思科系統行業與解決方案技術總監 侯勝利

　　今天，其實每個人都是聯結在互聯網當中的。在以前的工業化時代，大家可能更關心的是物和人之間的聯系，于是運用包括PLC、MES等在內的技術，實現自動化、可視化，讓工業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，進入到互聯網時代，我們又把這各式各樣的復雜數據整合在一起，實現了以社交化，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整合在一起，構建以人為本的物聯制造解決方案。

圖1 以人為本的物聯制造解決方案

　　現階段，我們正站在互聯網的第三次浪潮之巔。大家可以回想一下，第一次互聯網行業的巔峰，是由以雅虎、新浪、搜狐、騰訊、網易為代表的互聯網人創造的。他們專業傳統地進行了互聯網信息和技術的發展。互聯網的第二個階段，則是由互聯網中了解傳統行業的巨頭推動，如典型的百度、阿里。他們雖然是在做互聯網，但他們對零售或是其他一些傳統行業信息是更加了解的。今天，我們正處于第三次互聯網浪潮的巔峰，越來越多的行業翹楚會是從傳統企業中走出的，浪潮將由傳統行業中具備互聯網思維的人引領。制造業也好，旅游業也好，或者是其他企業，利用互聯網思維對傳統企業進行改造和創新，就能給整個行業帶來一種全新的模式和深刻的變化。今天的互聯網企業已經越來越多，以前我們談互聯網思維，或者互聯網企業，都是在消費互聯網的范疇，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據分析。目前，互聯網是從消費互聯網向工業互聯網邁進的，如德國的工業的4.0，還有美國的特斯拉，以及其他企業的一些創新，傳統行業中會誕生出越來越多的互聯網模式，會有越來越多的工業設備和工業控制系統連接到互聯網中，真正地實現物、數據和人的有機整合。

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

　　• 企業內互聯 思科在任何環境，任何介質中，跨越了企業不同的硬件、軟件平臺，為企業提供數據共享服務；在任何時間，任何設備中，具備提供服務應用的能力；在企業內部，設置各式各樣的分支機構，實現跨地域的協同互動。

　　• 企業間互聯 目前的行業分工越來越細致，企業有越來越多的上游供應商，下游代工、零售商，企業之間構成一個有機的生命體。在企業與企業之間，有大量的數據溝通需求，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據轉化為智慧的洞察分析能力可以在所有不同的企業之間提供優質的信息傳遞服務。思科所傳遞的不僅僅是數字的信息，也可能是企業間的語音信息，或是視頻信息。

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

圖2 打造互聯企業

　　思科的智能制造解決方案正是基于以上三點互聯布局，來幫助企業一步一步實現制造的轉型升級。以前傳統的制造業工廠中，可能設備比較多，環境比較嘈雜臟亂。思科的制造企業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。具體的設備及其狀態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。企業通過物聯網可以自動地進行生產，并由設備和系統提供出企業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控的方式，或者是通過傳感器數據顯示的方式，讓企業的管理者可以隨時隨地知道每一個生產車間的狀態。

圖3 思科互聯制造企業工廠解決方案

　　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都是要跟思科的ERP系統整合在一起的。思科在深圳有整個亞太區的生產區。對于關鍵的合作廠商，雙方的ERP、MES等系統以“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，而是一個跨企業的整合。今天，企業的生產的網絡有一個新的變化，原來企業的管理網絡跟企業的生產網絡會有兩化的融合，即把工業控制和信息化的管理控制在一起。

　　打造智能工廠，實現萬物互聯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，工廠的信息系統并不像互聯網那樣自由。相反，它是基于嚴格等級的，具有明確作用區域的網絡。

　　根據目標數據和目標用戶的不同，工廠的信息系統可以分成5個層次：

　　• 面向企業的資源管理系統
　　• 面向工廠的制造執行系統
　　• 面向現場管理的生產監控系統
　　• 面向制造工藝的過程控制系統
　　• 面向設備控制的自動控制系統

圖4 工廠網絡架構

　　工廠網絡頂層是傳統的ERP，再往下是工業控制，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，萬物互聯帶來了很大的困難。例如，工廠的IT系統用戶很難去獲取一個生產工藝參數。是因為他可能不清楚控制層和設備層的網絡實現方式。另外，數據的存儲也是各自獨立和分割的，每個系統有自己的歷史數據服務器，數據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。制造系統可能和互聯網一樣，信息系統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。信息系統和控制系統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細節。

　　所以這些的技術發展，要求一個能夠貫徹控制層和信息層的網絡通信協議。Ethernet/IP就是這樣一個協議。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。

　　現在，系統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，如果用傳統的工業控制總件，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個工業控制設備，或是更高。一條生產線用工廠網絡去做統一的控制，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的工業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。

　　工業網絡從傳統的三層架構，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場總線所擅長的領域。高速交換技術滿足了現場控制要求的實時性，與此同時，彌補了現場總線帶寬不足的缺點。QoS（保證質量的通信服務）技術保證了高優先級的數據可以優先通過，從而實現可靠的控制。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，設備可以根據物理位置來選擇最佳接入點，虛擬網(VLAN)支持它根據需要選擇網絡分段。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，數據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劃各個網段并控制網絡的交通，創建針對不同權限用戶的訪問機制。

　　為了能夠在我們工業的環境中去使用，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。然后保證數據的安全，防止信息的泄露，數據包丟失了以后，可以快速的重發，保持快速的應用。思科用的不是PCP的方式，而全部是UDP，當一個數據包丟失了以后，可以去發下一個包以保證信息的完整，而不是有一個好的閉環方式。

圖5 Ethernet/IP應用

　　思科是Ethernet/IP的創始成員，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，進行工業控制、以太網的整合。傳統的IT網絡，或者是信息化，其實已經沒有辦法滿足工業控制的要求。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建大家所看到的工業安全，工業控制，工業對移動性的要求，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，或者是工業控制當中我們對IT設備要求，跟傳統的辦公環境會有所不同。思科跟合作伙伴做專業的交換機是三層的，二層的工業控制的交換機，工業控制的防火墻，工業控制的無線的設備。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設備，跟思科的傳統的應用于企業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的存儲的環境，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，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的交換機來連接它的工業控制器并通過工業的人機界面進行管理。汽車行業為了實現更好的工業保護，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，如首鋼或寶鋼等這些大型的鋼鐵生產企業，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。無論是傳統的鋼鐵、汽車制造等企業，還是一些新的系統，都可以通過這樣的方式進行兩化融合，把工業控制網絡和OA網絡控制在一起，更好地實現資源的整合。

圖7 某鋼鐵企業網絡案例

　　以上是企業內部，通過工業控制網絡把生產管理控制系統和OA系統整合在一起。另一方面，如何在企業內部，或者是企業之間進行互聯，來實現這樣的方式呢？在企業當中，如果想要實現生產銷售，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網絡當中，和互聯網是可以打通的。在這個架構上有多種多樣的應用，為我們的企業提供很好的服務。

　　我們企業要用的協同辦公能夠為企業帶來更多增值的價值。在整個企業當中，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。同時這些系統可以跟企業內部的私有云整合在一起，也可以跟外面的混合協作云整合在一起。企業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，并且很靈活的跟現有的云協作整合在一起。

圖8 移動互聯企業的架構

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

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