作為實現智能制造的重要載體，智能工廠已被視為制造業企業轉型升級，實現可持續、高質量發展的必由之路。智能工廠廠內網絡是實現工廠設備聯網與數據采集，建設智能工廠的基礎和前提，甚至成為關乎智能工廠能否真正落地并發揮實效至關重要的環節。為了讓企業少走彎路，我們邀請 Moxa 智能制造專案經理榮海生，特別分享他在協助企業規劃和部署的整廠工業網絡解決方案時常見的誤區和熱點問題。
工業通信網絡為何是智能工廠互聯互通的基石？
工信部《國家智能制造標準體系建設指南（2018 年版）》中指出“工業網絡主要對應生命周期維度的全過程，系統層級維度的設備、單元、車間和企業，以及智能特征維度的互聯互通。”將工業網絡作為一個重要的環節來看待。每一個功能、每一個設備都是由工業網絡連接起來，如果網絡不能穩定可靠地傳輸數據，則指令無法正確送達，甚至生產也無法進行。
圖 1：工業網絡在智能制造系統架構中的位置【摘自《國家智能制造標準體系建設指南》】
在工業互聯網產業聯盟（AII）發布的《工業互聯網標準體系（版本 2.0）》中也提到“網絡是工業互聯的基礎”。從下圖顯示，整個工業互聯網應用建構在網絡、平臺、安全三大建設體系基礎之上的。與工業互聯網架構一樣，工業通信網絡也是智能工廠數字化建設中必不可少的一環，所以我們說工業通信網絡是智能工廠的基石。
圖 2：工業互聯網體系架構【摘自《工業互聯網標準體系（版本 2.0）》】
▎誤區 1：工業網絡和商業網絡沒啥差別
▎正解：二者在需求特色、對通訊設備及運行環境等要求截然不同
智能工廠的網絡由商用網絡（或稱辦公網絡）和工業網絡組成，二者在需求特色、對通訊設備及運行環境等要求截然不同，因此我們會將辦公網絡與工業網絡分開部署。廠內商業網絡主要用于企業業務信息交互；廠內工業網絡則包含 （1）部署于工廠生產現場及車間的控制與采集網絡；（2）將各個系統連接和打通的系統管理通信網絡。前者用于連接現場傳感器、執行器、控制器等設備，實現 PLC、CNC、DNC、智能機器等與各個數據服務器的信息交互；后者是連接各個生產及輔助生產的應用進行跨系統通信的網絡。
▎誤區 2：商業級通信設備也適用工業現場環境
▎正解：商業級通信設備防護等級往往無法滿足嚴苛的工業生產環境而出現通訊中斷、數據獲取不完整或者設備使用壽命縮短等問題?
在工廠內部署工業網絡，與機器最接近的是接入層設備，一般的工業現場不會配備空調還可能存在粉塵或油污顆粒，甚至設備會工作在腐蝕性環境中。
圖 3：腐蝕性工業現場環境【圖片來自網絡】
工業生產現場通常有很多大型機械和大功率電動機，在動作時會產生電壓波動、電磁干擾、突波浪涌等異常電信號，這也要求通信設備需針對抗電壓波動、抗電磁干擾、抗突波浪涌以及抗電源短時中斷等作特殊處理，以避免因設備無法承受此類影響而導致數據丟失、錯亂，甚至因芯片燒毀而提前報廢。在廠內工業網絡中使用商業級通信設備，通常因為難以工業生產環境的要求會出現通訊中斷、數據獲取不完整、設備使用壽命縮短，甚至設備損壞等問題，從而影響工廠的正常生產進度。選擇工業級通信設備才能獲得更高可靠度與穩定性，確保企業正常的生產活動。
▎誤區 3：一連到底的商用網絡部署架構
▎正解：采用冗余性網絡架構，才可確保設備通信中斷也能短時間內恢復而不影響生產
商用網絡部署通常是直接從一臺交換機端口連接到下一臺交換機，進行層層連接，這樣重復組成星型或樹形網絡連接，乍看之下沒毛病，但這樣的構建方式往往忽略了工業生產對通信的冗余性要求，同時也易形成因關鍵節點中斷而造成大面積斷網，導致全廠數據通信不順暢等故障情況。所以廠內工業網絡在初始設計時就必須考慮采用冗余性網絡架構設計才能保障生產正常進行，即使出現設備通信中斷，也要求網絡通信必須在短時間內恢復，其恢復時間還要小于 PLC、CNC 等設備的掃描周期，以確保生產持續穩定進行。
▎誤區 4：網絡出現問題后才進行修補與處理
▎正解：固定設備保養周期，不管通信設備是否出現狀況都會進行巡檢
廠內辦公網絡的運維基本上就是檢查網線接口是否松脫，網絡配置是否正常等，無法預知網絡將在何時出現狀況，只有在網絡出現問題后才會進行修補與處理，網絡何時恢復也完全依賴于運維人員的應對處理能力。廠內工業網絡則不同，由于其部署于車間及工廠需要進行生產，因此有固定的設備檢修保養周期；到了設備保養周期，不管通信設備是否出現狀況都會進行巡檢，發現問題及時維修或更換，未發現問題則“防患于未然”；而未到設備保養周期，即使設備出現狀況，如數據中斷等，只要不影響正常生產一般都不允許進行設備維修及處理，否則輕則原材料報廢，重則設備損壞或出現生產事故。這要求廠內工業網絡需具有自愈能力，如采用冗余環網設計，一旦出現網絡斷開即可在系統通信周期內通過迅速切換實現網絡自愈，到了設備保養周期再進行設備維修或更換，以避免對工廠生產造成影響。
Moxa 有哪些技術可以保障工業通信穩定、可靠、安全運行？
在整個車間網絡的接入層和核心層，Moxa 可提供帶有 Turbo Ring/Chain 特性工業網絡交換機，并且可用工業網絡交換機組成高度可靠的冗余環網，Moxa 冗余環網的自愈能力在 20 毫秒以內。核心層的工業網絡交換機，作為工業網絡的核心樞紐，通過搭配 Moxa 的網絡管理軟件，可以完成對多達 20,000 個 IP 的大型網絡監控。
在廠內工業網絡與廠內商業網絡的連接上，Moxa 則可提供工業級網絡防火墻，以防止商業網絡的異常流量向工業網絡滲透。此外，Moxa 也非常重視研發工業通信的新技術并關注新的發展方向，我們已有基于 TSN 的量產型產品，為面向未來的工業系統網絡解決方案打下堅實基礎。
圖 4：TSN 組網示意 【摘自：《時間敏感網絡如何助力工業自動化革命》Moxa 白皮書】
談及網絡，安全是避不開的話題。特別是連接的設備價值很高時，安全防護更是重中之重。在確保通信設備及連網解決方案的安全性方面，Moxa 遵循“縱深防御”的防護理念，提供增強的安全免疫能力，并依照國際權威工業安全標準 IEC 62443 來進行網絡設計與安全提升。為了應對勒索病毒等惡意程序的入侵和攻擊，Moxa 還推出了工業級入侵防御系統（IPS），不僅能非常有效地監控并阻斷惡意程序傳播，還能通過虛擬補丁技術，修復老舊設備的安全漏洞，解除老舊設備的安全隱患。此外，Moxa 還將陸續推出下一代工業防火墻和工業安全管理軟件等安全防護產品。
Moxa 參與了那些重要國家級項目？
Moxa 一直在參與國家級智能制造試點項目。目前已成功完成了包括山東某中央空調產線網絡改造、東風某工廠 MES 項目升級、河北某工廠第 6 代 AMOLED 面板生產線廠務系統等上百個智能制造項目，提供了從規劃到部署的整廠工業網絡解決方案。
作為邊緣連網、工業計算及工業網絡基礎建設解決方案的領導品牌，Moxa 依托 30 余年的工業連網經驗，可為客戶量身定制廠內工業網絡解決方案，可提供廠內工業網絡的咨詢、規劃與方案設計，能有效滿足離散型、流程型、大規模個性化定制以及遠程運維型智能工廠廠內工業網絡建設需求，同時我們在設備智能化和產線聯網、智能物流、智能倉儲、廠務管理等領域與場景也都積累了非常豐富的實踐經驗與案例。