思科系統(tǒng)行業(yè)與解決方案技術總監(jiān) 侯勝利

　　今天，其實每個人都是聯(lián)結在互聯(lián)網當中的。在以前的工業(yè)化時代，大家可能更關心的是物和人之間的聯(lián)系，于是運用包括PLC、MES等在內的技術，實現(xiàn)自動化、可視化，讓工業(yè)機器的接口能夠與人進行溝通。在信息化時代，我們再往前走一步，開始關注流程，把整個的流程、物與人結合在一起。今天，進入到互聯(lián)網時代，我們又把這各式各樣的復雜數(shù)據(jù)整合在一起，實現(xiàn)了以社交化，在平臺化為例的一些溝通。這一切改變，使得制造企業(yè)在今天和以前，以及過去有所不同。今天，思科倡導全方位地把人，物和流程信息這些多種多樣的系統(tǒng)整合在一起，構建以人為本的物聯(lián)制造解決方案。

圖1 以人為本的物聯(lián)制造解決方案

　　現(xiàn)階段，我們正站在互聯(lián)網的第三次浪潮之巔。大家可以回想一下，第一次互聯(lián)網行業(yè)的巔峰，是由以雅虎、新浪、搜狐、騰訊、網易為代表的互聯(lián)網人創(chuàng)造的。他們專業(yè)傳統(tǒng)地進行了互聯(lián)網信息和技術的發(fā)展。互聯(lián)網的第二個階段，則是由互聯(lián)網中了解傳統(tǒng)行業(yè)的巨頭推動，如典型的百度、阿里。他們雖然是在做互聯(lián)網，但他們對零售或是其他一些傳統(tǒng)行業(yè)信息是更加了解的。今天，我們正處于第三次互聯(lián)網浪潮的巔峰，越來越多的行業(yè)翹楚會是從傳統(tǒng)企業(yè)中走出的，浪潮將由傳統(tǒng)行業(yè)中具備互聯(lián)網思維的人引領。制造業(yè)也好，旅游業(yè)也好，或者是其他企業(yè)，利用互聯(lián)網思維對傳統(tǒng)企業(yè)進行改造和創(chuàng)新，就能給整個行業(yè)帶來一種全新的模式和深刻的變化。今天的互聯(lián)網企業(yè)已經越來越多，以前我們談互聯(lián)網思維，或者互聯(lián)網企業(yè)，都是在消費互聯(lián)網的范疇，如生產和市場服務服務、個人消費服務、基礎設施服務，以及這些服務市場的一些大數(shù)據(jù)分析。目前，互聯(lián)網是從消費互聯(lián)網向工業(yè)互聯(lián)網邁進的，如德國的工業(yè)的4.0，還有美國的特斯拉，以及其他企業(yè)的一些創(chuàng)新，傳統(tǒng)行業(yè)中會誕生出越來越多的互聯(lián)網模式，會有越來越多的工業(yè)設備和工業(yè)控制系統(tǒng)連接到互聯(lián)網中，真正地實現(xiàn)物、數(shù)據(jù)和人的有機整合。

　　根據(jù)麥特卡爾夫定律，網絡價值等于網絡連接數(shù)的平方。基于這樣一種理論和模式，思科提出一種方式，來幫助客戶企業(yè)轉型為互聯(lián)企業(yè)。

　　• 企業(yè)內互聯(lián) 思科在任何環(huán)境，任何介質中，跨越了企業(yè)不同的硬件、軟件平臺，為企業(yè)提供數(shù)據(jù)共享服務；在任何時間，任何設備中，具備提供服務應用的能力；在企業(yè)內部，設置各式各樣的分支機構，實現(xiàn)跨地域的協(xié)同互動。

　　• 企業(yè)間互聯(lián) 目前的行業(yè)分工越來越細致，企業(yè)有越來越多的上游供應商，下游代工、零售商，企業(yè)之間構成一個有機的生命體。在企業(yè)與企業(yè)之間，有大量的數(shù)據(jù)溝通需求，思科富媒體的內容傳播能力、彈性、可度量的服務提供能力以及將海量數(shù)據(jù)轉化為智慧的洞察分析能力可以在所有不同的企業(yè)之間提供優(yōu)質的信息傳遞服務。思科所傳遞的不僅僅是數(shù)字的信息，也可能是企業(yè)間的語音信息，或是視頻信息。

　　• 企業(yè)與終端互聯(lián) 思科最終要實現(xiàn)的，是企業(yè)各式各樣的終端設備之間的互聯(lián)，以網絡為載體，讓應用和資源能夠互相匹配。

圖2 打造互聯(lián)企業(yè)

　　思科的智能制造解決方案正是基于以上三點互聯(lián)布局，來幫助企業(yè)一步一步實現(xiàn)制造的轉型升級。以前傳統(tǒng)的制造業(yè)工廠中，可能設備比較多，環(huán)境比較嘈雜臟亂。思科的制造企業(yè)工廠解決方案讓這類情況得到了極大的改善。整個工廠里面有超過50%的設備是物聯(lián)的，具備可視化的操作功能。工廠的生產人員或者是管理人員在自己的PC機上面可以實時地觀察到每一條生產線，每一個器具之間的運行狀態(tài)。具體的設備及其狀態(tài)在界面上以不同的顏色及圖標進行顯示，讓觀測者可以直觀清晰地了解到整個工廠的運行狀況。企業(yè)通過物聯(lián)網可以自動地進行生產，并由設備和系統(tǒng)提供出企業(yè)所需的生產計劃或是生產報告。所有的生產狀況通過視頻監(jiān)控的方式，或者是通過傳感器數(shù)據(jù)顯示的方式，讓企業(yè)的管理者可以隨時隨地知道每一個生產車間的狀態(tài)。

圖3 思科互聯(lián)制造企業(yè)工廠解決方案

　　大家都知道思科生產路由器，交換機等設備，但思科沒有自己的工廠，生產制造由分布在全球的各個地方的合作廠商完成。其中在中國，東莞，重慶，還有上海的浦東，上海附近有三個大的生產基地。所有跟思科合作的生產廠商的所有系統(tǒng)都是要跟思科的ERP系統(tǒng)整合在一起的。思科在深圳有整個亞太區(qū)的生產區(qū)。對于關鍵的合作廠商，雙方的ERP、MES等系統(tǒng)以“云”的方式整合在一起，思科要看到它們生產線的狀況，看到它們的上游庫存量，備品備件是怎么樣的。思科不僅僅是一個企業(yè)，而是一個跨企業(yè)的整合。今天，企業(yè)的生產的網絡有一個新的變化，原來企業(yè)的管理網絡跟企業(yè)的生產網絡會有兩化的融合，即把工業(yè)控制和信息化的管理控制在一起。

　　打造智能工廠，實現(xiàn)萬物互聯(lián)的基礎是擁有一個可靠的，開放的信息和控制網絡。我們需要明白，工廠的信息系統(tǒng)并不像互聯(lián)網那樣自由。相反，它是基于嚴格等級的，具有明確作用區(qū)域的網絡。

　　根據(jù)目標數(shù)據(jù)和目標用戶的不同，工廠的信息系統(tǒng)可以分成5個層次：

　　• 面向企業(yè)的資源管理系統(tǒng)
　　• 面向工廠的制造執(zhí)行系統(tǒng)
　　• 面向現(xiàn)場管理的生產監(jiān)控系統(tǒng)
　　• 面向制造工藝的過程控制系統(tǒng)
　　• 面向設備控制的自動控制系統(tǒng)

圖4 工廠網絡架構

　　工廠網絡頂層是傳統(tǒng)的ERP，再往下是工業(yè)控制，然后是人機界面，最后是設備的控制。它們采用的網絡技術完全不一樣。這對于工廠信息共享，萬物互聯(lián)帶來了很大的困難。例如，工廠的IT系統(tǒng)用戶很難去獲取一個生產工藝參數(shù)。是因為他可能不清楚控制層和設備層的網絡實現(xiàn)方式。另外，數(shù)據(jù)的存儲也是各自獨立和分割的，每個系統(tǒng)有自己的歷史數(shù)據(jù)服務器，數(shù)據(jù)存儲格式也是千差萬別。

　　云計算和移動設備正在打破這種分割模式。制造系統(tǒng)可能和互聯(lián)網一樣，信息系統(tǒng)轉變成以提供云服務的方式來運轉。網絡服務變得更透明和復雜。信息系統(tǒng)和控制系統(tǒng)的邊界不再那么清晰。網絡物理站點的部署也更為靈活。網絡站點使用網絡提供的服務，而不需要依賴網絡的實現(xiàn)細節(jié)。

　　所以這些的技術發(fā)展，要求一個能夠貫徹控制層和信息層的網絡通信協(xié)議。Ethernet/IP就是這樣一個協(xié)議。它對網絡設備以提供服務的方式，滿足了各種不同的設備的對通信的需求。

　　現(xiàn)在，系統(tǒng)和設備全部是通過以太網的方式進行連接，以進行實時控制。比如在啤酒廠，會有洗啤酒瓶的生產線，如果用傳統(tǒng)的工業(yè)控制總件，不能把所有的生產線全部設備聚在一起，而用了工廠網絡控制以后，可以支持250個工業(yè)控制設備，或是更高。一條生產線用工廠網絡去做統(tǒng)一的控制，讓它可以同步同時的做這些工作。在目前，新型的工廠會把傳統(tǒng)的工業(yè)控制總件以及生產網絡融合在一個真正的網絡中，里面的設備、機器人、傳感器等設備都是以太網的接口，或者是無線網絡的接口，然后連在它的生產線當中來進行總體的控制。

　　工業(yè)網絡從傳統(tǒng)的三層架構，向全廠的以太網進行轉換是一個趨勢。在以太網發(fā)展的早期，三層網絡是一個標準的選擇。這是因為，早期以太網的一些限制，如訪問沖突，半雙工和10mb帶寬限制了以太網在控制系統(tǒng)的應用。但是，隨著交換機技術的成熟，帶來了以太網性能的不斷提高。使它同樣可以適用于原來通常由我們稱之為現(xiàn)場總線所擅長的領域。高速交換技術滿足了現(xiàn)場控制要求的實時性，與此同時，彌補了現(xiàn)場總線帶寬不足的缺點。QoS（保證質量的通信服務）技術保證了高優(yōu)先級的數(shù)據(jù)可以優(yōu)先通過，從而實現(xiàn)可靠的控制。全廠以太網給用戶帶來的好處不僅僅包括提高帶寬。另外一個革命性的優(yōu)勢是在網絡架構方面提高了靈活性，這意味著，設備可以根據(jù)物理位置來選擇最佳接入點，虛擬網(VLAN)支持它根據(jù)需要選擇網絡分段。這是給網絡布線的成本和維護性帶來了不可估量的提高。但是，安全性成為了一個問題。接入以太網是如此簡單，數(shù)據(jù)可以在任何時候任意流動。網絡管理員必須想辦法從內部和外部保護他們的設施不受侵害。網絡架構師需要仔細規(guī)劃各個網段并控制網絡的交通，創(chuàng)建針對不同權限用戶的訪問機制。

　　為了能夠在我們工業(yè)的環(huán)境中去使用，Ethernet需要做一個全新的變革。Ethernet/IP的時間同步，基于IE新標準1588。在交換機、路由器上面，思科要保證100ns精度，保證時間，讓運動控制的方式可以用到網絡當中，可以同步去實現(xiàn)。然后保證數(shù)據(jù)的安全，防止信息的泄露，數(shù)據(jù)包丟失了以后，可以快速的重發(fā)，保持快速的應用。思科用的不是PCP的方式，而全部是UDP，當一個數(shù)據(jù)包丟失了以后，可以去發(fā)下一個包以保證信息的完整，而不是有一個好的閉環(huán)方式。

圖5 Ethernet/IP應用

　　思科是Ethernet/IP的創(chuàng)始成員，很多像西門子這樣的合作伙伴，都是Ethernet/IP的成員。我們會有兩化融合的活動，進行工業(yè)控制、以太網的整合。傳統(tǒng)的IT網絡，或者是信息化，其實已經沒有辦法滿足工業(yè)控制的要求。思科會和合作伙伴一起，去構建這種信息的架構，也就是說在這樣的架構當中去創(chuàng)建大家所看到的工業(yè)安全，工業(yè)控制，工業(yè)對移動性的要求，以及在網絡中進行的語音視頻傳遞。我們常用的3G或是4G手機，在使用工業(yè)網絡的半導體工廠里是沒有辦法使用。但工廠里面的管理人員，和他下面的生產班子成員溝通還是通過手機。我們需要的手機是基于IP，也就是說全部是基于WIFI的，不支持這種3G、4G。我們生產線的不同的模式，可以支持環(huán)形的生產線，或者是多用途的連接方式，也就是說可以通過新型的、環(huán)形的，或者是其他的方式的同步，去適應我們的生產線，跟我們的系統(tǒng)整合在一起。

　　基于這樣的方式，大家可以看到，在工廠當中，或者是工業(yè)控制當中我們對IT設備要求，跟傳統(tǒng)的辦公環(huán)境會有所不同。思科跟合作伙伴做專業(yè)的交換機是三層的，二層的工業(yè)控制的交換機，工業(yè)控制的防火墻，工業(yè)控制的無線的設備。思科不僅自己生產，還把這些給自己的合作伙伴。他們將5000系列、8000系列的產品跟思科把工業(yè)級的設備結合到生產線當中來。這樣的好處就是所有的工業(yè)設備，跟思科的傳統(tǒng)的應用于企業(yè)網當中的設備都是一樣的。

　　思科把服務器存儲專門應用于工業(yè)的存儲的環(huán)境，并不是只有國外在用，國內沒有使用。實際上，過去的幾年當中，中國也有大量的企業(yè)，會把它們的控制網絡進行融合。汽車生產線把生產線融合在一起，統(tǒng)一網絡架構和平臺進行管理。整個的網絡當中，不同的生產線都是通過工業(yè)的交換機來連接它的工業(yè)控制器并通過工業(yè)的人機界面進行管理。汽車行業(yè)為了實現(xiàn)更好的工業(yè)保護，可以進行專門的合作包裝來防塵、防電。

圖6 某汽車廠融合制造網絡

　　在鋼鐵企業(yè)，如首鋼或寶鋼等這些大型的鋼鐵生產企業(yè)，他們所采用的生產控制，都是運用思科的IE3000控制方式來進行整體管理。無論是傳統(tǒng)的鋼鐵、汽車制造等企業(yè)，還是一些新的系統(tǒng)，都可以通過這樣的方式進行兩化融合，把工業(yè)控制網絡和OA網絡控制在一起，更好地實現(xiàn)資源的整合。

圖7 某鋼鐵企業(yè)網絡案例

　　以上是企業(yè)內部，通過工業(yè)控制網絡把生產管理控制系統(tǒng)和OA系統(tǒng)整合在一起。另一方面，如何在企業(yè)內部，或者是企業(yè)之間進行互聯(lián)，來實現(xiàn)這樣的方式呢？在企業(yè)當中，如果想要實現(xiàn)生產銷售，需要跟各個分支機構、上下游廠商，通過語音、視頻、微信、微博等方式進行各式各樣的連接。我們希望在我們的企業(yè)網絡當中，和互聯(lián)網是可以打通的。在這個架構上有多種多樣的應用，為我們的企業(yè)提供很好的服務。

　　我們企業(yè)要用的協(xié)同辦公能夠為企業(yè)帶來更多增值的價值。在整個企業(yè)當中，我們的用戶可以通過多種多樣的方式進行連接。基于這樣的變化，所有的智能手機，平板、電腦，或者是桌面的視頻終端，所有系統(tǒng)都是可以整合在一起的。思科所提供的視頻功能，就像打電話一樣簡單易用。不同的分支機構、會議室、培訓中心不需要特別來建立一個視頻會議，視頻會議就像打電話一樣的，非常靈活的整合在一起。從個人桌面，各式各樣的終端，大型的視頻會議室，到視頻的終端，專用的設備，再到桌面用騰訊QQ，或者是其他的方式，這些所有的方式是可以很靈活的整合在一起的。無論是在辦公室，還是在外面出差，都可以很好地進行整合。同時這些系統(tǒng)可以跟企業(yè)內部的私有云整合在一起，也可以跟外面的混合協(xié)作云整合在一起。企業(yè)各個部門要開會或做其他的活動，都非常靈活，甚至可以和銷售商進行整合。找哪一個負責人，直接可以跟他用QQ交流或者直接進行視頻通話，這些所有的功能都可以方便地使用，并且很靈活的跟現(xiàn)有的云協(xié)作整合在一起。

圖8 移動互聯(lián)企業(yè)的架構

　　通過上述這些的方式，思科可以幫助客戶構建一個企業(yè)自己內部的，跨企業(yè)之間的，甚至企業(yè)和所有終端設備之間的互聯(lián)網絡，讓制造企業(yè)所有人員之間有良好的整合體驗，屹立于第三次互聯(lián)網的浪潮之巔。

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