解决方案”奖。

  南方电网联合华为运用边缘计算物联网、5G、AI等技术创新研发了智能“有序充电”解决方案,有序的引导、控制新能源汽车充电,保障电网安全。此方案中使用的华为AR502H边缘计算网关获得了信通院首批边缘计算标准件认证。

  上汽宁德汽车制造工厂通过全厂区部署华为的AirEngine Wi-Fi 6做无缝覆盖,以数据驱动的信息流打造全连接智能工厂,实现生产全流程网络覆盖,实时数据采集和控制。为上汽新四化战略:“电动化、智能网联化、共享化、国际化”及1分钟造一辆车提供有力网络支撑。

  

  华为智能IP网络解决方案助力上汽宁德打造“全联接的智能工厂”

  华为南方工厂通过将IT网络下沉,将OT域压缩到最小(装备内部),装备之间用IP网络连接,打造“乐高式”产线,提升生产的自动化能力,柔性产线能力,构建无人化车间,成功实现20秒生产一部手机,40秒生产一台Wi-Fi 6 AP。

  马钢落实集团智慧制造战略,设立集中运营管控中心,需要打通各专业、全流程的业务系统。马钢采用华为的智能IPv6+解决方案打造骨干网络,实现一网多用、智能选路、时延可承诺;采用5G网络提供关键业务的接入。

  总结

  数据是未来的石油,数据资产在企业内部无缝流通,才能激活数据价值。因此,工业互联网的IP化是客观需求。OT网络的IP化改造,构建标准、开放的架构体系,不仅有助于数据和算力的高效流动,也有助于推进面向工业4.0的下一代开放工控生态的形成。工业内网的IT网络规模越大,网络的开放性、标准化程度越高,其生产效率也会越高。

  2021年是中国十四五规划的开局年,也是工业互联网新三年行动计划的起始年,华为将积极致力于同各企业和行业深度合作,打造业内领先的智能IP网络解决方案,助力“中国制造”向“中国智造”转型。

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