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        共建先進工業網絡 共創智能制造新價值

        文章來源 : 中國工業新聞
        2022年01月12日 15:16

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          智能制造是制造強國建設的必然之路。工信部等八部門聯合發布的《“十四五”智能制造發展規劃》(簡稱規劃)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展生態。構建先進的工業網絡,推動跨學科、跨領域融合創新,實現虛實融合,將持續提升創新效能。
          
        一、智能制造牽引制造業新型基礎設施
          新一輪技術及產業革命正在蓬勃開展,“一次工業革命,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革命的必然趨勢。規劃指出“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裝備、工控系統等對象,充分利用數字技術對其內涵的行業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升級。具體而言,將算法、工業機理與工業設備軟硬件等要素,按照工業生產自身業務規律,基于高內聚、松耦合架構原則開展重構,實現工業知識(控制、工藝、管理等生產邏輯的數字化載體)的模塊化、可復用、高協同、自優化,以組件的形式獨立迭代、持續沉淀,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。在工業軟件層面,也正以類似的產業邏輯,向開放數字生態演進。
          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,成為業態升級的核心基點,培育制造業的新型產業生態?;诖?,傳統裝備疊加智能、疊加數字資產,開啟工業裝備數字化新篇章;傳統工業軟件逐步實現微服務化、智能化,催生新型工業APP,開啟工業軟件云原生化新征程。圍繞工業知識生產的范式升級,形成工業知識市場的數字生態,加速工業數據價值化。
          當前工業設備品類眾多、工業協議“七國八制”、數據格式規范各不相同,難以實現數據在生態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裝備數字化、工業軟件云原生化、工業數據價值化,都需要以工業網絡升級為基礎。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”新模式的發展方向,才能有效提高裝備資產利用率、產品品質、創新和商業敏捷度。新一代先進工業網絡以“設備網聯化、聯接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。
          
        二、先進工業網絡三大特征
          1)設備網聯化:沉淀在本地的工業數據要發揮作用,設備首先要聯網。根據《智能制造發展指數報告2020》,中國設備聯網率約為23%,工業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%的設備聯網了,但通信協議不統一,協議標準眾多且相對封閉,各成體系,互聯互通困難,形成了 “煙囪式”的封閉和碎片化格局,極大地阻礙了工業領域向智能制造方向的發展。
          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務流程的網絡及相關設備,或者對已有工業設備和網絡設備進行升級。
          2)聯接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;現場工藝的優化,是在工藝作用域內的閉環過程,在該域內需要統一的通信協議才能更好地提升優化活動本身的效率及經濟性。針對工業協議的七國八制,“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、創新乏力、“七國八制”、互不兼容,無法支撐電信行業的持續成長。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,煥發了產業鏈上下游眾多主體的創新活力,促進了移動互聯網時代的大發展,也為電信行業進一步擁抱云計算、人工智能等新技術打下了良好的基礎。
          工業網絡聯接的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的規模部署、IPv6+創新應用,推動IP技術面向工業數字化典型場景不斷與時俱進,多業務網絡切片、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場景,這必將加速工業網絡聯接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技術(OT)網絡融合,加速工業數據采集、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態。 
          3)網絡智能化:工業的智能化,除了在研發、生產、供應鏈、協同以及服務過程中的全面智能決策,以及,在上述業務系統和流程中內嵌的工業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現場的生產管理和作業邏輯的要求,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,網絡的智能運維優化也是非常關鍵的。同時,隨著越來越多的物聯網終端在工廠內使用,工業網絡的安全防護至關重要,而且在安全保障的同時,關鍵系統不能增加時延/抖動,因此通用的防御技術難以部署?!兑巹潯防镆捕啻翁岬揭匾暪I網絡安全。
          未來的工業網絡需要高度自治,通過網絡分片在一張網絡里承載多種不同的業務應用的安全性及可靠性,實時感知工業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,建立業務正常行為基線,通過AI行為建模識別系統與協議的異常。
          
        三、先進工業網絡促進智能制造創新發展
          1)構建智能制造系統的基礎支撐:知識生產的范式升級以及在工業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行知識,從而優化生產域內的工藝、控制、管理邏輯,將工業裝備供給升級為平臺化生態;二是工業生產性服務領域,予服務以平臺,通過充分激活行業內供需多方生態共同的力量,尤其是行業內多類專業領域行業知識的數字化、服務化、平臺化,多平臺協同形成一個在新的生產性服務供給體系,覆蓋工業企業的研發設計、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節。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,實現工業的數字化、網絡化、智能化。
          2)推動新型工業智能控制架構發展:社會經濟、科技的發展使得工業生產的規模,復雜性越來越大,傳統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模生產的訴求;新業務的加入,也使得傳統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,并且真正實現工業裝備的全智能、全互聯,具有“全局優化、動態重構、工控域和管理域融合”等特點。先進工業網絡將是新型工業智能控制系統的網絡底座,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、基于工業機理和數字孿生的智能分析和預測、決策系統和控制過程的集成。從傳統的PLC控制走向控制和智能的融合,國產工業設備廠商也將迎來新的發展機遇。
          《規劃》明確指出推動先進工藝、信息技術與制造裝備深度融合。產業共同推動先進工業網絡發展,踐行《規劃》指示,落實工業裝備智能化、工業網絡IP化、工業數據價值化,整體賦能行業共性生產力以新模式更快速地升級,讓更多企業在更高的平臺上、更低的門檻、更高效的生態環境中轉型,實現中國智能制造的高質量發展。
         
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