作為實現(xiàn)智能制造的重要載體，智能工廠已被視為制造業(yè)企業(yè)轉(zhuǎn)型升級，實現(xiàn)可持續(xù)、高質(zhì)量發(fā)展的必由之路。智能工廠廠內(nèi)網(wǎng)絡(luò)是實現(xiàn)工廠設(shè)備聯(lián)網(wǎng)與數(shù)據(jù)采集，建設(shè)智能工廠的基礎(chǔ)和前提，甚至成為關(guān)乎智能工廠能否真正落地并發(fā)揮實效至關(guān)重要的環(huán)節(jié)。為了讓企業(yè)少走彎路，我們邀請 Moxa 智能制造專案經(jīng)理榮海生，特別分享他在協(xié)助企業(yè)規(guī)劃和部署的整廠工業(yè)網(wǎng)絡(luò)解決方案時常見的誤區(qū)和熱點問題。

　　工業(yè)通信網(wǎng)絡(luò)為何是智能工廠互聯(lián)互通的基石？

　　工信部《國家智能制造標準體系建設(shè)指南（2018 年版）》中指出“工業(yè)網(wǎng)絡(luò)主要對應(yīng)生命周期維度的全過程，系統(tǒng)層級維度的設(shè)備、單元、車間和企業(yè)，以及智能特征維度的互聯(lián)互通?！睂⒐I(yè)網(wǎng)絡(luò)作為一個重要的環(huán)節(jié)來看待。每一個功能、每一個設(shè)備都是由工業(yè)網(wǎng)絡(luò)連接起來，如果網(wǎng)絡(luò)不能穩(wěn)定可靠地傳輸數(shù)據(jù)，則指令無法正確送達，甚至生產(chǎn)也無法進行。

　　圖 1：工業(yè)網(wǎng)絡(luò)在智能制造系統(tǒng)架構(gòu)中的位置【摘自《國家智能制造標準體系建設(shè)指南》】

　　在工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)產(chǎn)業(yè)聯(lián)盟（AII）發(fā)布的《工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)標準體系（版本 2.0）》中也提到“網(wǎng)絡(luò)是工業(yè)互聯(lián)的基礎(chǔ)”。從下圖顯示，整個工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用建構(gòu)在網(wǎng)絡(luò)、平臺、安全三大建設(shè)體系基礎(chǔ)之上的。與工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)架構(gòu)一樣，工業(yè)通信網(wǎng)絡(luò)也是智能工廠數(shù)字化建設(shè)中必不可少的一環(huán)，所以我們說工業(yè)通信網(wǎng)絡(luò)是智能工廠的基石。

　　圖 2：工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)體系架構(gòu)【摘自《工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)標準體系（版本 2.0）》】

　　智能工廠的網(wǎng)絡(luò)由商用網(wǎng)絡(luò)（或稱辦公網(wǎng)絡(luò)）和工業(yè)網(wǎng)絡(luò)組成，二者在需求特色、對通訊設(shè)備及運行環(huán)境等要求截然不同，因此我們會將辦公網(wǎng)絡(luò)與工業(yè)網(wǎng)絡(luò)分開部署。廠內(nèi)商業(yè)網(wǎng)絡(luò)主要用于企業(yè)業(yè)務(wù)信息交互；廠內(nèi)工業(yè)網(wǎng)絡(luò)則包含 （1）部署于工廠生產(chǎn)現(xiàn)場及車間的控制與采集網(wǎng)絡(luò)；（2）將各個系統(tǒng)連接和打通的系統(tǒng)管理通信網(wǎng)絡(luò)。前者用于連接現(xiàn)場傳感器、執(zhí)行器、控制器等設(shè)備，實現(xiàn) PLC、CNC、DNC、智能機器等與各個數(shù)據(jù)服務(wù)器的信息交互；后者是連接各個生產(chǎn)及輔助生產(chǎn)的應(yīng)用進行跨系統(tǒng)通信的網(wǎng)絡(luò)。

　　▎誤區(qū) 2：商業(yè)級通信設(shè)備也適用工業(yè)現(xiàn)場環(huán)境

　　在工廠內(nèi)部署工業(yè)網(wǎng)絡(luò)，與機器最接近的是接入層設(shè)備，一般的工業(yè)現(xiàn)場不會配備空調(diào)還可能存在粉塵或油污顆粒，甚至設(shè)備會工作在腐蝕性環(huán)境中。

　　圖 3：腐蝕性工業(yè)現(xiàn)場環(huán)境【圖片來自網(wǎng)絡(luò)】

　　工業(yè)生產(chǎn)現(xiàn)場通常有很多大型機械和大功率電動機，在動作時會產(chǎn)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(shè)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(shè)備無法承受此類影響而導(dǎo)致數(shù)據(jù)丟失、錯亂，甚至因芯片燒毀而提前報廢。在廠內(nèi)工業(yè)網(wǎng)絡(luò)中使用商業(yè)級通信設(shè)備，通常因為難以工業(yè)生產(chǎn)環(huán)境的要求會出現(xiàn)通訊中斷、數(shù)據(jù)獲取不完整、設(shè)備使用壽命縮短，甚至設(shè)備損壞等問題，從而影響工廠的正常生產(chǎn)進度。選擇工業(yè)級通信設(shè)備才能獲得更高可靠度與穩(wěn)定性，確保企業(yè)正常的生產(chǎn)活動。

　　▎誤區(qū) 3：一連到底的商用網(wǎng)絡(luò)部署架構(gòu)

　　商用網(wǎng)絡(luò)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(fù)組成星型或樹形網(wǎng)絡(luò)連接，乍看之下沒毛病，但這樣的構(gòu)建方式往往忽略了工業(yè)生產(chǎn)對通信的冗余性要求，同時也易形成因關(guān)鍵節(jié)點中斷而造成大面積斷網(wǎng)，導(dǎo)致全廠數(shù)據(jù)通信不順暢等故障情況。所以廠內(nèi)工業(yè)網(wǎng)絡(luò)在初始設(shè)計時就必須考慮采用冗余性網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)設(shè)計才能保障生產(chǎn)正常進行，即使出現(xiàn)設(shè)備通信中斷，也要求網(wǎng)絡(luò)通信必須在短時間內(nèi)恢復(fù)，其恢復(fù)時間還要小于 PLC、CNC 等設(shè)備的掃描周期，以確保生產(chǎn)持續(xù)穩(wěn)定進行。

　　廠內(nèi)辦公網(wǎng)絡(luò)的運維基本上就是檢查網(wǎng)線接口是否松脫，網(wǎng)絡(luò)配置是否正常等，無法預(yù)知網(wǎng)絡(luò)將在何時出現(xiàn)狀況，只有在網(wǎng)絡(luò)出現(xiàn)問題后才會進行修補與處理，網(wǎng)絡(luò)何時恢復(fù)也完全依賴于運維人員的應(yīng)對處理能力。廠內(nèi)工業(yè)網(wǎng)絡(luò)則不同，由于其部署于車間及工廠需要進行生產(chǎn)，因此有固定的設(shè)備檢修保養(yǎng)周期；到了設(shè)備保養(yǎng)周期，不管通信設(shè)備是否出現(xiàn)狀況都會進行巡檢，發(fā)現(xiàn)問題及時維修或更換，未發(fā)現(xiàn)問題則“防患于未然”；而未到設(shè)備保養(yǎng)周期，即使設(shè)備出現(xiàn)狀況，如數(shù)據(jù)中斷等，只要不影響正常生產(chǎn)一般都不允許進行設(shè)備維修及處理，否則輕則原材料報廢，重則設(shè)備損壞或出現(xiàn)生產(chǎn)事故。這要求廠內(nèi)工業(yè)網(wǎng)絡(luò)需具有自愈能力，如采用冗余環(huán)網(wǎng)設(shè)計，一旦出現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)斷開即可在系統(tǒng)通信周期內(nèi)通過迅速切換實現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)自愈，到了設(shè)備保養(yǎng)周期再進行設(shè)備維修或更換，以避免對工廠生產(chǎn)造成影響。

　　Moxa 有哪些技術(shù)可以保障工業(yè)通信穩(wěn)定、可靠、安全運行？

　　在整個車間網(wǎng)絡(luò)的接入層和核心層，Moxa 可提供帶有 Turbo Ring/Chain 特性工業(yè)網(wǎng)絡(luò)交換機，并且可用工業(yè)網(wǎng)絡(luò)交換機組成高度可靠的冗余環(huán)網(wǎng)，Moxa 冗余環(huán)網(wǎng)的自愈能力在 20 毫秒以內(nèi)。核心層的工業(yè)網(wǎng)絡(luò)交換機，作為工業(yè)網(wǎng)絡(luò)的核心樞紐，通過搭配 Moxa 的網(wǎng)絡(luò)管理軟件，可以完成對多達 20,000 個 IP 的大型網(wǎng)絡(luò)監(jiān)控。

　　在廠內(nèi)工業(yè)網(wǎng)絡(luò)與廠內(nèi)商業(yè)網(wǎng)絡(luò)的連接上，Moxa 則可提供工業(yè)級網(wǎng)絡(luò)防火墻，以防止商業(yè)網(wǎng)絡(luò)的異常流量向工業(yè)網(wǎng)絡(luò)滲透。此外，Moxa 也非常重視研發(fā)工業(yè)通信的新技術(shù)并關(guān)注新的發(fā)展方向，我們已有基于 TSN 的量產(chǎn)型產(chǎn)品，為面向未來的工業(yè)系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)解決方案打下堅實基礎(chǔ)。

　　圖 4：TSN 組網(wǎng)示意 【摘自：《時間敏感網(wǎng)絡(luò)如何助力工業(yè)自動化革命》Moxa 白皮書】

　　談及網(wǎng)絡(luò)，安全是避不開的話題。特別是連接的設(shè)備價值很高時，安全防護更是重中之重。在確保通信設(shè)備及連網(wǎng)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(quán)威工業(yè)安全標準 IEC 62443 來進行網(wǎng)絡(luò)設(shè)計與安全提升。為了應(yīng)對勒索病毒等惡意程序的入侵和攻擊，Moxa 還推出了工業(yè)級入侵防御系統(tǒng)（IPS），不僅能非常有效地監(jiān)控并阻斷惡意程序傳播，還能通過虛擬補丁技術(shù)，修復(fù)老舊設(shè)備的安全漏洞，解除老舊設(shè)備的安全隱患。此外，Moxa 還將陸續(xù)推出下一代工業(yè)防火墻和工業(yè)安全管理軟件等安全防護產(chǎn)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(diào)產(chǎn)線網(wǎng)絡(luò)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(chǎn)線廠務(wù)系統(tǒng)等上百個智能制造項目，提供了從規(guī)劃到部署的整廠工業(yè)網(wǎng)絡(luò)解決方案。

　　作為邊緣連網(wǎng)、工業(yè)計算及工業(yè)網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)建設(shè)解決方案的領(lǐng)導(dǎo)品牌，Moxa 依托 30 余年的工業(yè)連網(wǎng)經(jīng)驗，可為客戶量身定制廠內(nèi)工業(yè)網(wǎng)絡(luò)解決方案，可提供廠內(nèi)工業(yè)網(wǎng)絡(luò)的咨詢、規(guī)劃與方案設(shè)計，能有效滿足離散型、流程型、大規(guī)模個性化定制以及遠程運維型智能工廠廠內(nèi)工業(yè)網(wǎng)絡(luò)建設(shè)需求，同時我們在設(shè)備智能化和產(chǎn)線聯(lián)網(wǎng)、智能物流、智能倉儲、廠務(wù)管理等領(lǐng)域與場景也都積累了非常豐富的實踐經(jīng)驗與案例。