
從互聯(lián)網(wǎng)到工業(yè)互聯(lián)網(wǎng),網(wǎng)絡(luò)技術(shù)會(huì)發(fā)生很多變化。特別是深入到工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)的“最后一公里”,被認(rèn)為是工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)的難點(diǎn)所在。在2018年漢諾威工業(yè)博覽會(huì)上,工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)產(chǎn)業(yè)聯(lián)盟(ALL)、邊緣計(jì)算產(chǎn)業(yè)聯(lián)盟(ECC)、FraunhoferFOKUS、華為、施耐德電氣、和利時(shí)、美國(guó)國(guó)家儀器(NI)、貝加萊(B&R)、TTTech、思博倫通信(Spirent Communications)等超過(guò)20家國(guó)際組織和業(yè)界知名廠商,聯(lián)合發(fā)布包含六大工業(yè)互聯(lián)場(chǎng)景的TSN+OPC UA智能制造測(cè)試床,為打通“最后一公里”奠定基礎(chǔ)。
時(shí)延敏感性網(wǎng)絡(luò)是最后一公里重要技術(shù)
從網(wǎng)絡(luò)角度看,工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)目前可以分為工廠內(nèi)網(wǎng)和外網(wǎng),為了滿(mǎn)足低時(shí)延、高可靠的網(wǎng)絡(luò)要求,目前全球都在研究時(shí)間敏感性網(wǎng)絡(luò)和確定性網(wǎng)絡(luò)。
由于智能制造對(duì)于柔性生產(chǎn)提出了更高要求,以及跨平臺(tái)、跨行業(yè)的應(yīng)用需求越來(lái)越多,大型實(shí)時(shí)工業(yè)通信網(wǎng)絡(luò)為運(yùn)營(yíng)者帶來(lái)了嚴(yán)峻的挑戰(zhàn)。據(jù)介紹,此次發(fā)布的測(cè)試床基于OPC UA標(biāo)準(zhǔn),確保了在一個(gè)系統(tǒng)中,來(lái)自不同廠家的多種設(shè)備可以方便地進(jìn)行協(xié)作;而TSN(時(shí)間敏感網(wǎng)絡(luò))測(cè)試床融合了SDN(軟件定義網(wǎng)絡(luò))技術(shù),實(shí)現(xiàn)了根據(jù)精確時(shí)間進(jìn)行優(yōu)先級(jí)排序,把實(shí)時(shí)和非實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)進(jìn)行統(tǒng)一傳輸,真正實(shí)現(xiàn)了機(jī)器、人、物聯(lián)接的“一網(wǎng)到底”,打通工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)“最后一公里”。
在測(cè)試床中,華為T(mén)SN(時(shí)間敏感網(wǎng)絡(luò))交換機(jī)提供了高可靠性和超低時(shí)延的工業(yè)控制網(wǎng)絡(luò)。測(cè)試床通過(guò)模擬豐富的真實(shí)智能制造場(chǎng)景,現(xiàn)場(chǎng)演示驗(yàn)證智能制造的關(guān)鍵技術(shù)點(diǎn)——TSN+OPC UA,該技術(shù)是預(yù)測(cè)性維護(hù)、數(shù)據(jù)分析、機(jī)器學(xué)習(xí)和人工智能等新技術(shù)的關(guān)鍵推動(dòng)因素,可以幫助工業(yè)企業(yè)提升效率,例如減少停機(jī)時(shí)間、提高設(shè)備綜合效率和降低總體成本等。
在本次發(fā)布的智能制造測(cè)試床中,華為與多家廠商共同打造了六大工業(yè)互聯(lián)場(chǎng)景,包括與AII打造的電機(jī)預(yù)測(cè)性維護(hù)網(wǎng)絡(luò)(TSN for Predictive Maintenance),與美國(guó)國(guó)家儀器打造的“馬達(dá)同步”,與和利時(shí)打造的“賽車(chē)游戲”,與Linmot打造的“繪圖運(yùn)動(dòng)控制”,與施耐德電氣打造的“LED同步”,以及與貝加萊打造的“OPCUA Over TSN”等場(chǎng)景,驗(yàn)證了TSN網(wǎng)絡(luò)在復(fù)雜環(huán)境情況下的高確定性和低時(shí)延性,保障工業(yè)場(chǎng)景下的嚴(yán)格同步運(yùn)動(dòng)控制。此外,思博倫通信的測(cè)試設(shè)備用于生成TSN和非TSN流量,以驗(yàn)證新的工業(yè)網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)和服務(wù)帶來(lái)的好處。
華為歐洲解決方案產(chǎn)品管理及營(yíng)銷(xiāo)總監(jiān)羅濟(jì)軍博士認(rèn)為,未來(lái)工業(yè)領(lǐng)域?qū)⒂袛?shù)以百億計(jì)的設(shè)備連接上網(wǎng),傳統(tǒng)工業(yè)以太網(wǎng)無(wú)法承受巨大的數(shù)據(jù)傳輸量,需要一種新的架構(gòu)來(lái)滿(mǎn)足高帶寬、高速率和海量連接等方面訴求。未來(lái)華為將與業(yè)界更多的組織和廠商合作共建工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)生態(tài),推進(jìn)TSN技術(shù)和標(biāo)準(zhǔn)的不斷完善,真正實(shí)現(xiàn)TSN網(wǎng)絡(luò)下的“全網(wǎng)通”,推動(dòng)制造行業(yè)數(shù)字化轉(zhuǎn)型。
時(shí)延敏感網(wǎng)絡(luò)或替代MES系統(tǒng)
隨著工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)的興起,傳統(tǒng)的工業(yè)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)和架構(gòu)會(huì)發(fā)生巨大的變化。中國(guó)工程院院士鄔賀銓表示,由于TSN能實(shí)現(xiàn)IT跟OT(運(yùn)營(yíng)技術(shù))的融合,淡化了現(xiàn)場(chǎng)層、控制層、管理層的層級(jí)劃分,將來(lái)有可能使MES(制造執(zhí)行系統(tǒng))取消。
歐洲最大的應(yīng)用科學(xué)研究機(jī)構(gòu)弗勞恩霍夫協(xié)會(huì)-開(kāi)放通訊系統(tǒng)研究所(Fraunhofer FOKUS)的Alexander Willner博士表示,自從可編程邏輯控制器(PLCs)問(wèn)世以來(lái),工業(yè)自動(dòng)化流程得到了極大優(yōu)化。OT與IT之間的融合令人興奮,將帶來(lái)有趣的創(chuàng)新體驗(yàn)。OPC UA和TSN的結(jié)合,讓工業(yè)領(lǐng)域得以實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)信息交換和互操作。
工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)需要面向工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)的生產(chǎn)問(wèn)題進(jìn)行優(yōu)化,還要面向企業(yè)運(yùn)營(yíng)的管理決策優(yōu)化、面向社會(huì)生產(chǎn)資源配置優(yōu)化、面向全生命周期管理優(yōu)化。所以工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)必將與互聯(lián)網(wǎng)有很多不同。現(xiàn)在工廠中采用得比較多的是工業(yè)以太網(wǎng)技術(shù),網(wǎng)絡(luò)速率已經(jīng)提高到100Mbps~1Gbps,并要向10G提速,但其進(jìn)一步發(fā)展受制約于標(biāo)準(zhǔn)太多,目前有西門(mén)子的Profinet、施耐德的Modbus TCP/IP、羅克韋爾的Ehternet/IP,還有EtherCAT、POWEDLINK、CC-Link等,這些標(biāo)準(zhǔn)是對(duì)以太網(wǎng)協(xié)議進(jìn)行改進(jìn)而來(lái),但互相不兼容。“此外,工業(yè)以太網(wǎng)的實(shí)時(shí)性不行,沒(méi)有很好的服務(wù)質(zhì)量保證(QoS)。”鄔賀銓說(shuō),“TSN網(wǎng)絡(luò)通過(guò)改進(jìn)鏈路層的協(xié)議,引入了QoS的優(yōu)先權(quán)來(lái)保證服務(wù)質(zhì)量,并且跨越了工廠和企業(yè),實(shí)現(xiàn)了OT與IT的融合,而且TSN在實(shí)時(shí)通信上能力更強(qiáng)。”
在工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)中,如果是非實(shí)時(shí)通信,以太網(wǎng)技術(shù)的時(shí)間周期是100毫秒,應(yīng)用不存在問(wèn)題。但在實(shí)時(shí)通信中,最典型的就是運(yùn)動(dòng)控制方面,工業(yè)以太網(wǎng)的通信周期在1毫秒,而TSN的通信周期是微秒級(jí)的,同步進(jìn)度是納秒級(jí)。因此工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)最后一公里會(huì)逐漸從工業(yè)以太網(wǎng)向TSN網(wǎng)絡(luò)過(guò)渡。
在TSN的應(yīng)用上,鄔賀銓表示,TSN首先瞄準(zhǔn)工業(yè)應(yīng)用,通過(guò)TSN避免專(zhuān)用的實(shí)時(shí)通信協(xié)議和網(wǎng)關(guān)瓶頸,機(jī)器人可以通過(guò)TSN實(shí)現(xiàn)全球同步,控制數(shù)據(jù)網(wǎng)能夠?qū)崿F(xiàn)網(wǎng)絡(luò)綜合,這是TSN的主要應(yīng)用,此外在車(chē)聯(lián)網(wǎng)中的汽車(chē)控制系統(tǒng)、網(wǎng)絡(luò)安全、5G等領(lǐng)域都有較大用武之地。
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