5 月26 日，2021 中國(guó)國(guó)際大數(shù)據(jù)產(chǎn)業(yè)博覽會(huì)(簡(jiǎn)稱“2021數(shù)博會(huì)”)在貴州省貴陽(yáng)市開幕。中國(guó)信息化百人會(huì)顧問(wèn)、中國(guó)工程院院士鄔賀銓受邀參加5G驅(qū)動(dòng)數(shù)智化轉(zhuǎn)型高端對(duì)話并發(fā)表主題演講。鄔賀銓表示，很多工控產(chǎn)品已使用十多年，現(xiàn)在邊緣計(jì)算、5G工業(yè)模組、智聯(lián)網(wǎng)、區(qū)塊鏈、IPv6、TSN等技術(shù)發(fā)展很快，將這些技術(shù)集成進(jìn)新型可信工控網(wǎng)關(guān)勢(shì)在必行。5G工業(yè)模組提供以視頻的/ARVR寬帶無(wú)線接入等應(yīng)用的通道，為工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)的現(xiàn)場(chǎng)級(jí)增加了可供選擇的接入模式，但只是傳統(tǒng)PLC等工控設(shè)備的輔助，不足以解決基于傳統(tǒng)工控設(shè)備的工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)層級(jí)多、標(biāo)準(zhǔn)碎片化、ITOT融合困難、網(wǎng)絡(luò)安全性低等問(wèn)題。在5G工業(yè)模組基礎(chǔ)上融合PLC / SCADA、TSN、IPv6、物聯(lián)網(wǎng)、邊緣計(jì)算和AI等技術(shù)，開發(fā)新型工控網(wǎng)關(guān)將推動(dòng)工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)扁平化、IP化、無(wú)線化，實(shí)現(xiàn)IT/OT的無(wú)縫融合。新型工控網(wǎng)關(guān)開創(chuàng)工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)新格局，也為5G在產(chǎn)業(yè)數(shù)字化的應(yīng)用打通了道路，展示了廣闊的創(chuàng)新空間。
△ 圖為鄔賀銓院士演講現(xiàn)場(chǎng)
以下是鄔賀銓院士的演講實(shí)錄：
我講一個(gè)比較具體的一點(diǎn)，針對(duì)新型的工業(yè)網(wǎng)關(guān)。現(xiàn)在工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)底層是要收集數(shù)據(jù)，然后通過(guò)互聯(lián)網(wǎng)采集數(shù)據(jù)，中間有一個(gè)工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)平臺(tái)，也有人說(shuō)是企業(yè)操作系統(tǒng)，實(shí)際上是一個(gè)云平臺(tái)，把數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，有大數(shù)據(jù)人工智能的軟件，建立數(shù)字模型，然后產(chǎn)生一些決策，通過(guò)工業(yè)APP去支撐應(yīng)用。實(shí)際上現(xiàn)在大部分企業(yè)都能夠做到企業(yè)聯(lián)網(wǎng)，做到門戶網(wǎng)站、信貸管理、供應(yīng)鏈金融、企業(yè)云，少一點(diǎn)是做工廠聯(lián)網(wǎng)，更少一點(diǎn)的做到機(jī)器聯(lián)網(wǎng)，把設(shè)備、儀器儀表聯(lián)結(jié)在一起，更少一點(diǎn)是產(chǎn)品聯(lián)網(wǎng)，我們賣出去的產(chǎn)品做遠(yuǎn)程的監(jiān)控維護(hù)。我們很多企業(yè)做工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)，IT企業(yè)很多是從企業(yè)大佬進(jìn)來(lái)，有些只做平臺(tái)，為什么只做中間的，因?yàn)橄旅孀霾涣?。難題是企業(yè)現(xiàn)場(chǎng)級(jí)最難，原來(lái)有PLC、DCS、FCS來(lái)收集底層的生產(chǎn)裝備、傳感器、模擬量、開關(guān)量等等數(shù)字量，收集網(wǎng)了以后匯總到車間的現(xiàn)場(chǎng)總線?，F(xiàn)在5G來(lái)了，我們?cè)黾右环N模式，通過(guò)5G工業(yè)模組可以把這些數(shù)據(jù)收集起來(lái)，特別是針對(duì)運(yùn)動(dòng)的，傳感器、機(jī)器人、無(wú)人機(jī)等等這兩種模式不一樣，一種是OT模式，是傳統(tǒng)的工業(yè)，而左邊是IT模式，是網(wǎng)絡(luò)的。
再往上，上到車間和工廠一間，我們叫過(guò)程監(jiān)控生產(chǎn)管理級(jí)，通過(guò)工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)再通過(guò)網(wǎng)關(guān)上到網(wǎng)絡(luò)業(yè)務(wù)上，上面是工廠這一級(jí)和企業(yè)級(jí)，這里面有IT網(wǎng)絡(luò)，有云計(jì)算還有APP，當(dāng)然還要連著外網(wǎng)。
現(xiàn)在做大佬的容易，做平臺(tái)商的來(lái)講難一點(diǎn)，但是也有，但是做底層的很多都是望而生畏，進(jìn)不來(lái)，這些做起很難。PLC是可編程邏輯控制器，DCS也是類似的?，F(xiàn)在工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)把手機(jī)直接搬進(jìn)共來(lái)，但是還有各種工廠的接口，以及還有PLC、DCS連接底層的機(jī)器和儀器儀表，所以工業(yè)模組是5G工廠利用的一部分，然后連到基站，這個(gè)基站可以是運(yùn)營(yíng)商的公共基站，也可以是企業(yè)的，然后再連到上面的服務(wù)器?，F(xiàn)在在公眾網(wǎng)上我們叫ToC，工業(yè)上基本終端都是接到基站，而工業(yè)上終端到基站可以多種多樣的突破，甚至可以直連。過(guò)去公眾網(wǎng)上的基站只有物理層的功能，不處理任何交換，當(dāng)然在工業(yè)上，可能需要邊緣計(jì)算、需要核心網(wǎng)的功能。
我比較兩種模式，傳統(tǒng)的模式是OT技術(shù)，是主從架構(gòu)，由上位機(jī)來(lái)控制下邊的服務(wù)，上位機(jī)要求你什么時(shí)候報(bào)，周期是你的命令，然后機(jī)器再來(lái)上報(bào)數(shù)據(jù)。但是這種PLC這種方式發(fā)展得很早，所以碎片化?，F(xiàn)在作為國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)的PLC標(biāo)準(zhǔn)有14種，在工業(yè)上運(yùn)用的PLC有200種，在上層是工業(yè)以太網(wǎng)，工業(yè)以太網(wǎng)也很多，所以開放性不好，對(duì)新技術(shù)適應(yīng)性差，不適應(yīng)臨時(shí)布放。
而工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)是標(biāo)準(zhǔn)以太網(wǎng)協(xié)議，層次簡(jiǎn)化，但是有個(gè)缺點(diǎn)，模式是CSMA/CD，看看總線上有沒(méi)有人發(fā)數(shù)據(jù)沒(méi)有人發(fā)我再發(fā)，那這個(gè)時(shí)延就很大了，所以5G這個(gè)的好處就彌補(bǔ)原來(lái)4時(shí)延不好的模式。5G不僅支持物對(duì)物，還支持人對(duì)物的通信，便于集成4各種新技術(shù)，適于云網(wǎng)邊端。
過(guò)去標(biāo)準(zhǔn)以太網(wǎng)工業(yè)上在用，但是用在管理上基本上非實(shí)時(shí)，只是用在管理上。而現(xiàn)場(chǎng)總線和工業(yè)以太網(wǎng)都要求實(shí)時(shí)，現(xiàn)場(chǎng)要控制。但是現(xiàn)在生產(chǎn)自動(dòng)化的生產(chǎn)線速度越來(lái)越快，自動(dòng)化程度越來(lái)越高，工業(yè)以太網(wǎng)的實(shí)時(shí)性已經(jīng)趕不上發(fā)展需要，所以需要發(fā)展延時(shí)敏感網(wǎng)，延時(shí)敏感網(wǎng)在時(shí)序里面定義了上層支持的服務(wù)包是什么質(zhì)量要求，工廠里面有各種各樣的數(shù)據(jù)要上報(bào)，但是這些數(shù)據(jù)并不那么緊迫。比如說(shuō)周期性報(bào)告、溫度濕度的數(shù)據(jù)，只要打上時(shí)間標(biāo)簽，晚一點(diǎn)報(bào)告也沒(méi)有關(guān)系，但是2號(hào)和3號(hào)對(duì)應(yīng)的是報(bào)警，生產(chǎn)上有故障，這個(gè)時(shí)候要優(yōu)先。因?yàn)榘凑諅鹘y(tǒng)的辦法是先到先走，不具備優(yōu)先權(quán)，現(xiàn)在敏感協(xié)議可以讓1號(hào)停止傳輸，然后先把2、3號(hào)傳了，然后再把1號(hào)傳，這種方式叫時(shí)延敏感網(wǎng)絡(luò)，這樣就解決了標(biāo)準(zhǔn)以太網(wǎng)沒(méi)有實(shí)時(shí)性的確定，而且TSN是可以通過(guò)架構(gòu)在5G上傳送的，用這種方式能夠?qū)崿F(xiàn)周期性和非周期性數(shù)據(jù)的同傳。
在上一層，叫過(guò)程監(jiān)控與生產(chǎn)管理，就是里面把這些數(shù)據(jù)上導(dǎo)來(lái)，要注意到底層的數(shù)據(jù)，這些數(shù)據(jù)是沒(méi)有接口的，企業(yè)的人看不見，而且也不會(huì)做數(shù)據(jù)的可視化?，F(xiàn)在我們要引進(jìn)這些東西，通過(guò)SCADA，把這些數(shù)據(jù)變得可視。SCADA具有把這些數(shù)據(jù)變成便于工廠的生產(chǎn)人員可以看到這些數(shù)據(jù)，能夠把歷史的數(shù)據(jù)關(guān)聯(lián)起來(lái)，能夠把你的數(shù)據(jù)什么時(shí)候報(bào)警能夠判斷出來(lái)，有一些模型，所以SCADA本身能夠?qū)崿F(xiàn)把底層的數(shù)據(jù)變成可管理的數(shù)據(jù)，但是有個(gè)問(wèn)題，PLC/DSC的標(biāo)準(zhǔn)也在變化，所以要把SCADA和下面的數(shù)據(jù)連起來(lái)很容易，實(shí)際上配置很復(fù)雜、很麻煩，要針對(duì)不同的PLC有不同的配置，所以為什么我說(shuō)講工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)這么多，很少有IT企業(yè)敢于去接底層數(shù)據(jù)，因?yàn)榕渲锰珡?fù)雜了。
這里面用的公共主機(jī)都是Windows的，底層是OT，這一層是IT，這兩個(gè)是不融合的，所以你要實(shí)現(xiàn)兩個(gè)融合，就帶來(lái)挑戰(zhàn)。
在網(wǎng)絡(luò)級(jí)，我們現(xiàn)在引入IPV6，IPV6可以實(shí)現(xiàn)真是源地質(zhì)溯源，并留有很大的編程空間，可以開發(fā)更多的功能。APN6在IPV6包中定義業(yè)務(wù)服務(wù)質(zhì)量，網(wǎng)絡(luò)感知業(yè)務(wù)需求，提供流驅(qū)動(dòng)的直接響應(yīng)。所以你想說(shuō)有質(zhì)量的管理做不了，運(yùn)營(yíng)商之所以變管道化，就是因?yàn)樗静欢@里面是什么東西?，F(xiàn)在怎么辦呢?我們可以定義IP包是哪個(gè)用戶，什么服務(wù)、要求帶寬多少、抖動(dòng)多少、丟包率多少，網(wǎng)絡(luò)就知道你要什么要求，我就能夠差別的對(duì)待，你要低時(shí)延就低時(shí)延，你要高可靠就高可靠。
你說(shuō)從A到Z測(cè)量，可以測(cè)，但是這次A到Z測(cè)量時(shí)走的路跟真正的數(shù)據(jù)走的路不一樣，有多路徑可以選擇，所以測(cè)出來(lái)未必都是真的?，F(xiàn)在搞了一個(gè)隨流檢測(cè)，在用戶數(shù)據(jù)包里面，插入了一些減輕丟包率、減輕時(shí)延的檢測(cè)，這樣更好的滿足工業(yè)上的需要。
另外實(shí)現(xiàn)分段路由，我把路由下達(dá)到第一個(gè)路由器，中間的路由器不用動(dòng)腦筋、不用思考，快速的實(shí)現(xiàn)路由的建立，這是過(guò)去我們做不到的。實(shí)際上所謂可靠，不能保證網(wǎng)絡(luò)不出問(wèn)題，萬(wàn)一斷了怎么辦?沒(méi)關(guān)系，我為每一段路由都預(yù)先計(jì)算了，備用路由走哪里，所以很快上報(bào)一個(gè)，就可以重新組織一個(gè)路由。另外你的業(yè)務(wù)有不同需求，可以引導(dǎo)你走不同路，如果沒(méi)有特殊需求，走這段路來(lái)實(shí)現(xiàn)A到Z的連接，如果你要求低時(shí)延走這條路，要求高帶寬你走這條路，你要高可靠怎么做?我們既要做到6個(gè)G的可靠性，你以為5G本身真的這么可靠嗎?不是，你要高可靠我給你準(zhǔn)備4條路，再不夠，給你5條、6條，所以通過(guò)這種辦法，使整個(gè)5G面向工業(yè)上的應(yīng)用，你要什么樣的應(yīng)用我都可以滿足。
在網(wǎng)絡(luò)業(yè)務(wù)上，主要是做大數(shù)據(jù)和人工智能的分析。另外，上面還有OPC，是一種可以適應(yīng)底層的，把底層不同的協(xié)議都可以翻譯，底層現(xiàn)有的不是有PLC的多樣性嗎?不好改，怎么辦?從語(yǔ)義上來(lái)翻譯，從語(yǔ)義上來(lái)理解你的數(shù)據(jù)究竟是什么含義。人與人之間沒(méi)有語(yǔ)義上的理解難題，可是企業(yè)上的數(shù)據(jù)自己不會(huì)說(shuō)話，所以你要理解它比如說(shuō)這層數(shù)據(jù)1是什么意思，0是什么，你必須定。所以我們?cè)贠PC這里實(shí)現(xiàn)語(yǔ)義上的兼容，當(dāng)然OPC有兩種模式，實(shí)際上你可以看到現(xiàn)場(chǎng)級(jí)的是各種各樣的標(biāo)志品，但是可以通過(guò)OPC實(shí)現(xiàn)翻譯，一種叫C/S客戶服務(wù)器，一種叫P/S就是發(fā)布/訂閱，OPC的好處不論什么硬件，你是PC機(jī)、云服務(wù)器、PLC等各種各樣的處理器都能建，無(wú)論是什么軟件，Windows、蘋果、谷歌、安卓的系統(tǒng)都可以兼容，OPC是萬(wàn)能的翻譯，什么都可以兼容。我現(xiàn)在就定義什么呢?如果你知道這個(gè)生產(chǎn)環(huán)境是不是超過(guò)28度，我就告訴你，你先提一個(gè)訂閱的要求，一旦發(fā)生這個(gè)事件，不管是誰(shuí)，直接通知你，這樣就省了建立連接的辦法。所以通俗的講，OPCUA是一個(gè)翻譯器，OPC—UAOverTSN是解決打通了傳感器到云，然后進(jìn)行語(yǔ)義的翻譯。
企業(yè)有分支機(jī)構(gòu)、有各種各樣的中心，有各種各樣的云，走物理專線，安全質(zhì)量就得到保障，但是成本要貴一點(diǎn)，而且不是你說(shuō)多少帶寬有多少帶寬的。走公眾互聯(lián)網(wǎng)可能并不是這么好，可以基于企業(yè)的需求來(lái)選擇。未來(lái)我們采用云原生，它的計(jì)算已經(jīng)滲透到終端，所有的服務(wù)單元都很小，我們計(jì)算能力可以充分利用起來(lái)，另外現(xiàn)在在工業(yè)上很少利用一個(gè)云的，一般都會(huì)有多個(gè)云，多個(gè)云可以增加業(yè)務(wù)的多樣性、安全性。要實(shí)現(xiàn)企業(yè)外網(wǎng)跟云連起來(lái)，最好的辦法用IPv6。IPv6為什么簡(jiǎn)單?IPv4地址功能單一、靠增加協(xié)議來(lái)支撐新應(yīng)用。IPv6增強(qiáng)地質(zhì)功能，瘦身網(wǎng)絡(luò)協(xié)議，簡(jiǎn)單高效。
我國(guó)機(jī)械行業(yè)80%的設(shè)備還是采用繼電器，連PLC都沒(méi)有，另外用了PLC95%是進(jìn)口的，小型75%進(jìn)口，DCS49%進(jìn)口，高端的SCADA70%進(jìn)口的，安全漏洞令人擔(dān)心，且不少屬于相關(guān)制造商的專有方案，協(xié)議不開放。一個(gè)典型的工廠的控制在90年代末僅5萬(wàn)個(gè)，到2030年將增加到55萬(wàn)個(gè)，靠PLC做不了。
怎么辦?兩者融合，并且把IPv6、SCADA、、OPC—UATSN、區(qū)塊鏈、物聯(lián)網(wǎng)、邊緣計(jì)算融合在一起。原來(lái)發(fā)展過(guò)程中是一步一步來(lái)的，現(xiàn)在為什么還要分這么細(xì)?我把它融合起來(lái)更好。我提出來(lái)一個(gè)想法，國(guó)外是利益相關(guān)者，PLC是他們的，他為什么要顛覆自己，現(xiàn)在到了中國(guó)可以顛覆它的時(shí)候，我們應(yīng)該自己來(lái)搞，所以工廠內(nèi)王要推進(jìn)IT與OT融合要開發(fā)融合的網(wǎng)關(guān)，使得工廠朝著扁平化、IP化、智能化發(fā)展，推動(dòng)機(jī)器聯(lián)網(wǎng)，才能盤活生產(chǎn)線的數(shù)據(jù)。
5G工業(yè)模組提供以視頻的/ARVR寬帶無(wú)線接入等應(yīng)用的通道，為工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)的現(xiàn)場(chǎng)級(jí)增加了可供選擇的接入模式，但只是傳統(tǒng)PLC等工控設(shè)備的輔助，不足以解決基于傳統(tǒng)工控設(shè)備的工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)層級(jí)多、標(biāo)準(zhǔn)碎片化、ITOT融合困難、網(wǎng)絡(luò)安全性低等問(wèn)題。融合了之后，我們可以不要PLC，但是現(xiàn)有工廠里面還有一些PLC，在5G工業(yè)模組基礎(chǔ)上融合PLC/SCADA、TSN、IPv6、物聯(lián)網(wǎng)、邊緣計(jì)算和AI等技術(shù)，開發(fā)新型工控網(wǎng)關(guān)將推動(dòng)工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)扁平化、IP化、無(wú)線化，實(shí)現(xiàn)IT/OT的無(wú)縫融合。新型工業(yè)網(wǎng)關(guān)還可利用OPC兼容現(xiàn)有工控設(shè)備。新型工控網(wǎng)關(guān)開創(chuàng)工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)新格局，也為5G在產(chǎn)業(yè)數(shù)字化的應(yīng)用打通了道路，展示了廣闊的創(chuàng)新空間。
開發(fā)新型5G可信工控網(wǎng)關(guān)需要加強(qiáng)產(chǎn)學(xué)研用合作，立足創(chuàng)新，明確需求，標(biāo)準(zhǔn)起步，試點(diǎn)推進(jìn)，形成產(chǎn)業(yè)，支撐我國(guó)工業(yè)高質(zhì)量可持續(xù)發(fā)展。
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