工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)改造工廠網(wǎng)絡(luò)連接的兩層三級

工業(yè)中網(wǎng)絡(luò)連接由來已久，可以追溯到1950年工廠內(nèi)部的單機數(shù)控，之后又有了工控系統(tǒng)。隨著ERP（EnterpriseResourcePlanning，企業(yè)資源計劃）、MES（ManufacturingExecutionSystem，制造企業(yè)生產(chǎn)過程執(zhí)行系統(tǒng)）的集成，逐漸融合了更多的新興技術(shù)，工業(yè)也開始從最初的單點信息技術(shù)應用向全面的數(shù)字化、網(wǎng)絡(luò)化、智能化變革。2012年底，通用電氣（GE）提出了工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)的概念。而我國于2013年8月，工信部頒布《信息化與工業(yè)化融合專項行動計劃》，促進兩化融合。一工業(yè)領(lǐng)域網(wǎng)絡(luò)連接的現(xiàn)狀工業(yè)領(lǐng)域內(nèi)已廣泛存在各種網(wǎng)絡(luò)連接技術(shù)，這些技術(shù)分別針對工業(yè)領(lǐng)域的特場景進行設(shè)計，并在特定場景下發(fā)揮了巨大作用和性能優(yōu)勢，但在數(shù)據(jù)的互操作和無縫集成方面，往往不能滿足工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)日益發(fā)展的需求。1、工業(yè)的IT網(wǎng)絡(luò)我國工廠的IT網(wǎng)絡(luò)，主要指的是基于互聯(lián)網(wǎng)的網(wǎng)絡(luò)應用。IT網(wǎng)絡(luò)由管理業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)、支撐管理流程的技術(shù)、系統(tǒng)和應用程序組成。這些管理的應用程序包括ERP、MES、EAM、WMS等。以下是一個典型的工業(yè)企業(yè)的IT網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)。2、工業(yè)的OT網(wǎng)絡(luò)OT網(wǎng)絡(luò)是由管理生產(chǎn)資產(chǎn)、保持順暢運營的技術(shù)、系統(tǒng)和應用程序組成。這些管理的應用程序包括PLC、PCD、SCADA、SIS、數(shù)據(jù)歷史和網(wǎng)關(guān)等等。以下是典型的OT網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)：二工業(yè)網(wǎng)絡(luò)連接的兩層三級IT網(wǎng)絡(luò)和OT網(wǎng)絡(luò)，在工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)之前是分屬不同的管理者管理，IT通常報告給CIO(ChiefInformationOfficer首席信息官），而OT通常報告給COO（ChiefOperatingOfficer首席運營官），這樣IT和OT在一個企業(yè)內(nèi)就成了兩張皮。工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)按我國的說法“兩化融合”，就是要將IT（信息化）和OT（工業(yè)化）這兩化融合，并且國家早在2008年就將工業(yè)部和信息產(chǎn)業(yè)部合二為一，成立了工業(yè)和信息化部。筆者不知道有多少人知道這兩個部為什么要這么合并？反正當時身處IT的筆者對此很迷惑，內(nèi)心腹誹了許久，當時想，就是合并文化部也比工業(yè)部靠譜呀，畢竟文化也是信息的產(chǎn)物呀。扯遠了，不過后來知道了積極響應國家號召是沒錯的，國家的考量都是具有深遠意義的。工廠內(nèi)網(wǎng)絡(luò)呈現(xiàn)“兩層三級”“兩層”是就是指以上所述的“IT網(wǎng)絡(luò)”和“OT網(wǎng)絡(luò)”兩層技術(shù)異構(gòu)的網(wǎng)絡(luò)；“三級”是指根據(jù)目前工廠管理層級的劃分，網(wǎng)絡(luò)也被分為“現(xiàn)場級”、“車間級”、“工廠級/企業(yè)級”三個層次，每層之間的網(wǎng)絡(luò)配置和管理策略相互獨立。1、工廠內(nèi)網(wǎng)絡(luò)三個層級的網(wǎng)絡(luò)連接（1）現(xiàn)場級網(wǎng)絡(luò)連接工業(yè)現(xiàn)場總線被大量用于連接現(xiàn)場檢測傳感器、行器與工業(yè)控制器。近年來，雖然已有部分支持工業(yè)以太網(wǎng)通信接口的現(xiàn)場設(shè)備，但仍有大量的現(xiàn)場設(shè)備依舊采用電氣硬接線直連控制器的方式連接。在現(xiàn)場級，無線通信只是部分特殊場合被使用，存量很低。這種現(xiàn)狀造成工業(yè)系統(tǒng)在設(shè)計、集成和運維的各個階段的效率，都受到極大制約，進而阻礙著精細化控制和高等級工藝流程管理的實現(xiàn)。（2）車間級網(wǎng)絡(luò)連接車間級網(wǎng)絡(luò)通信主要是完成控制器之間、控制器與本地或遠程監(jiān)控系統(tǒng)之間，以及控制器與運營級之間通信連接。這部分主流是采用工業(yè)以太網(wǎng)通信方式，也有部分廠家采用自有通信協(xié)議進行本廠控制器和系統(tǒng)間的通信。當前已有的工業(yè)以太網(wǎng)，但不同工業(yè)以太網(wǎng)協(xié)議間的互聯(lián)性和兼容性限制大規(guī)模網(wǎng)絡(luò)互聯(lián)。

（3）工廠級網(wǎng)絡(luò)連接工廠級的網(wǎng)絡(luò)IT網(wǎng)絡(luò)通常采用高速以太網(wǎng)以及TCP/IP進行網(wǎng)絡(luò)互聯(lián)。2、工廠內(nèi)網(wǎng)絡(luò)連接的問題問題一：“兩層三級”網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)嚴重影響著信息互通的效率隨著大數(shù)據(jù)分析和邊緣計算業(yè)務(wù)的對現(xiàn)場級實時數(shù)據(jù)的采集需求，OT網(wǎng)絡(luò)中的車間級和現(xiàn)場級將逐步融合（尤其在流程行業(yè)），同時MES等信息系統(tǒng)向車間和現(xiàn)場延伸的需求，推動了IT網(wǎng)絡(luò)與OT網(wǎng)絡(luò)的融合趨勢。問題二：傳統(tǒng)工業(yè)網(wǎng)絡(luò)依附于控制系統(tǒng)傳統(tǒng)工業(yè)網(wǎng)絡(luò)基本上依附于控制系統(tǒng)，主要實現(xiàn)控制閉環(huán)的信息傳輸，而新業(yè)務(wù)對工業(yè)生產(chǎn)全流程數(shù)據(jù)的采集需求，促使工廠內(nèi)網(wǎng)絡(luò)將控制信息和過程數(shù)據(jù)的傳輸并重。問題三：三層兩級架構(gòu)中間仍是隔離的為了信息安全，IT和OT兩層之間會采用物理防火墻隔離，甚至在OT內(nèi)部即現(xiàn)場和車間還采用一層物理割裂，這導致現(xiàn)在工廠中互聯(lián)網(wǎng)僅用于商業(yè)信息交互，企業(yè)信息網(wǎng)絡(luò)難以延伸到生產(chǎn)系統(tǒng)，大量的生產(chǎn)數(shù)據(jù)沉淀、消失在工業(yè)控制網(wǎng)絡(luò)。三工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)將IT和OT融合隨著物聯(lián)網(wǎng)、傳感技術(shù)、云計算、大數(shù)據(jù)等的發(fā)展，OT與IT技術(shù)的融合正在不斷深入。傳統(tǒng)模式下，出于安全性考慮，工廠自動化設(shè)備是被隔離保護起來的。而IT技術(shù)的發(fā)展，使得對自動化設(shè)備的數(shù)據(jù)采集、分析、存儲開始向外部轉(zhuǎn)移，如轉(zhuǎn)移到各種工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)平臺。近幾年，工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)平臺逐漸向云端發(fā)展，也被更多的工業(yè)企業(yè)接受。通過工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)平臺，IT與OT在工業(yè)領(lǐng)域的邊界變得模糊，逐步走向深入融合。工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)把整個工業(yè)系統(tǒng)連接起來，實現(xiàn)數(shù)據(jù)在這些設(shè)備及系統(tǒng)之間流動，實現(xiàn)為人、機、物全面互聯(lián)，促進各種工業(yè)數(shù)據(jù)的充分流動和無縫集成，通過網(wǎng)絡(luò)化，圍繞生產(chǎn)經(jīng)營，形成一個系統(tǒng)化的智能體系。工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)解決IT和OT融合，具備以下功能:1、識別、驗證和連接所有設(shè)備和機器系統(tǒng)內(nèi)的所有設(shè)備，無論是在工廠內(nèi)還是在現(xiàn)場，都應得到確認。只有經(jīng)過批準的設(shè)備和系統(tǒng)才能相互通信。這將減少黑客攻擊、將不受信任的設(shè)備插入網(wǎng)絡(luò)以及減少對任何系統(tǒng)或機器的不受信控制等風險。2、安全性加密IT與OT設(shè)備之間的所有通信，將確保中繼數(shù)據(jù)的保密性。3、數(shù)據(jù)完整性確保從這些系統(tǒng)生成的數(shù)據(jù)的完整性，是一個高度優(yōu)先事項。雖然智能分析是采用IIoT的主要驅(qū)動因素，但如果數(shù)據(jù)不準確，這些都是毫無價值的。啟用