5 月26 日，2021 中國國際大數(shù)據(jù)產(chǎn)業(yè)博覽會(簡稱“2021數(shù)博會”)在貴州省貴陽市開幕。中國信息化百人會顧問、中國工程院院士鄔賀銓受邀參加5G驅(qū)動數(shù)智化轉(zhuǎn)型高端對話并發(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)集成進新型可信工控網(wǎng)關(guān)勢在必行。5G工業(yè)模組提供以視頻的/ARVR寬帶無線接入等應(yīng)用的通道，為工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)的現(xiàn)場級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)層級多、標準碎片化、ITOT融合困難、網(wǎng)絡(luò)安全性低等問題。在5G工業(yè)模組基礎(chǔ)上融合PLC / SCADA、TSN、IPv6、物聯(lián)網(wǎng)、邊緣計算和AI等技術(shù)，開發(fā)新型工控網(wǎng)關(guān)將推動工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)扁平化、IP化、無線化，實現(xiàn)IT/OT的無縫融合。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
以下是鄔賀銓院士的演講實錄：
我講一個比較具體的一點，針對新型的工業(yè)網(wǎng)關(guān)?，F(xiàn)在工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)底層是要收集數(shù)據(jù)，然后通過互聯(lián)網(wǎng)采集數(shù)據(jù)，中間有一個工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)平臺，也有人說是企業(yè)操作系統(tǒng)，實際上是一個云平臺，把數(shù)據(jù)進行分析，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，通過工業(yè)APP去支撐應(yīng)用。實際上現(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，少一點是做工廠聯(lián)網(wǎng)，更少一點的做到機器聯(lián)網(wǎng)，把設(shè)備、儀器儀表聯(lián)結(jié)在一起，更少一點是產(chǎn)品聯(lián)網(wǎng)，我們賣出去的產(chǎn)品做遠程的監(jiān)控維護。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)大佬進來，有些只做平臺，為什么只做中間的，因為下面做不了。難題是企業(yè)現(xiàn)場級最難，原來有PLC、DCS、FCS來收集底層的生產(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)場總線?，F(xiàn)在5G來了，我們增加一種模式，通過5G工業(yè)模組可以把這些數(shù)據(jù)收集起來，特別是針對運動的，傳感器、機器人、無人機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，我們叫過程監(jiān)控生產(chǎn)管理級，通過工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)再通過網(wǎng)關(guān)上到網(wǎng)絡(luò)業(yè)務(wù)上，上面是工廠這一級和企業(yè)級，這里面有IT網(wǎng)絡(luò)，有云計算還有APP，當然還要連著外網(wǎng)。
現(xiàn)在做大佬的容易，做平臺商的來講難一點，但是也有，但是做底層的很多都是望而生畏，進不來，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)把手機直接搬進共來，但是還有各種工廠的接口，以及還有PLC、DCS連接底層的機器和儀器儀表，所以工業(yè)模組是5G工廠利用的一部分，然后連到基站，這個基站可以是運營商的公共基站，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，當然在工業(yè)上，可能需要邊緣計算、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)，由上位機來控制下邊的服務(wù)，上位機要求你什么時候報，周期是你的命令，然后機器再來上報數(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)在作為國際標準的PLC標準有14種，在工業(yè)上運用的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，對新技術(shù)適應(yīng)性差，不適應(yīng)臨時布放。
而工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)是標準以太網(wǎng)協(xié)議，層次簡化，但是有個缺點，模式是CSMA/CD，看看總線上有沒有人發(fā)數(shù)據(jù)沒有人發(fā)我再發(fā)，那這個時延就很大了，所以5G這個的好處就彌補原來4時延不好的模式。5G不僅支持物對物，還支持人對物的通信，便于集成4各種新技術(shù)，適于云網(wǎng)邊端。
過去標準以太網(wǎng)工業(yè)上在用，但是用在管理上基本上非實時，只是用在管理上。而現(xiàn)場總線和工業(yè)以太網(wǎng)都要求實時，現(xiàn)場要控制。但是現(xiàn)在生產(chǎn)自動化的生產(chǎn)線速度越來越快，自動化程度越來越高，工業(yè)以太網(wǎng)的實時性已經(jīng)趕不上發(fā)展需要，所以需要發(fā)展延時敏感網(wǎng)，延時敏感網(wǎng)在時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，但是這些數(shù)據(jù)并不那么緊迫。比如說周期性報告、溫度濕度的數(shù)據(jù)，只要打上時間標簽，晚一點報告也沒有關(guān)系，但是2號和3號對應(yīng)的是報警，生產(chǎn)上有故障，這個時候要優(yōu)先。因為按照傳統(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號停止傳輸，然后先把2、3號傳了，然后再把1號傳，這種方式叫時延敏感網(wǎng)絡(luò)，這樣就解決了標準以太網(wǎng)沒有實時性的確定，而且TSN是可以通過架構(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，叫過程監(jiān)控與生產(chǎn)管理，就是里面把這些數(shù)據(jù)上導來，要注意到底層的數(shù)據(jù)，這些數(shù)據(jù)是沒有接口的，企業(yè)的人看不見，而且也不會做數(shù)據(jù)的可視化?，F(xiàn)在我們要引進這些東西，通過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，能夠把你的數(shù)據(jù)什么時候報警能夠判斷出來，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)，但是有個問題，PLC/DSC的標準也在變化，所以要把SCADA和下面的數(shù)據(jù)連起來很容易，實際上配置很復雜、很麻煩，要針對不同的PLC有不同的配置，所以為什么我說講工業(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)，因為配置太復雜了。
這里面用的公共主機都是Windows的，底層是OT，這一層是IT，這兩個是不融合的，所以你要實現(xiàn)兩個融合，就帶來挑戰(zhàn)。
在網(wǎng)絡(luò)級，我們現(xiàn)在引入IPV6，IPV6可以實現(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)動的直接響應(yīng)。所以你想說有質(zhì)量的管理做不了，運營商之所以變管道化，就是因為他根本不懂這里面是什么東西?，F(xiàn)在怎么辦呢?我們可以定義IP包是哪個用戶，什么服務(wù)、要求帶寬多少、抖動多少、丟包率多少，網(wǎng)絡(luò)就知道你要什么要求，我就能夠差別的對待，你要低時延就低時延，你要高可靠就高可靠。
你說從A到Z測量，可以測，但是這次A到Z測量時走的路跟真正的數(shù)據(jù)走的路不一樣，有多路徑可以選擇，所以測出來未必都是真的?，F(xiàn)在搞了一個隨流檢測，在用戶數(shù)據(jù)包里面，插入了一些減輕丟包率、減輕時延的檢測，這樣更好的滿足工業(yè)上的需要。
另外實現(xiàn)分段路由，我把路由下達到第一個路由器，中間的路由器不用動腦筋、不用思考，快速的實現(xiàn)路由的建立，這是過去我們做不到的。實際上所謂可靠，不能保證網(wǎng)絡(luò)不出問題，萬一斷了怎么辦?沒關(guān)系，我為每一段路由都預先計算了，備用路由走哪里，所以很快上報一個，就可以重新組織一個路由。另外你的業(yè)務(wù)有不同需求，可以引導你走不同路，如果沒有特殊需求，走這段路來實現(xiàn)A到Z的連接，如果你要求低時延走這條路，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備4條路，再不夠，給你5條、6條，所以通過這種辦法，使整個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?從語義上來翻譯，從語義上來理解你的數(shù)據(jù)究竟是什么含義。人與人之間沒有語義上的理解難題，可是企業(yè)上的數(shù)據(jù)自己不會說話，所以你要理解它比如說這層數(shù)據(jù)1是什么意思，0是什么，你必須定。所以我們在OPC這里實現(xiàn)語義上的兼容，當然OPC有兩種模式，實際上你可以看到現(xiàn)場級的是各種各樣的標志品，但是可以通過OPC實現(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、云服務(wù)器、PLC等各種各樣的處理器都能建，無論是什么軟件，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?如果你知道這個生產(chǎn)環(huán)境是不是超過28度，我就告訴你，你先提一個訂閱的要求，一旦發(fā)生這個事件，不管是誰，直接通知你，這樣就省了建立連接的辦法。所以通俗的講，OPCUA是一個翻譯器，OPC—UAOverTSN是解決打通了傳感器到云，然后進行語義的翻譯。
企業(yè)有分支機構(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，而且不是你說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)的需求來選擇。未來我們采用云原生，它的計算已經(jīng)滲透到終端，所有的服務(wù)單元都很小，我們計算能力可以充分利用起來，另外現(xiàn)在在工業(yè)上很少利用一個云的，一般都會有多個云，多個云可以增加業(yè)務(wù)的多樣性、安全性。要實現(xiàn)企業(yè)外網(wǎng)跟云連起來，最好的辦法用IPv6。IPv6為什么簡單?IPv4地址功能單一、靠增加協(xié)議來支撐新應(yīng)用。IPv6增強地質(zhì)功能，瘦身網(wǎng)絡(luò)協(xié)議，簡單高效。
我國機械行業(yè)80%的設(shè)備還是采用繼電器，連PLC都沒有，另外用了PLC95%是進口的，小型75%進口，DCS49%進口，高端的SCADA70%進口的，安全漏洞令人擔心，且不少屬于相關(guān)制造商的專有方案，協(xié)議不開放。一個典型的工廠的控制在90年代末僅5萬個，到2030年將增加到55萬個，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)、邊緣計算融合在一起。原來發(fā)展過程中是一步一步來的，現(xiàn)在為什么還要分這么細?我把它融合起來更好。我提出來一個想法，國外是利益相關(guān)者，PLC是他們的，他為什么要顛覆自己，現(xiàn)在到了中國可以顛覆它的時候，我們應(yīng)該自己來搞，所以工廠內(nèi)王要推進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，推動機器聯(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寬帶無線接入等應(yīng)用的通道，為工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)的現(xiàn)場級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)層級多、標準碎片化、ITOT融合困難、網(wǎng)絡(luò)安全性低等問題。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)、邊緣計算和AI等技術(shù)，開發(fā)新型工控網(wǎng)關(guān)將推動工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)扁平化、IP化、無線化，實現(xiàn)IT/OT的無縫融合。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)需要加強產(chǎn)學研用合作，立足創(chuàng)新，明確需求，標準起步，試點推進，形成產(chǎn)業(yè)，支撐我國工業(yè)高質(zhì)量可持續(xù)發(fā)展。
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