【智慧城市網 視點跟蹤】智能制造是制造強國建設的必然之路。工信部等八部門聯(lián)合發(fā)布的《“十四五”智能制造發(fā)展規(guī)劃》(簡稱規(guī)劃)指出：以新一代信息技術與先進制造技術深度融合為主線，深入實施智能制造工程，著力提升創(chuàng)新能力、供給能力、支撐能力和應用水平，加快構建智能制造發(fā)展生態(tài)。構建先進工業(yè)網絡，推動跨學科、跨領域融合創(chuàng)新，實現虛實融合，將持續(xù)提升創(chuàng)新效能。
國家智能制造專家委員會委員、華為公司高級副總裁、華為數字轉型首席戰(zhàn)略官 車海平
智能制造牽引制造業(yè)新型基礎設施
新一輪技術及產業(yè)革命正在蓬勃開展，“一次工業(yè)革命，一代生產設施，一種經濟范式”，制造領域催生新一代生產型新型基礎設施已是工業(yè)革命的必然趨勢。規(guī)劃指出“十四五及未來相當長一段時期，推進智能制造，要立足制造本質，緊扣智能特征，以工藝、裝備為核心，以數據為基礎”。
通過“以數據為基礎，緊扣智能特征”的知識生產范式升級，實現工藝、裝備等核心對象的智能化升級。這里的關鍵在于工業(yè)裝備、工控系統(tǒng)等對象，充分利用數字技術對其內涵的行業(yè)知識演化構筑數字化累進的新范式，促進其內在技術元素與架構開展解構和建構的重組，使裝備體系供給品向智能生產自治系統(tǒng)升級。
具體而言，將算法、工業(yè)機理與工業(yè)設備軟硬件等要素，按照工業(yè)生產自身業(yè)務規(guī)律，基于高內聚、松耦合架構原則開展重構，實現工業(yè)知識(控制、工藝、管理等生產邏輯的數字化載體)的模塊化、可復用、高協(xié)同、自優(yōu)化，以組件的形式獨立迭代、持續(xù)沉淀，從而更高效、敏捷地提升工藝水平，構筑以智能裝備及其全生命周期經營為價值錨點的開放數字生態(tài)。在工業(yè)軟件層面，也正以類似的產業(yè)邏輯，向開放數字生態(tài)演進。
面向未來，以數據和裝備體系為兩個核心要素，構建線上數字空間與線下制造裝備物理空間之間的有機融合，形成智能制造新型基礎設施，開展按需柔性生產，成為業(yè)態(tài)升級的核心基點，培育制造業(yè)的新型產業(yè)生態(tài)?；诖耍瑐鹘y(tǒng)裝備疊加智能、疊加數字資產，開啟工業(yè)裝備數字化新篇章；傳統(tǒng)工業(yè)軟件逐步實現微服務化、智能化，催生新型工業(yè)APP，開啟工業(yè)軟件云原生化新征程。圍繞工業(yè)知識生產的范式升級，形成工業(yè)知識市場的數字生態(tài)，加速工業(yè)數據價值化。
當前工業(yè)設備品類眾多、工業(yè)協(xié)議“七國八制”、數據格式規(guī)范各不相同，難以實現數據在生態(tài)內價值流上全網范圍的高效流動。前述智能制造新型基礎設施中涵蓋的工業(yè)裝備數字化、工業(yè)軟件云原生化、工業(yè)數據價值化，都需要以工業(yè)網絡升級為基礎。以解決‘第一公里’基本問題為先，“實現數據上得來，智能下得去、上下游貫通”，培育“數據流動、知識生產及復用”新模式的發(fā)展方向，才能有效提高裝備資產利用率、產品品質、創(chuàng)新和商業(yè)敏捷度。
新一代先進工業(yè)網絡以“設備網聯(lián)化、聯(lián)接IP化、網絡智能化”為關鍵特征，具備全面深度感知數據、實時傳輸交互數據、按需部署AI算力的使能框架，將為智能制造的新價值構筑打造堅實基礎。
先進工業(yè)網絡三大特征
? 設備網聯(lián)化：沉淀在本地的工業(yè)數據要發(fā)揮作用，設備首先要聯(lián)網。根據《智能制造發(fā)展指數報告2020》，中國設備聯(lián)網率約為23%，工業(yè)設備網絡化水平還有很大的提升空間。
一方面大量的設備沒有聯(lián)網，老舊設備多、數字化水平低，很多工廠里存在大量傳感器、執(zhí)行器、機器人、儀表、閥門等啞終端。這些啞終端大都只支持RS485/RS232、DI/DO等接口，無法直接連接網絡進行數據傳輸，需要網關進行接口轉換及數據封裝，改造工作量大且成本高；另一方面，雖然23%的設備聯(lián)網了，但通信協(xié)議不統(tǒng)一，協(xié)議標準眾多且相對封閉，各成體系，互聯(lián)互通困難，形成了 “煙囪式”的封閉和碎片化格局，極大地阻礙了工業(yè)領域向智能制造方向的發(fā)展。
工廠中設備逐步呈現出全連接的趨勢，應圍繞不同垂直行業(yè)網絡改造需求，結合實際應用場景，采用5G/Wi-Fi 6/以太/光等技術在原有控制網絡之外疊加部署另一張支撐新業(yè)務流程的網絡及相關設備，或者對已有工業(yè)設備和網絡設備進行升級。
? 聯(lián)接IP化：新一代信息技術賦能智能制造的關鍵包括生產數據采集、知識生成迭代等；現場工藝的優(yōu)化，是在工藝作用域內的閉環(huán)過程，在該域內需要統(tǒng)一的通信協(xié)議才能更好地提升優(yōu)化活動本身的效率及經濟性。針對工業(yè)協(xié)議的七國八制，“各說各話”導致的難以互通問題，端到端的開放而安全的IP網絡將是解決之道。
電信網絡的IP化，可以作為一個典型可借鑒的例子來看待。電信網絡在PSTN和GSM時代也曾經是架構落后、創(chuàng)新乏力、“七國八制”、互不兼容，無法支撐電信行業(yè)的持續(xù)成長。從2005年開始，電信網絡架構經歷了“接口IP化、內核IP化、架構IP化、業(yè)務IP化”四個階段，逐步走向All IP架構，大幅提升了網絡帶寬，豐富了網絡能力，簡化了網絡運維，煥發(fā)了產業(yè)鏈上下游眾多主體的創(chuàng)新活力，促進了移動互聯(lián)網時代的大發(fā)展，也為電信行業(yè)進一步擁抱云計算、人工智能等新技術打下了良好的基礎。
工業(yè)網絡聯(lián)接的IP化不是一蹴而就的，而是一個由外向內、自上而下的發(fā)展過程，工廠外網首先實現了IP化，工廠內網的IP化正在自上而下逐步推進。隨著IPv6的規(guī)模部署、IPv6+創(chuàng)新應用，推動IP技術面向工業(yè)數字化典型場景不斷與時俱進，多業(yè)務網絡切片、確定性IP服務、SRv6源路由、網絡性能測量與分析等新技術更好地服務于工業(yè)場景，這必將加速工業(yè)網絡聯(lián)接IP化的進程；推動管理經營層面的信息技術(IT)網絡與生產控制層面的作業(yè)技術(OT)網絡融合，加速工業(yè)數據采集、分析和人工智能技術深入工廠、車間和生產線，實現遠程集控，孵化現場少人化、無人化的新型生產模式和新業(yè)態(tài)。
? 網絡智能化：工業(yè)的智能化，除了在研發(fā)、生產、供應鏈、協(xié)同以及服務過程中的全面智能決策，以及，在上述業(yè)務系統(tǒng)和流程中內嵌的工業(yè)網絡的智能化也不容忽視。生產線的數字化改造，提升了生產效率，網絡在工廠里越來越重要，網絡服務供給的品質需要柔性地匹配工業(yè)現場的生產管理和作業(yè)邏輯的要求，而任何網絡故障都有可能影響生產。
因此，我們需要保障網絡7x24小時不中斷，除了在網絡設計時做好可靠性及冗余保障外，網絡的智能運維優(yōu)化也是非常關鍵的。同時，隨著越來越多的物聯(lián)網終端在工廠內使用，工業(yè)網絡的安全防護至關重要，而且在安全保障的同時，關鍵系統(tǒng)不能增加時延/抖動，因此通用的防御技術難以部署?！兑?guī)劃》里也多次提到要重視工業(yè)網絡安全。
未來的工業(yè)網絡需要高度自治，通過網絡分片在一張網絡里承載多種不同的業(yè)務應用的安全性及可靠性，實時感知工業(yè)應用進行確定性的體驗保障，實現端到端的體驗可視?；贏I能力實現網絡的智能管理與運維；安全需求推動網絡進一步走向智能化，需要AI能力進行行為分析與意圖預判，基于終端行為檢測分析通過大數據+AI算法+專家經驗，建立業(yè)務正常行為基線，通過AI行為建模識別系統(tǒng)與協(xié)議的異常。
先進工業(yè)網絡促進智能制造創(chuàng)新發(fā)展
? 構建智能制造系統(tǒng)的基礎支撐：知識生產的范式升級以及在工業(yè)領域的普惠化可以被視為智能制造實現路徑中的關鍵，主要包括兩點：
一是工業(yè)裝備數字化領域，賦機器以智能。通過將現場數據按智能生產自治域加工生產形成增量可執(zhí)行知識，從而優(yōu)化生產域內的工藝、控制、管理邏輯，將工業(yè)裝備供給升級為平臺化生態(tài)；
二是工業(yè)生產性服務領域，予服務以平臺，通過充分激活行業(yè)內供需多方生態(tài)共同的力量，尤其是行業(yè)內多類專業(yè)領域行業(yè)知識的數字化、服務化、平臺化，多平臺協(xié)同形成一個在新的生產性服務供給體系，覆蓋工業(yè)企業(yè)的研發(fā)設計、生產管控、產品生命周期管理、資產生命周期管理、客戶生命周期管理、供應鏈管理等多個環(huán)節(jié)。
這兩者是智能制造新型基礎設施的關鍵支撐，都需要先進的工業(yè)網絡做數據互通的底座，通過標準化手段，解決生產設施和通信設施、信息技術設施融合互通的問題，實現工業(yè)的數字化、網絡化、智能化。
? 推動新型工業(yè)智能控制架構發(fā)展：社會經濟、科技的發(fā)展使得工業(yè)生產的規(guī)模，復雜性越來越大，傳統(tǒng)以現場操作為主的局域網方式不能適應以集控為主的大規(guī)模生產的訴求；新業(yè)務的加入，也使得傳統(tǒng)的低帶寬的工控網絡面臨改造。
IT與OT融合的網絡架構是下一代智能工控體系架構的必然選擇，下一代智能工業(yè)體系架構不僅僅在架構上將走向更簡化的云邊端三層，并且真正實現工業(yè)裝備的全智能、全互聯(lián)，具有“全局優(yōu)化、動態(tài)重構、工控域和管理域融合”等特點。
先進工業(yè)網絡將是新型工業(yè)智能控制系統(tǒng)的網絡底座，需同時提供“盡力而為”和“確定性”的數據通信服務，融合IT/OT域，支撐多源異構數據采集和信息獲取、基于工業(yè)機理和數字孿生的智能分析和預測、決策系統(tǒng)和控制過程的集成。從傳統(tǒng)的PLC控制走向控制和智能的融合，國產工業(yè)設備廠商也將迎來新的發(fā)展機遇。
《規(guī)劃》明確指出推動先進工藝、信息技術與制造裝備深度融合。產業(yè)共同推動先進工業(yè)網絡發(fā)展，踐行《規(guī)劃》指示，落實工業(yè)裝備智能化、工業(yè)網絡IP化、工業(yè)數據價值化，整體賦能行業(yè)共性生產力以新模式更快速地升級，讓更多企業(yè)在更高的平臺上、更低的門檻、更高效的生態(tài)環(huán)境中轉型，實現中國智能制造的高質量發(fā)展。
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