智能工廠內(nèi)網(wǎng)建設(shè)思路與實(shí)踐

趙桂勇

（亞普汽車部件股份有限公司，江蘇 揚(yáng)州225009）

1 智能工廠建設(shè)的背景和發(fā)展趨勢

1.1 國外背景和發(fā)展趨勢

隨著新時(shí)代信息技術(shù)的高速發(fā)展，智能工廠的信息技術(shù)已經(jīng)開始和各行各業(yè)產(chǎn)生了融合，可以說這種融合會(huì)產(chǎn)生一定深遠(yuǎn)變化，形成產(chǎn)業(yè)化新變革。智能化工程在建設(shè)過程中是通過網(wǎng)絡(luò)運(yùn)輸傳達(dá)，而目前這種網(wǎng)絡(luò)建設(shè)形式在外國相對較為流行。比如美國在制造業(yè)中的發(fā)展速度，在世界各個(gè)國家中處于頂尖發(fā)展水平，一直是從根本點(diǎn)出發(fā)，建立汽車行業(yè)獨(dú)有的競爭優(yōu)勢。基于賽博- 物理系統(tǒng)的智能裝備也引領(lǐng)了一個(gè)時(shí)代，尤其是在智能工廠使用過程中，該系統(tǒng)是通過網(wǎng)絡(luò)信息化建設(shè)體系執(zhí)行生產(chǎn)任務(wù)，通過網(wǎng)絡(luò)眾包、協(xié)同設(shè)計(jì)、大規(guī)模個(gè)性化定制、精準(zhǔn)供應(yīng)鏈管理、全生命周期管理、電子商務(wù)等正在重塑產(chǎn)業(yè)價(jià)值鏈體系。國外一些汽車企業(yè)為了能夠?qū)崿F(xiàn)汽車配件高速生產(chǎn)效率計(jì)劃，加大了智能工廠建設(shè)力度，通過網(wǎng)絡(luò)信息技術(shù)實(shí)現(xiàn)現(xiàn)代化管理，綜合應(yīng)用于武器裝備設(shè)計(jì)、制造管理、試驗(yàn)、測試和維護(hù)全生產(chǎn)周期的各個(gè)階段及各個(gè)方面。目前國外汽車行業(yè)在信息技術(shù)引領(lǐng)下取得了一定成功，并推動(dòng)了這些信息技術(shù)的成功應(yīng)用，推動(dòng)了制造業(yè)生產(chǎn)方式的巨大轉(zhuǎn)變，降低了產(chǎn)品生產(chǎn)費(fèi)用，同時(shí)提高了汽車零件的生產(chǎn)效率，提升了產(chǎn)品質(zhì)量，減少了投資風(fēng)險(xiǎn)。

1.2 國內(nèi)背景和發(fā)展趨勢

智能工廠內(nèi)網(wǎng)建設(shè)是目前我國新型發(fā)展方向，自從我國從黨的十六大提出通過信息化技術(shù)實(shí)現(xiàn)工業(yè)化發(fā)展計(jì)劃，到十七大提出大力推動(dòng)工業(yè)化融合，再到十七屆五中全會(huì)、十八大進(jìn)一步明確要求“推動(dòng)信息化和工業(yè)化深度融合”。目前對智能工廠內(nèi)網(wǎng)的建設(shè)十分重視，相比國外而言，雖然內(nèi)網(wǎng)建設(shè)比較晚，但是發(fā)展的速度和執(zhí)行力度比較快。2013 年8 月，我國家工業(yè)和信息化部印發(fā)了《信息化和工業(yè)化深度融合專項(xiàng)行動(dòng)計(jì)劃（2013-2018 年）》，并且內(nèi)容詳細(xì)聽到了有關(guān)兩化融合的相關(guān)問題，目的是讓大中型企業(yè)在工業(yè)發(fā)展中處于統(tǒng)一水平等級，實(shí)現(xiàn)內(nèi)網(wǎng)建設(shè)共同新思路，提高國內(nèi)制造業(yè)的生產(chǎn)效率。中小企業(yè)在發(fā)展過程中應(yīng)該重視信息技術(shù)的發(fā)展計(jì)劃，經(jīng)過多年發(fā)展后使管理與生產(chǎn)控制比例超過50%，應(yīng)用電子商務(wù)開展采購、銷售等業(yè)務(wù)的比例達(dá)到50%。在進(jìn)入2018 年后，我國智能化工廠大幅度提升，其中汽車行業(yè)的智能化工廠提升數(shù)量從最初的10%，提升到了30%，相比前一年增長了20%，智能化工廠更多傾向于汽車零件制造，工廠在建設(shè)過程中一直不斷完善內(nèi)網(wǎng)的建設(shè)，相比于國外智能工廠的內(nèi)網(wǎng)建設(shè)來說，一直處于發(fā)展和探索階段，目前國內(nèi)智能工廠內(nèi)網(wǎng)建設(shè)過程中，主張生產(chǎn)計(jì)劃排產(chǎn)，工位掃描、物料配送、工具配送、再制品跟蹤、生產(chǎn)狀態(tài)監(jiān)控、生產(chǎn)設(shè)備數(shù)據(jù)采集和監(jiān)控、三維設(shè)計(jì)和工藝信息工位展示等能力。

2 智能工廠信息網(wǎng)絡(luò)技術(shù)需求

2.1 網(wǎng)絡(luò)冗余

網(wǎng)絡(luò)冗余是智能工廠的在實(shí)施網(wǎng)絡(luò)計(jì)劃的主要保障，當(dāng)網(wǎng)絡(luò)處于癱瘓時(shí)，可快速備案，提高網(wǎng)絡(luò)安全性，可定期檢查網(wǎng)絡(luò)是否存在潛在的隱患，雇傭網(wǎng)絡(luò)安全管理人員，確保網(wǎng)絡(luò)回響及時(shí)，降低網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)給系統(tǒng)帶來的不良影響。一般網(wǎng)絡(luò)是通過節(jié)點(diǎn)設(shè)備之間的連接組成的，一旦網(wǎng)絡(luò)出現(xiàn)了故障，那么需要從設(shè)備節(jié)點(diǎn)中尋找故障的原因。因此網(wǎng)絡(luò)連接線路中需要做好冗余的準(zhǔn)備，提高網(wǎng)絡(luò)冗余度就相當(dāng)于提高了網(wǎng)絡(luò)安全性。

2.2 IP 規(guī)劃

在智能工廠內(nèi)網(wǎng)建設(shè)中，擁有合理化IP 地址不僅方便其他工作人員查看信息，還可以降低網(wǎng)絡(luò)負(fù)荷量，為網(wǎng)絡(luò)擴(kuò)展計(jì)劃打下堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)，通過制定合理的IP 地址，能夠保證網(wǎng)絡(luò)暢通無阻，這是網(wǎng)絡(luò)資源有效利用的關(guān)鍵點(diǎn)。IP 地址采用連續(xù)性的，比較容易在網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)中實(shí)現(xiàn)重疊，可高算法的效率，增強(qiáng)了網(wǎng)絡(luò)回響的速度。所以智能工廠在建設(shè)內(nèi)網(wǎng)時(shí)，擁有連續(xù)IP 地址需要分配在每一層次上都要有留有余量，在網(wǎng)絡(luò)規(guī)模擴(kuò)展時(shí)能保證地址疊合所需的連續(xù)性，按照網(wǎng)絡(luò)設(shè)備數(shù)量和層次狀況設(shè)定私有地址。

3 智能工廠內(nèi)網(wǎng)結(jié)構(gòu)分析與設(shè)計(jì)

對于智能工廠的內(nèi)網(wǎng)建設(shè)，我們需要通過網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)來執(zhí)行建設(shè)內(nèi)容，一般智能工廠在建設(shè)網(wǎng)絡(luò)過程中更注重的是結(jié)構(gòu)建設(shè)，將工廠內(nèi)部網(wǎng)絡(luò)通過結(jié)構(gòu)劃分為控制中心核心層、生產(chǎn)線匯聚層、生產(chǎn)線接入層、生產(chǎn)管理區(qū)接入層和無線覆蓋層。根據(jù)工廠需求制定嚴(yán)格網(wǎng)絡(luò)設(shè)計(jì)，網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)是星型環(huán)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，匯聚層網(wǎng)絡(luò)采用千兆光纖冗余環(huán)網(wǎng)，實(shí)現(xiàn)了鏈路冗余，在接入網(wǎng)絡(luò)時(shí)，需要采用星型拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)。網(wǎng)絡(luò)的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)是指用傳輸媒體互連各種設(shè)備的物理布局，簡單的說是通過某種特殊的方法與網(wǎng)絡(luò)計(jì)算機(jī)連接在一起，這種常見的結(jié)構(gòu)一般是星型結(jié)構(gòu)、環(huán)型結(jié)構(gòu)、總線結(jié)構(gòu)等。對于汽車智能工廠來說，星型環(huán)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)是目前內(nèi)網(wǎng)建設(shè)主流形式，在匯聚層形成一個(gè)環(huán)網(wǎng)，接入層以星型拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)接入環(huán)中。這種新型結(jié)構(gòu)（轉(zhuǎn)下頁）不僅可提高網(wǎng)絡(luò)安全性，還可以保證工廠內(nèi)網(wǎng)響應(yīng)的速度較快。

4 智能工廠內(nèi)網(wǎng)功能實(shí)現(xiàn)

在內(nèi)網(wǎng)建設(shè)過程中需要選擇一個(gè)私有IP 地址網(wǎng)段，一般來說可選擇C 類私有地址段192.168.0.0 到192.168.255.255，也可設(shè)定其他類地址網(wǎng)段，再將網(wǎng)段分成若干子網(wǎng)，通過PLC 或智能I/O 網(wǎng)關(guān)、生產(chǎn)管理系統(tǒng)、工程師站、操作員站以及PROFINET I/O 設(shè)備分別使用不同地址的私有地址塊實(shí)現(xiàn)內(nèi)網(wǎng)功能。

5 結(jié)論

隨著社會(huì)的發(fā)展，智能工廠已經(jīng)在工業(yè)中得到了明顯的進(jìn)步，無論是在國內(nèi)還是在國外，智能工廠內(nèi)網(wǎng)建設(shè)是目前首要完成的任務(wù)，而我國內(nèi)網(wǎng)建設(shè)還處于起步階段，需要不斷的提高自身技術(shù)。智能工廠工業(yè)信息網(wǎng)絡(luò)是目前智能工廠快速發(fā)展的主要前提，網(wǎng)絡(luò)安全保障是支配著智能工廠快速發(fā)展的主要保障。一旦網(wǎng)絡(luò)出現(xiàn)了問題，那么很可能影響工廠整體生產(chǎn)效率。所以在工廠信息安全建設(shè)中要有專業(yè)的安全管理人員在其中定期檢查，通過內(nèi)網(wǎng)訪問相關(guān)技術(shù)，杜絕出現(xiàn)一些惡意無線網(wǎng)絡(luò)接入，網(wǎng)絡(luò)設(shè)計(jì)需要滿足智能工廠的通信生產(chǎn)要求。