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          讓工廠設備像手機一樣“自由通信”

          時間:2024-04-16 15:18:59 

          工業互聯網是新型工業化的戰略性基礎設施和發展新質生產力的重要驅動力量。作為工業互聯網的底層通信技術,工業物聯網是工業自動化系統安全運行的核心技術。

           

          工業物聯網是如何讓每個工業品“可尋址、可通信、可控制”?怎樣確保設備之間的精確時鐘同步與實時調度?如何實現不同工廠網絡與互聯網之間的深度融合?

           

          4月15日,帶著這些問題,記者走進依托重慶郵電大學建設的工業物聯網與網絡化控制教育部重點實驗室(以下簡稱重點實驗室),尋找答案。

           

          “人、機、物”全面連接

           

          和你聊天的可能是一臺儀器儀表

           

          “以前最開始聊QQ的時候,有個段子說‘對面和你聊天的,說不定是一只貓或狗’。在工業互聯網里,和你聊天的,也可能是一臺儀器儀表。”位于重郵信科大樓三樓的重點實驗室展廳,站在“面向典型行業的生產網絡IPv6互通及融合技術測試驗證平臺”示范案例前,實驗室主任王恒和記者打趣地說道。

           

          這樣的場景并不是玩笑。從2017年上半年開始,當時還叫“全互聯制造網絡”的這項技術,在位于長壽區的重慶鋼鐵(集團)有限責任公司園區示范應用。

           

          在面積達10平方公里的重鋼園區,王恒和實驗室團隊在10個跨廠區的生產車間裝上了近百個數據監測儀表,并通過物聯網核心芯片,把它們連成了一張“網”。

           

          “工業物聯網主要通過支持設備之間的交互與互聯,來提升制造業信息化水平。”王恒說,但要讓不同網絡接口的設備實現互聯互通極其不易。一方面是因為傳統控制網絡采用分層的系統結構,存在信息獲取、控制、調度和管理方面集成度差、協同能力弱的局限,難以滿足工業互聯網和智能制造對底層物聯網到互聯網無縫融合與集成的要求;另一方面,在很多自動化生產線上,企業大都采用工業有線網絡的方式,但布線成本很高,造成整個自動化系統安裝維護成本高昂。

           

          經過7年的不斷升級改造,“全互聯制造網絡”技術已經進化到“生產網絡IPv6互通及融合技術”,搭建起來的工業物聯網實現了每個工業品“可尋址、可通信、可控制”的目標,不僅能隨時“把脈”生產設備的健康狀況,還能對各種數據進行分析、預測,及時針對設備“病情”開出“藥方”。

           

          “舉個例子,我們只要在系統對話框里輸入‘請反饋1號干熄焦采集站目前運行情況’,廠區的參數采集系統馬上能把該采集站內部的溫度、濕度、氣體濃度等信息一一匯報。這些對話,并不是由人工輸入的,正是在該廠區負責數據監測的儀表‘說’出來的。”王恒描述道。

           

          也正因為該技術讓工業設備和網絡即使在惡劣生產環境中也能長期穩定運行,廠家反饋這相當于為智能車間的生產裝上了“定海神針”。

           

          研發自主可控工業網絡關鍵技術

           

          讓工廠所有設備時鐘和數據時標統一、步調一致

           

          在位于南岸區茶園的重慶盟訊電子科技有限公司數字化工廠,一排排大小各異的藍色智能LED屏上,實時顯示著產品信息、完工率、合格率等各項生產數據;智能機械手臂自主轉動著,將智能通訊模塊成品精準地放置到智能貨架上;一排排高大的自動生產線整齊排列,里面的智能機器人貼標、檢測、分板、分揀動作整齊劃一、一氣呵成。

           

          作為一家主要從事無線電通訊、汽車電子等產品加工服務的企業,盟訊電子科技有限公司的數字化轉型和智能化改造,離不開重點實驗室團隊研發的自主可控工業網絡關鍵技術。

           

          王恒解釋,該技術實現了工業網絡中時間同步、實時調度、高可用冗余、安全、多協議異構實時互聯等,讓盟訊公司的智能工廠運維效率提升了15%,運維成本還降低了10%。

           

          “工廠設備在運行中會遇到一些問題,就像在日常的工作中,我們約好在明早九點鐘開會,首先,如果你的表走慢了,就沒法準時參會;其次,會議內容若涉及公司秘密,要保證團隊成員不能透露會議信息;第三,如果在酷暑天氣下開會,我們還要開空調、吹風扇,要想辦法正常開展工作。”王恒說,通過該關鍵技術,該工廠實現了所有設備時鐘和數據時標統一、步調一致,足以保證各個設備同一時刻采集的所有數據都打上相同的時間戳再進行傳送。

           

          此外,該技術將工業網絡中的敏感生產信息安全傳輸,讓設備和系統都說同一種“普通話”,用統一的下一代互聯網協議(IPv6協議),讓多協議的異構工業網絡實現互聯互通,數據能實時傳輸和交換,算力惠及每一個角落,使每臺設備都智能起來。

           

          目前,該技術已在工業企業中被廣泛規?;瘧?,并造福“一帶一路”共建國家,用于越南、土耳其、巴基斯坦的水電站群遠程集控系統。

           

          全球物聯網領域標準制定重要策源地

           

          主導制定7項國際標準、牽頭制定18項國家標準

           

          除一項項技術外,從2011成立以來,重點實驗室團隊還在工業物聯網領域主導制定了7項國際標準、牽頭制定18項國家標準。

           

          “經過調研我們發現,到目前為止,整個工業物聯網產業發展有幾十種通信協議,還有一些私有協議,缺乏一個統一互操作的標準和規范,阻礙了物聯網發展最終實現萬物互聯的目標。”物聯網國際標準委員會專家、工業物聯網與網絡化控制教育部重點實驗室骨干成員、重慶郵電大學自動化學院/工業互聯網學院院長魏旻介紹,針對物聯網發展這一關鍵難題,實驗室積極參與國際、國家標準制定,成為全球物聯網領域標準制定的重要策源地。

           

          比如,2022年,由重點實驗室團隊聯合編輯的《物聯網-工廠設施需求響應能源管理應用框架》發布,成為全球首個工廠能耗管控物聯網國際標準。

           

          由實驗室團隊牽頭制定的物聯網領域國家標準《物聯網 系統互操作性 第2部分:網絡連通性》及其對應的國際標準,更是被英國、加拿大、澳大利亞、丹麥、荷蘭等7個國家直接采標應用,被德國工業4.0標準化組織推薦使用……

           

          “新一代科技革命就是要讓工廠里所有設備通過物聯網技術進行連接,像手機與手機之間一樣‘自由通信’。”王恒透露,下一步,實驗室將繼續依托重慶郵電大學自動化學院以及控制科學與工程、儀器科學與技術等重點學科,緊密圍繞國家重大戰略需求,攻克制約工業物聯網發展的智能感知、同步、調度、異構融合等關鍵核心技術,突破工業物聯網自主安全可控智能芯片、時間敏感網絡等難題,面向智能制造、智能網聯汽車等典型行業應用,提出特色解決方案。

           

          來源:重慶日報

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