天天最資訊丨MWC 2023 | 光纖到機(jī)器，打造智能可持續(xù)的制造網(wǎng)絡(luò)

（CWW）工業(yè)4.0，即第四次工業(yè)革命，包括工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)、人工智能和機(jī)器學(xué)習(xí)、云計(jì)算和網(wǎng)絡(luò)安全，推動(dòng)了工廠設(shè)備的智能化和可持續(xù)化轉(zhuǎn)型。智能制造可以提高產(chǎn)量、營(yíng)業(yè)利潤(rùn)率和質(zhì)量，同時(shí)減少浪費(fèi)和能源消耗。工業(yè)4.0需要一張全光網(wǎng)絡(luò)，實(shí)現(xiàn)機(jī)器、跨工廠車間、控制室、邊緣和云端業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)快速傳輸和管理。無(wú)源光局域網(wǎng)（POL，又稱光LAN）基于光纖到機(jī)器（FTTM）架構(gòu)，在制造場(chǎng)景的長(zhǎng)車間產(chǎn)線和惡劣環(huán)境中可實(shí)現(xiàn)快速、可靠和安全的通信。

(資料圖片)

邁向工業(yè)4.0

自18世紀(jì)第一次工業(yè)革命以來(lái)，隨著可編程邏輯控制器 （PLC）的出現(xiàn)，工廠得到不斷發(fā)展。下一步，面向工業(yè)4.0，工廠將提高效率和產(chǎn)出，同時(shí)堅(jiān)持可持續(xù)發(fā)展，實(shí)現(xiàn)“綠色工廠”的目標(biāo)。工業(yè)4.0將數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)化為智能洞察和可視化優(yōu)勢(shì)，如提高設(shè)備效率和質(zhì)量、自動(dòng)化庫(kù)存管理、降低能源消耗、減少浪費(fèi)等。圖1概括了建設(shè)智能、可持續(xù)工廠的關(guān)鍵要素。

圖1：智能、可持續(xù)工廠的關(guān)鍵要素

工業(yè)4.0需要一張無(wú)縫通信網(wǎng)絡(luò)，連接工廠車間機(jī)器、軟件應(yīng)用、數(shù)據(jù)存儲(chǔ)容器和邊緣計(jì)算。這一過(guò)程需要集成、處理和分析海量數(shù)據(jù)。邊緣計(jì)算也需要低時(shí)延通信網(wǎng)絡(luò)來(lái)支撐關(guān)鍵業(yè)務(wù)流程和應(yīng)用程序。同時(shí)，底層通信網(wǎng)絡(luò)必須快速、安全、可靠，且不受工廠環(huán)境的影響。這種情況下，無(wú)線網(wǎng)絡(luò)是一種解決方案，但無(wú)線網(wǎng)在大型工廠和惡劣環(huán)境中速度不夠快，網(wǎng)絡(luò)可靠性和健壯性也較差。相比之下，全光網(wǎng)絡(luò)可以滿足工業(yè)4.0的要求。

解決方案—光纖到機(jī)器（FTTM）

光纖連接，或全光連接，支持大量對(duì)時(shí)間敏感、要求低時(shí)延的工業(yè)設(shè)備互聯(lián)，正成為工業(yè)4.0的骨干。在全光基礎(chǔ)設(shè)施中，F(xiàn)TTM作為關(guān)鍵部分，支持機(jī)器視覺(jué)和人工智能質(zhì)量檢驗(yàn)，還可用于分析低時(shí)延制造控制和管理數(shù)據(jù)。

POL技術(shù)基于無(wú)源（免供電）分光器，在工廠中非常關(guān)鍵，光纖抗腐蝕性強(qiáng)，且不受電磁干擾。全光網(wǎng)絡(luò)還支持跨大型生產(chǎn)線和區(qū)域通信。圖2展示了采用POL的全光智能工廠場(chǎng)景。

使用無(wú)源光網(wǎng)絡(luò)（PON）設(shè)備的POL智能工廠場(chǎng)景

與銅纜和無(wú)線技術(shù)相比，全光網(wǎng)絡(luò)具備關(guān)鍵優(yōu)勢(shì)。雖然無(wú)線技術(shù)可以支持部分設(shè)備間的通信，但它難以滿足云端的低延遲數(shù)據(jù)分析和控制需求。此外，在制造場(chǎng)景下，無(wú)線網(wǎng)絡(luò)受到的干擾往往較多。

傳統(tǒng)的銅纜局域網(wǎng)（LAN）由交換機(jī)和路由器組成，設(shè)備使用五類或六類線連接。圖3展示了POL相較于傳統(tǒng)非光LAN的優(yōu)勢(shì)。

工業(yè)4.0場(chǎng)景 POL vs.傳統(tǒng)LAN

帶寬是基于光纖的POL網(wǎng)絡(luò)關(guān)鍵優(yōu)勢(shì)之一。大多數(shù)以太網(wǎng)雙絞線僅支持100M帶寬，只有少數(shù)雙絞線支持1G帶寬。而基于無(wú)源光網(wǎng)絡(luò)的POL可以支持高達(dá)10G的對(duì)稱帶寬，未來(lái)還可升級(jí)至50G，且網(wǎng)絡(luò)升級(jí)簡(jiǎn)單，無(wú)需重復(fù)布放光纖。

與傳統(tǒng)LAN相比，POL節(jié)省了布線、機(jī)架和交換機(jī)，大幅降低資本支出和運(yùn)營(yíng)支出。同時(shí)，POL采用無(wú)源網(wǎng)絡(luò)，節(jié)省了電力和散熱能耗。此外，光纜體積往往小于五類和六類線，減少了布線空間。一張POL網(wǎng)絡(luò)可以輕松覆蓋半徑20km甚至40km的園區(qū)。

POL采用電信級(jí)設(shè)備，可靠性高達(dá)“五個(gè)9”。如有需要，底層網(wǎng)絡(luò)可提供冗余設(shè)計(jì)。此外，光纖不受電磁干擾、射頻和電磁脈沖的影響。無(wú)源光網(wǎng)絡(luò)網(wǎng)絡(luò)難以篡改，安全性較高，可以達(dá)到國(guó)防機(jī)構(gòu)的安全需求。

目前POL方案面臨的最大問(wèn)題是普及度待提升，與傳統(tǒng)LAN相比，光網(wǎng)絡(luò)較為創(chuàng)新，下列案例分析概述了面向工業(yè)4.0，光網(wǎng)絡(luò)在智能制造場(chǎng)景中的應(yīng)用。

案例分析

比亞迪有限公司是中國(guó)的一家上市公司，主營(yíng)汽車、公共汽車和卡車制造。2022年4月，比亞迪停止了燃油汽車的生產(chǎn)，轉(zhuǎn)投純電動(dòng)和插電式混合動(dòng)力汽車制造。比亞迪從2008年開(kāi)始量產(chǎn)電動(dòng)汽車，并于2021年完成100萬(wàn)輛電車量產(chǎn)。光網(wǎng)絡(luò)在比亞迪實(shí)現(xiàn)智能制造目標(biāo)的過(guò)程中發(fā)揮了重要作用。得益于POL方案，比亞迪在長(zhǎng)生產(chǎn)線上實(shí)現(xiàn)高速、低時(shí)延的網(wǎng)絡(luò)連接。與傳統(tǒng)銅纜相比，POL將布線成本降低了50%。此外，借助無(wú)源組網(wǎng)和高效的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，POL還將功耗降低了40%以上。

比亞迪信息中心通信與信息安全部經(jīng)理羅小平表示：“我們打造了一個(gè)工業(yè)云平臺(tái)，以確保高效高質(zhì)量生產(chǎn)。新的通信架構(gòu)將數(shù)據(jù)中心作為計(jì)算中心，實(shí)現(xiàn)終端設(shè)備的智能管理和控制。通信網(wǎng)絡(luò)必須支持快速部署、高可靠性和靈活性，而傳統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)無(wú)法滿足這些要求。因此我們選擇了POL，以光纖作為傳輸介質(zhì)，這也契合了比亞迪‘科技?綠色?明天’的戰(zhàn)略目標(biāo)。”

陜西法士特汽車傳動(dòng)集團(tuán)（法士特集團(tuán)）是中國(guó)最大的重型汽車自動(dòng)變速器制造商之一。法士特采用了POL方案，以改善其大型制造設(shè)施的生產(chǎn)和質(zhì)量控制。POL提供了必要的帶寬，以在整個(gè)制造過(guò)程中收集大量數(shù)據(jù)，然后快速、可靠、安全地展開(kāi)邊緣和云端分析。法士特表示，工業(yè)4.0背景下，基于POL解決方案承載業(yè)務(wù)，提高了集團(tuán)的產(chǎn)量和運(yùn)營(yíng)利潤(rùn)率。

建議

全球許多制造商正采用全光通信網(wǎng)絡(luò)，實(shí)現(xiàn)安全、可靠的寬帶通信。全光網(wǎng)絡(luò)支持人工智能、機(jī)器物聯(lián)網(wǎng)、遠(yuǎn)程視覺(jué)和控制以及數(shù)據(jù)分析，從而改進(jìn)了制造流程，完善了效率和質(zhì)量控制。全光網(wǎng)絡(luò)還能在惡劣的制造環(huán)境中運(yùn)行，不受化學(xué)品、振動(dòng)或溫度的影響。

在全光技術(shù)中，POL是實(shí)現(xiàn)工業(yè)4.0和軟件定義制造的關(guān)鍵驅(qū)動(dòng)力，它集成了新的通信技術(shù)，同時(shí)簡(jiǎn)化了網(wǎng)絡(luò)，降低了能耗。POL為制造設(shè)施提供了可靠而強(qiáng)大的光纖寬帶通信網(wǎng)絡(luò)，實(shí)現(xiàn)了機(jī)器間、機(jī)器到操作人員以及公司所有團(tuán)隊(duì)和部門的全網(wǎng)絡(luò)覆蓋。

因此，建議制造商研究POL技術(shù)，了解其能力，以擁抱工業(yè)4.0和軟件定義制造的趨勢(shì)。

關(guān)鍵詞： 制造網(wǎng)絡(luò) 工業(yè)4 0 工業(yè)物聯(lián)網(wǎng) MWC-2023