迈向智能世界系列：工业网络全连接-华为2024

HUAWEI中国信通院El55G55G构建万物互联的智能世界121世纪的今天，我们正处在一个前所未有的工业变革时代。随着信息技术的飞速发展，全球工业格局正在经历着深刻的调整和重塑。作为世界第二大经济体，中国正站在推进新型工业化宏伟蓝图的历史节点上。新型工业化不仅仅是传统工业的简单升级，而是一场以数字化、网络化、智能化为引领的全面革新。这一战略的核心，在于通过与高新技术的深度融合，实现工业生产方式的根本转变，推动产业结构的优化升级，构建起更加开放、协同、高效的现代工业工业网络全连接，正是新型工业化战略的关键一环。它意味着在工业生产全过程中，通过物联网、云计算、人工智能等技术手段，实现设备、生产线、工厂、供应链乃至整个工业生态系统的无缝连接。这不仅能够极大提升生产效率和产品质量，还能够实现资源的最优配置，降作为一位长期从事工业过程网络化和自动化的研究学者，我很幸运能够见证并参与了这一受应用行业、应用场景的限制，以及各大工业企业间博弈等原因，工业网络世界，不像ICT、互联网世界，开放且统一，而是呈现出较强的封闭性。即使在国际电工委员会IEC等组织工业网络标准多年来累计共计定义了数十类，形成了稳定常态的七国八制格局。IEC现场总线国际标准历经16年，经过9次投票表决，最后通过协商、妥协，才通过了多种类型的现场总线作为IEC61158国际标准。原希望制定统一现场总线技术标准的努力最终以失败告终，妥协形成的多个标准之间互不兼容，无法互联互通。工业以太网标准延续了工业总线标准制定的模式，从工业现场总线、工业以太网标准的诞生过程中可以看出，技术发展很大程度上受到市场规律、商业利益的制约，技术标准不单是一个随着近几年工业互联网、新型工业化的快速发展，越来越多的企业、专家、学者认识到，传统的垂直割裂的ISA95架构已经严重制约了新技术在工业的发展应用。在工业互联网、工业数字化的新浪潮下，工业控制网络与工业信息网络逐渐呈现融合趋势，具备支持多业务、多协议、多厂商设备和数据互联互通、共网承载以及高质量传输能力，工业网络全连接已经成为发2本报告概述和分析了工业网络当前的需求、场景、痛点和发展趋势，给出了丰富的案例，并提出了工业网络的发展建议，有助于产业各同时，我们也要清醒地认识到，工业网络全连接不仅仅是技术问题，更是一场涉及经济、社会和产业等多方面的深刻变革。它将重塑我们的生产工作方式，在多方面衍生新的挑战。因此，我们必须在推进工业网络全连接的同时，加强相关领域的研究和建设，确保这一变革能够展望未来，我相信，在广大科技界、工业界的共同努力下，新型工业化必将全面实现，为3工业网络作为现代工业生产活动的关键基础设施，贯穿了人、机、料、法、环、测等各个生产环节，是数字化智能化的基石。随着工业革命的不断演进，工业网络经历了从模拟通信向数字通信转变，现场总线向工业以太网转变、有线网络向无线网络拓展的不断演进，而技术进步和市场需求，是推动工业网络持续革新的核心动力。展望2030年及更远的未来，工业网络将从技术层面来看，工业网络将变得越来越灵活和智能。数字化转型的深入发展使网络在制造业中的作用日益重要，网络的角色正在从传统的“信息传输”升级为提供“能力服务”，这意味着未来的工业网络需要根据不同的应用场景灵活便捷提供定制化的服务。例如，一些企业可能需要高带宽以支持大数据的快速传输，而另一些则可能更关注网络安全或低时延以保证实时控制。为了满足这些多样化的需求，需要打破传统的封闭生产控制系统，解耦并重塑现有的垂直层级化工业网络，构建一个IT与OT深度融合、开放通用、扁平化的新型工业网络体系。这样的体系将能够实现工业领域的泛在互联、确定承载、开放智能和安全护网。从需求角度来看，工业网络将成为数字化转型的强大引擎。在当今这个数据驱动的时代，工业网络不仅仅是连接机器和系统的纽带，更是实现数据流动、分析和应用的关键平台。工业网络通过实现设备的互联互通，使得数据能够在整个生产链中自由流动，这种能力使得企业能够更快地响应市场变化，优化生产流程，提高资源利用率，并且能够通过预测性维护减少停机时间，提升整体的运营效率，此外，工业网络还支持新的商业模式的创新，如远程监控服务等，优化客户体验，拓宽企业收入来源。加快构建全连接的工业网络基础设施，深度挖掘工业数据价值，解决工业企业当前业务发展的痛点和瓶颈，已成为企业数字化转型的关键环节，也《迈向智能世界2030-工业网络全连接》这本报告，从总结工业网络的发展历程入手，树立了面向2030的先进工业网络“灵活极简、可靠性能、一网多能、经济适用、自然友好、安全无忧、生态共荣、数智融合”八大目标愿景（ADVANCED），提出了“接入泛在化、联结融合化、网络自智化、网安一体化”的四大发展趋势，为2030工业网络描绘了建设蓝图。此外，报告立足各行业的实际业务需求，梳理了先进工业网络的八大价值场景，明确了先进工业网络的4目标架构和关键指标。这将为中国构建新型工业网络体系、加快发展新质生产力，全面赋能新未来已至，工业网络正引领着传统工业领域的生产方式变革，为人类带来更美好的生活，5伴随工业革命的演进，工业网络的发展依次经历了从无到有，从模拟通信到数字通信，从现场总线再到工业以太网，从有线到无线的发展阶段。近年来，更有工业物联网、工业互联网概念不断涌现，广义上讲，这些工业用的网络可以统称为工业网络。由于信息技术（IT）、通信技术（CT）的快速发展，工业界由原来比较封闭的自动化/运营技术（OT）领域，逐渐向信工业网络技术的多样性对于工业转型升级和制造业高质量发展带来的益处毋庸置疑，但也确实由于概念和技术类型过多而对于用户造成了一些困惑。一方面，对于工业而言哪个技术更先进、更适应，谁包容谁，相互有何关联、有何区别？这些问题一直是学术界和工业界争论的焦点；另一方面，对于已有工厂升级改造或新建工厂，从工厂内外网络的工程设计、建设实施到运行维护、安全保障，都需要有专业的技术指导。当前，在智能制造、工业互联网背景下，底层工控自动化系统/工业网络与各种信息系统、应用平台的集成程度如何、对满足工业生产这本报告对工业网络相关的概念进行了梳理，归纳了八大典型应用场景和相匹配的网络技术，憧憬了全连接的工业网络的未来，对于企业数字化转型和供应链协同提供了很好的参考和与信息领域网络技术相比，用于工业应用的网络技术的功能定位与服务对象更聚焦，首先要满足工业生产制造的基本应用需求，解决工厂内部的自动化控制、现场数据采集、横向集成和纵向集成等问题。从通信角度，必须满足工业应用数据传输的实时性、确定性、可靠性等要求；从功能完备性角度，在满足基本数据传输功能基础上还需考虑互操作性、本质安全性、功能安全性、信息安全性、高可用性、集成性等要求。因此，信息领域通用的网络通信技术并不是直接“拿到”工业中应用的，必须先评估其是否满足上述工业应用要求，这也是工业以太网对于IEEE802.3（以太网)通信协议进行改造、工业无线网对于IEEE802.15.4（低速率无线个人局域网）和IEEE802.11（无线局域网）通信协议进行改造的根本原因。自适应、自决策的能力，借助于边缘计算、云计算、大数据、人工智能等技术，实现整个生产不管是哪种网络技术，都是通信技术、信息技术与工业应用的深度融合，作为赋能手段，一定会给工业生产模式带来巨大变革，但切不可本末倒置，应始终“不忘初心”将满足工业生6产需求放在首位。当前我国制造业发展不平衡、不充分的特点突出，“工业2.0、3.0、4.0”并存局面还将长期存在，企业面临的最大问题是产品质量与生产效率不高等切实问题。因此，不而随着工业应用领域不断扩大，不同行业领域对于工业网络提出新的需求，例如：矿区煤矿采掘和运输工作环境恶劣，安全事故易发，具有远程采矿、无人驾驶的场景需求，需要大带宽、低时延、高可靠的网络如5G等技术支持；半导体加工所使用的制造设备需要纳米级的定位总之，这份报告详细阐述了工业网络全连接的核心理念和发展趋势，通过高度集成的网络增强企业竞争力。这一理念的实现，离不开标准化工作的支持。全国工业过程测量控制和自动化标准化技术委员会（SAC/TC124）一直致力于推动工业网络标准的制定和实施，确保技术的一致性、互操作性和安全性，为全连接工业网络的构建提供坚实的基础。仪综所愿意与业界共SAC/TC124副主任委员7工业网络作为数据传输的媒介，要广泛连接工业的人机料法环和研产供销服等全要素，并且随着工业自身的发展和技术的进步，业界正呼唤更高移动性、更高确定性、更低时延、更大带宽回顾通信技术的发展历程，业务、网络和终端的持续发展，开启了一个又一个伟大时代。从电报到电话、再到互联网和今天的多媒体时代；从第一代移动通信直到5G和今天的5G-A时代；终端也从电报、电话演变为手机、电脑、手表，以及AR/VR/MR等各种智能终端。随着人而工业作为实体经济的主体，是社会发展的支柱产业。工业的发展虽然缓慢，但却是坚实而有力的。工业网络必然会随着工业自身业务和工业装备的演进发展，同步变迁和演进，推动在这个发展过程中，工业网络就像是贯通全身的“神经”，为工业企业的业务活动提供全面泛在的连接。通过引入5G、F5G、Net5G及其演进技术5G-A、F5G-A、Net5.5G等先进工我们希望通过本报告，深入探讨工业网络面临的痛点和未来场景，展望工业网络的发展趋势和愿景，激发业界同仁的思考与共鸣，同时也实现工业装备数字化、工业网络全连接、工业软件云化以及工业数据价值化，不断推动数智技 9当前，全球科技创新正在进入空前密集活跃的时期，新一轮科技革命和产业变革深入推进，打开了生产力跃升的机遇窗口。在国家深入推进新型工业化与新质生产力发展的背景下，数字化与智能化将为工业注入新动能。在2023年5月华为携手中国信息通信研究院、罗兰贝格发布的《工业数字化/智能化2030》白皮书中，我们憧憬了代表工业数字化/智能化未来趋势的“新四化”，即工业装备数字化、工业网络全连接、工业软件云化和工业数据价值化，它•工业装备数字化：当前大量制造装备未联网，难以支撑更加敏捷、高效的生产作业要•工业网络全连接：工业网络作为数据传输的媒介，支撑高稳定高可靠的数据交互、连续•工业软件云化：工业软件发挥数据汇聚、分析、决策、反馈的作用，是开展全局调优的•工业数据价值化：工业数据成为企业的关键资产和生产力，是工业企业开展深度分析、价值挖掘的宝贵资产，需要持续释放出更大的应用价值。（图1-1:工业数字化四大支柱性要素）光5G5GWi-Fi... “要转型，先修路”，工业网络正是工业数字化转型的“路”，也是智能世界中最关键的底层基础设施。它无处不在，广泛连接着工业现场的人/机/料/法/环/测全要素和研/产/供/销/服的全场景，支撑着工业企业构建泛在互联的工厂和全流程体系。因此，发展全连接的工业网络是实现工业数字化转型的必然选择，也是发展新质生产力、促进新型工业化的关键抓手之一，本报告首先定义了工业网络的范围，展望了未来工业网络的美好愿景；然后识别了工业网络的八大高价值场景，这是工业企业部署落地的切入点；并提出了工业网络发展的四大趋势，即接入泛在化、联接融合化、网络自智化、网安一体化；最后，对下一代新兴工业网络技术进回溯过往，工业网络是一个“慢市场”，平均每10-20年才历经一个大的代际。工业网络的发展依次经历了从无到有、从模拟通信到数字通信，从现场总线再到工业以太的发展过程。相比于日新月异、每5-10年演进一代的ICT网络，工业网络的演进节奏更慢，但始终是支撑着工业革命演进的内核力当前的工业网络又站在了迎接下一个全新时代的路口——未来的工业网络一方面需要提升性能以支撑工业4.0发展，另一方面也将以兼收并蓄的姿态吸收ICT领域的先进技术、实现OICT的融合。展望未来，工业网络将以ADVANCED为愿景，致力于为工业企业增进体验和创造价值。ADVANCED并不意味着一定要使用最领先、最高性能的网络技术，而是要回归到工业企业的使用体验和价值感知上，实现A我们在报告中总结了对工业网络具有迫切需求的八大高价值场景，作为率先落地的重点。这些场景对工业网络的能力、形态与技术特点具有鲜明需求、是跨行业的共性应用，包含“大流量”的视觉应用、“高精度”的运动控制、“柔性化”的产线配置、“少人化”的远程操控、“全感知”的数据采集、“集中化”的产线控制、“跨园区”的协同工作、“无缝化”的数据互通。八大高价值场景对工业网络的需求是高度差异化的，决定了多种接入技术长期共存的格局：不存在某种“包打天下”的网络技术可以满足所有场景需求，因此未来的工业网络必然是多种技术长期共存、互为协同、百花齐放的。接入泛在化：2022年数字化设备联网率仍处于51.2%的相对低位水平。工业企业应确立“全场景连接”的目标，在短期内打造全连接工厂、中长期迈向全互联生产系统，为此需要遵循两个基本原则：一是业务适配，遵从网络能力六角模型，基于场景需求选用“经济又好用”的接入技术、不盲目追求“十项全能”；二是化繁为简，拥抱无线化，将无线作为有线的有益补充，在特定场联接融合化：OT网络呈现七国八制格局。尽管接入技术是异构、多样的，但工业企业通过数据互通、IP到底等关键途径，形成基于数据或IP的“瘦腰”架构，实现IT与OT融合。基于IT与OT融合的网络架构，需要进一步突破“一网一用”的低效困局，让多元业务可在一个网络架构中和谐共存，做到网络自智化：越来越多企业意识到使用网络的关键目标是减少故障（47%）、保障生产稳定性（60%）、提升用户体验感（45%）、降低运维成本（28%）。工业企业应以网络自动驾驶为目标，推动网络自智水平向L4（高度自智）乃至L5（完全自智）迈进，为此需要在技术和理念上革新：技术上，将网络数字孪生作为网络驾驶的“活地图”，帮助用户看清全网，提供导航式体验、一站式管理；理念上，将轻量极简运维作为网络驾驶的“方向盘”，采用“网络运维即服务”模式，让网络运维变得简单轻松。网安一体化：制造业连续两年在所有行业中受到的网络威胁攻击最多，占比近25%。工业企业应将网络和安全视为相互依存的整体，通过网络与安全同步规划、同步建设、同步维护，建立起系统性的网络安全 1 9 第一章工业网络的愿景 （一）接入泛在化 （二）联接融合化 （三）网络自智化 （四）网安一体化 （一）工业网络的定义与范围工业网络指工业企业生产经营活动中所使用的网络，是构建工业环境人、机、物全面互联的基础设施。通过满足企业生产、办公、安防、数据中心和云平台等设备连接和数据互通的功能需求，工业网络可以实现工业研发、设计、生产、销售、管理、服务等要素的互联，促进各工业网络由网络互联和数据互通两个层次组成1。网络互联可实现要素间的泛在互联及数据传输；数据互通则通过数据和信息在各要素间、各系统间的无缝传递，使得异构系统在数据层面能相互“理解”，实现应用层面的互操作与信息集成。（图1-2:工业网络的范围）信息模型应用层通信语义互操作网络互联数据互通信息模型应用层通信语义互操作网络互联工厂外网公网公网专网（物理隔离/虚拟）专网（物理隔离/虚拟）工厂内网生产网络IT网工厂级两层三级生产网络IT网工厂级两层三级车间级车间级OT网现场级办公安防安防•工厂内网包含生产网络、办公网络和安防网络等，用于生产要素互联以及企业IT管理系统间连接。其中，生产网络作为内网的核心构成部分，呈现出IT网络（Information•工厂外网包含公网和专网，是以支撑工业企业全生命周期各项活动为目的，用于连接企业上下游、企业总部与分支机构、企业与云业务、企业与智能产品、企业与用户之间的网络2。工厂外网通过各种形式的公网或专网实现互联，承担供应链上下游信息流动，数1根据工业互联网产业联盟《工业互联网网络连接白皮书（2.0版）》，工业互联网功能架构主要由网络互联、数据互通、标识解析三大模块组成。标识解析不属于本2工厂内网和工厂外网定义参考工业互联网产业联盟2018年9月发布的《工业互联网网络连接白皮书》和2021年9月发布的《工业互联网网络连接白皮书（2.0版）》数据互通方面，工业网络涵盖信息模型、语义互操作和应用层通信功能，支撑了数据语义层面的相通和互相理解，从而实现数据应用的快速开发和部署。其中，信息模型提供完备、统一的数据对象表达、描述和操作模型，实现信息在语义层面的标准化描述，保证互联后的信息交互；语义互操作可实现工业数据信息的发现、采集、查询、存储、交互等，实现工业数据信息的请求、响应、发布、订阅等功能；应用层通信支持数据信息传输安全通道的建立、维持、关闭，管理工业数据资源相关的装备、传感器、远程终端单元、服务器等设备节点。他们一起构成了工业数据互通、语义互操作的基础。不同行业和用户制定了各领域的信息模型，例如针对包装领域的OMACPackML、针对机床工具领域的MTConnect或国内机床工具领域的NC-Link、实现不同总线的设备互联访问机制的FDT/DTM、生产系统工程中的数据交换标准AutomationML等。而通过OPCUA或DTML可实现跨平台的、可扩展的、安全的数据理解和集成，使得数据和信息可在各要素间、各系统间无缝传递，异构系统在数据层面能相互“理解”，并进一步实现从现场到云的全面数据互通（二）工业网络的未来愿景伴随工业革命的演进，工业网络的发展依次经历了从无到有，从模拟通信到数字通信，从工业总线再到工业以太的发展阶段。相比日新月异的ICT领域，工业网络是个“慢市场”，平均每10-20年历经一个大的代际。（图1-3:工业网络的技术演进历程）2013-1970-2010s工业3.01765-1870s工业1.01870-1970s工业2.0工业4.0机械化智能化2013年汉诺威工业博览会正式提出2013-1970-2010s工业3.01765-1870s工业1.01870-1970s工业2.0工业4.0机械化智能化2013年汉诺威工业博览会正式提出1784年第一台纺织机工业革命1969年世界第一台PLC诞生工业网络支撑工业革命演进工业网络支撑工业革命演进工业网络无工业网络工业网络新技术2020s-工业以太1990s末兴起模拟通信1960s兴起现场总线1970s兴起尚未出现工业网络，以气动+手工为主工业无线模拟控制系统现场总线5GWi-Fi6/7星闪...串行数字通信工业以太 工业PONTSNIPv6+SPE信息通信技术 OICT第1代移动通信2G3G4G5G/5G-A移动通信技术技术信息技术Wi-Fi7F5G/F5G-AF2GF1GF3GF4G云计算(2006)C语言(1969)...1870...19601970198019902000201020202030工业网络无工业网络工业网络新技术2020s-工业以太1990s末兴起模拟通信1960s兴起现场总线1970s兴起尚未出现工业网络，以气动+手工为主工业无线模拟控制系统现场总线5GWi-Fi6/7星闪...串行数字通信工业以太 工业PONTSNIPv6+SPE信息通信技术 OICT第1代移动通信2G3G4G5G/5G-A移动通信技术技术信息技术Wi-Fi7F5G/F5G-AF2GF1GF3GF4G云计算(2006)C语言(1969)...1870...196019701980199020002010202020301.无工业网络时代：以气动和手工操18世纪末，以英国为代表的部分西方国家完成了农业革命，对工业用品的需求扩大，传统的手工业生产已经不能满足市场需求。1784年第一台蒸汽驱动的纺织机出现，标志着工业革命的开始，工业生产正式进入机械化时代，也称之为工业1.0。2.模拟通信时代：推动工业2.0实现大19世纪末，在劳动分工的基础上，从采用电力驱动的制造设备开始，工业生产以流水线的方式实现了产品标准化、规模化的批量生产，进入了工业2.0时代。在工业2.0的后半程（20世纪60年代），由气动、电动单元组合而成的手动控制系统进一步升级为使用模拟电路回路的反馈控制器，形成了早期的工业控制系统，实现了现场传感器与控制器之间、简单点到点的单向信号传输功能，有效支撑了标准化流水线的生产模式。考虑到工业环境防爆等要求，在流程行业，模拟电路主要选用4-20mA的电流环传输模拟量。作为最初的工业网络形态，模拟通信的速率低，单线路只能承载单一测量信号/数据传输，布线方式复杂，每个工程3.现场总线时代：大幅提升工业控制20世纪70年代以后，电子与信息技术的广泛应用，推动着制造自动化水平的大幅提升，工业企业通过自动化产线和装备实现了按计划、规模化生产，也称之为工业3.0。这一时期开始的显著标志是1969年美国数字设备公司（DEC）研制出世界上第一台PLC（PDP-14），并在美国通用汽车公司的生产线上试用成功3，首次将程序化的手段应用于•串行数字通信：20世纪70年代，RS-•现场总线技术：20世纪80年代，现场2023年5月，AUTBUS系列国际标准5由3清华大学出版社，《电气控制与PLC技术》4中德智能制造科技创新合作联盟，《新一代工业通信技术研究报告》5共包括5项工业通信技术标准，即IEC61158-3-28:2023（数据链路层服务）、IEC61158-4-28:2023（数据链路层协议）、IEC61158-5-28:2023（应用层服务）、IEC61158-6-28:2023（应用层协议）、IEC61784-1-22:2023（工业网络行规）4.工业以太时代：通信实时性和确定当进入到工业3.0的后半程（20世纪90年代末），工业界意识到现场总线的众多标准在某种意义上等同于无标准，于是开始寻求新的工业通信出路——工业以太网随之兴起。工业以太网在IEEE802.3以太网标准基础上，增强MAC协议以满足工业应用对实时性、确定性的要求。相比现场总线而言，工业以太网具备更高的传输速率和吞吐量，可以更好地适应于需要高速数据传输和实时控制的工业自动化应用，同时也兼具价格优势。常见的工业以太网协议包括EtherCAT、Profinet、Ethernet/IP、Powerlink、CC-Link尽管这些不同的工业以太网协议都是基于IEEE802.3以太网架构，但为了满足工业的实时性、可靠性等要求，在协议栈设计上并没有完全遵循TCP/IP协议栈模型，只是借用以太网报文帧格式，对数据链路层做了不同程度的硬件修改或软件修改，并非是基于IEEE802.3的标准以太网。这也是各种工业以21世纪初，部分场景下线缆安装与维护成本较高，成为工控系统发展的瓶颈，无线技术开始被引入工业，成为对工业以太、现场总线的有益补充。国际上主要有基于IEEE802.15.4的用于过程自动化的WirelessHART、WIA-PA、ISA100.11a，以及基于IEEE802.11的用于工厂自动化的WIA-5.工业网络演进的未来：ADVANCED鉴往知来，工业网络始终是支撑着工业革命演进的内核力量、是推动生产力水平持如今，我们正进入工业4.0时代，AI、大数据、云计算、边缘计算等技术为工业生产的提质增效注入新动力；5G、Wi-Fi6/7、星闪、工业PON、TSN、IPv6+、SPE等新型ICT技术也逐步渗透进工业领域，呈现出OICT融合的趋势。以10-20年为一个代际，工业网络又重新站在了迎接下一个全新时代的路口，我们憧憬未来的工业网络将是以6信通院、华为等联合编制，于2021年11月发布的《工业网络联接IP化技术与实践白皮书》ADVANCED为愿景的工业网络。ADVANCED并不意味着一定要使用最领先、最高性能的网络技的2030愿景）工业网络的2030愿景ADVANCEDIndustrialNetworkAAgility&Minimalism灵活极简DDependablePerformance可靠性能VVersatileNetwork一网多能工业网络AAffordableSolution经济适用目标愿景NNature-Friendly自然友好CCybersecurity安全无忧EEcosystemCo-prosperity生态共荣DDigitalization&IntelligenceConvergence数智融合Agility&Minimalism（灵活极简）：工业网络不再是复杂、高深、难用，而是以工业企业的使用体验为中心的，做到简单好用、即插即用。同时，即便是极简化的网络，也可以保持游刃有余的弹性能力，从容DependablePerformance（可靠性能采集、传输、转发数据作为网络的基础能力将得到进一步巩固加强，工业网络将走向更高的确定性、更低的时延、更长时间VersatileNetwork（一网多能）：为多个业务建设多张网的“一网一用”模式在持续加重工业企业的投资和运维包袱，通过一张网尽可能多地承载多种业务、提供多种能AffordableSolution（经济适用未来Nature-Friendly（自然友好）：通过具备环境适应性的绿色节能技术，实现网络乃至全系统的低能耗和环境友好，助力迈向低Cybersecurity（安全无忧）：工业网络需要具备安全韧性内生能力，能实现主动防御、智能感知、协同处理，保障网络、设备、数据的稳定可靠和安全可信，坚定捍卫Ecosystemco-prosperity（生态共荣行业生态不再是烟囱林立的封闭系统，而是让工业界伙伴一起共享开放、通用、兼容的技术协议栈，不同层次的通信技术可以独立Digitalization&IntelligenceConvergence（数智融合）：工业的数字化/智能化要求网（三）工业网络的未来参考在工业网络的目标愿景下，未来的工业网络架构会是怎样的呢？我们认为应该回归到工业企业当前网络架构中的痛点与挑战、离散制造行业的突出特点是多个相对独系列离散工序加工装配成为成品。其典型的（MES）→过程监控（SCADA）→多个并列的生产控制系统（PLC）→现场设备五层，如以某汽车产线为例，当前网络架构的主•从单个生产控制系统看：软硬件形成耦合封闭系统，给工业企业在配置、调试、数据采集、产线改造升级、稳定供货等方面带来挑战；同时，焊装车间对并发数采点位、时延性能要求高，对网络能力及成本的兼顾提出了•从横向的多个生产控制系统看：当前汽车产线的主流通信协议包括Profinet、EtherCAT等工业以太网技术，以及ProfibusDP、DeviceNet等现场总线技术，协议接口众多7。不同厂商的工控系统使用不同的通信协议，难以协同和业务联调，也难以实现数据、算法及应用的批量复制，导致工业企业被已有协议供应商绑定，离散制造行业-典型网络架构以某汽车产线作为示意ERP/PDMERP/PDM…L3L3L1IT网MES1IT1IT网SCADA22PLCPLCPLCPLCPLCPLC33工业以太交换机工业以太交换机现场总线Pro现场总线ProfibusDP、DeviceNet工业以太Profinet、EtherCAT工业以太伺服伺服专用CNC伺服伺服专用CNC机器人夹具当前网络架构下的主要业务挑战11·IT与OT割裂，集团/厂区管控下不去、工厂数据上不来·IT网络扩展性、灵活性差，难以支撑业务升级扩容、平滑演进22·不同工控系统难以横向协同和多业务联调，形成烟囱式格局·不同厂家设备分散部署，统一运维难度大、成本高33·PLC生态端到端封闭、软硬捆绑，面临开发难度高、货期长等风险·不同厂商间通信协议不兼容、“各说各话”，设备数采难度大·产线装备固化，引入新业务或开展产线升级改造的难度大·数采并发点位多、时延性能要求高7参考工业互联网产业联盟（AII《5G/5G-AURLLC场景需求白皮书（2022年）》流程制造行业的突出特点是使用一系列理反应，往往具有365天×24小时不间断生产在现场设备层存在大量的4-20mA/HART接口以某石化园区为例，当前的网络架构除了面临离散制造行业相似的问题，还存在自•布线难度大、成本高：设备厂商多、线缆多，布线难度大、集成周期长；占地面积大、覆盖距离长达数百至上千米；长距离的布线不仅对成本提出挑战，还对耐用耐腐蚀、本质安全、•带宽不足，难以支撑智能仪表业务：石化园区的主流通信协议包括ModbusTCP、EtherNet/IP，4-20mA/HART、FFH1、ProfibusDP/PA、ModbusRTU等现场总线和工业以太技术。受限于带宽，复杂参数采集时可能耗时•节点多，管理困难：一个石化园区可能涉及成千上万的仪器仪表，每年上站校准1-2次的工作量和成本极高。流程制造行业-典型网络架构以某石化园区作为示意 Internet(操作员培训系统)(生产执行系统)L3-L4 工程师站操作员站防火墙 Internet(操作员培训系统)(生产执行系统)L3-L4 工程师站操作员站防火墙1·数百米至千米的远距离布线成本高昂，同时需符合耐用、本安供I/O系统柜L12·带宽小、数采慢，复杂参数采集I/O系统柜L12·带宽小、数采慢，复杂参数采集·可靠性不足，链路故障隐患高、200-1000米1250-200米4-20mA/HART、FF200-1000米1250-200米4-20mA/HART、FFH1、ModbusEtherNet/IPTCP、ProfibusDP/PA、Modbus 33·采集点众多，大乙烯、大石化、煤化工等项目DCS采集点高达十·设备厂商多、线缆多，布线难度究其根本，当前网络架构痛点的根因是来自于工业3.0时期的经典自动化架构——ISA-95架构，其难以满足工业4.0下日益增长的数据畅通流转、全局调度优化、创新型应用等诉求。尽管ISA-95架构在工业自动化初期为企业提供了全面指导和规范，但当企业迈向数字化深水区、需要获取更广泛的数据以实现对生产过程和运营管理的实时监控与分析时，就会发现ISA-•垂直分层多，数据可访问性差：上一级应用只能访问预先配置采集的数据、无法溯源，而且可能存在数据丢•IT与OT割裂：研发、企业资源计划、供应链等上层应用（IT层）与生产执行过程（OT层）分离，业务流程碎片•锁定效应强，灵活度受限：不同自动化厂商之间的通信协议难以兼容，使得数据获取和转换成本高，工业企业在配置调试、备件管理、功能扩展、改造升级等方面形成对供应商的强依•难以满足创新应用的落地需求：难以线生产管理8、工业数字孪生、基于机在拥抱工业4.0的路上，工业自动化架构从ISA-95架构走向更加扁平化的云边端网协同架构正成为工业界的探索方向。国际化组织5G工业自动化联盟10（5G-ACIA）在《5G与TSN集成的工业网络白皮书》11中提出，工业3.0下的垂直架构将演变为云边端网的扁平化架构，从而适配工业4.0下企业的大规模定制、效率提升的要求,此外，OPCFoundation12也提出ISA-95架构将走向IT与OT融合的网络状架构，不同供应商的控制器、设备、应用程序和系统都将共用一个网络、同时使用IT与OT协议13。工业自动化架构革新将是工业发展历程中的历史性变革，其关键革新点在于对原有垂直层级体系的解•开放自动化：生产控制系统从封闭走向软硬件解耦，不再受限于特定厂商的专用设备，可以依据被控设备的时延要求，灵活地将生产控制系统部署在云/边/端。放眼国际，以开放自动化为特征的新型工控正成为全球布局焦点，美、欧等产业联盟、标准组织14集聚全球工业及信息通信头部企业共同打造新型工控方向、构建新生8如XR浸入式在线故障诊断，参考工业互联网产业联盟《工业网络3.0白皮书（20229张恒升，2023工业互联网大会演讲材料，新型工业化发展的网络新基石——《工业网络3.0白控制（HirschmannAutomation&Control）、华为、英飞凌（Infineon）、自动化和通信研究所（IfAK）、英特尔、三菱、诺基亚、恩菲尼克斯电气（PhoenixContact）、西门子、通快（Trumpf）、沃达丰（Vodafone）等115G-ACIAWhitePaper，《Integrationof5GwithTime-SensitiveNetworkingforIndustrialCommunication》，/publications/integration-of-5g-with-time-sensitive-networking-for-industrial-communications/12OPCFoundation的使命是管理一个由最终用户、供应商和联盟合作创建的用于多厂商、多平台、安全可靠的工13OPCFoundation，《ExtendingOPCUAtothefield:OPCUAforFieldeXchange(FX)》，https:///wp-content/uploads/2020/11/OPCF-FLC-Technical-Paper-C2C.pdf14例如，开放流动自动化论坛发布开放自动化标准O-PAS，从2017年至今，已迭代3个版本；国际过程工业自动化用户协会发布NE175-179NOA开放自动化标准，与工业4.0技术紧密融合；工业互联与自动化5G联盟从OT角度推动5G网络技术适配工业需求，开展5G在工业确定性通信方面测试床建设态；国内方面，在2023年11月的中国5G+工业互联网大会上启动的“新型工控启航行动”，旨在探索新型工控技术路径与应用模式，共同打造工业•算网一体：云边端网一体化协同，依托工业网络无缝连接云/边/端，支持云端训练，边缘推理等人工智能业务，实现算力灵活调度，让算力如同水/电资源一样在网络上快速、安全、智能地传递，满足新型应用的需求；同时也让工业数据全网流转，实现“数据上得来，智能下得去”。（图1-7:工业自动化架构的演进方向）工业3.0L3-L4ISA-95金字塔架构L3-L4革新工业4.0 连接至公有云云边端网协同架构 连接至公有云生产运营、调度、监控云端一体化，生产运营、调度、监控云端一体化，实现数据智能分析和处理MES/SCADA云ERP/MES/SCADA/云化PLC…MES/SCADA云ERP/MES/SCADA/云化PLC…数据上得来算力下得去PLC集中化、虚拟化Control/L1软硬件解耦，按需灵活部署开放自动化算网一体数据上得来算力下得去PLC集中化、虚拟化Control/L1软硬件解耦，按需灵活部署开放自动化算网一体本地控制… PLC/DCS控制边缘控制IO模块智能装备/仪器仪表… PLC/DCS控制边缘控制IO模块智能装备/仪器仪表终端设备数量快速增长Field15插图参考5G工业自动化联盟（5G-ACIA）《5G与TSN集成的工业网络白皮书》BeforeNowAfter垂直割裂逐步融合全面融合垂直割裂逐步融合全面融合工业自动化架构及数据流所需的工业网络架构L3OTOTL1·分层分段部署，IT与OT割裂，业务流程碎片化生产IT网生产IT网MES数采网数采网SCADA/HMISCADA/HMI工控网工控网无线接入 无线接入 无线连接执行/伺服电机执行/伺服电机传感/仪器仪表AGVL3L1·纵向上按需上云融合部署，横向上加强数据互通MES/SCADA工业网络工业网络 协议转换网关 无线连接传感/仪器仪表传感/仪器仪表执行/伺服电机AGV云边端端边端边端端·开放自动化，形成云边端网扁平化架构MES/SCADA/PLC无线无线接入工业网络无线连接智能仪器智能仪器仪表执行/伺服电机AGV智能装备垂直割裂是对前文离散行业、流程行业网络架构的凝练总结，也是当前众多工业企业仍处于的阶段，具有IT与OT割裂、网络分层分段部署、业务流程碎片化、数据孤岛化等特点。在该网络架构下，工业企业不仅受到前文描述中ISA-95架构下的种种制约，还面临网络重复投资、运维效率低下的困境——过去往往习惯于对单个业务单独建立一张网络，采用“一网一用”的模式、形成了“烟囱林立”的多张网，造成了资源重复越来越多的工业企业基于存量的生产控制系统和设备，开展工业网络的融合化改造——推动IT与OT逐步融合、逐步贯通，尽管二者的边界尚未完全消融。其相比上一阶段的关键突破在于：纵向上按需选择将ERP、MES、SCADA上云，实现融合部署、数据拉通；横向上通过加装协议转换网关实现跨厂商异构系统间的数据互通，也作为衔接IT网与OT网的枢纽。这对于工业企业的价•纵向更加扁平：云侧的融合部署大幅提升了从资源管理侧（ERP）到生产执行侧（MES）到数据采集侧（SCADA）的数据交互效率，改变了以往数据逐层上传下达的低效模式，提升了实时数据洞察与全局决策优化能力，帮助工业企业更加敏捷应对内•横向更加互通：实现了跨厂商跨协议的多产线、多控制器间的数据互通，有利于加强不同工艺段间的协同与互操作，从而更好地支撑大规模定制、快速换线、混线生产等创新应用的落地。全面融合的网络架构适用于传统工厂大规模改造升级或新建智能工厂的情形，代表了终局形态和工业企业的努力方向——垂直割裂的架构被彻底打破，形成IT与OT充分融合、扁平化的网络架构，全量的数据、多元的业务在一个融合化的网络架构中畅通无阻•OT向IT开放：工业企业基于业务需求，拥有灵活的自主权，可选择将生产控制系统部署在本地、边缘或云侧，探索远程控制、云化应用等新型场景，实现更高效的资源配置。这就要求高可靠的OT业务向IT开放数据，支撑实时洞察和全局优化，实现“数•IT向OT延伸：生产控制系统从端到端耦合封闭走向解耦、开放和通用化，也将最终打通IT与OT融合的“最后一公里”，模糊二者的边界。这就要求高性能的IT能力不断下探，通过更高层的管理服务软件、云化应用将算力直接穿透至底层设备，实现“智能下全面融合的益处对于工业企业而言是显•数据贯通，一网通达：彻底解决过去数据可访问性差和获取成本高的问题——只要拥有合适的权限，上层应用可以直接获得现场环境、智能仪器仪表等多元数据，而不再需要逐层转发，云/边控制指令也可以实时下达至•能力升级，赋能创新：高性能的ICT能力（如5G、工业PON、AI/大模型、边缘计算等）下沉至产线、机台和工位，将使能远程操控、基于机器学习的预测性维护、8K机器视觉辅助质检、XR浸入式在线故障诊断、具身•架构极简，管理减负：不再需要为单个业务新建一张网，而是依托IT与OT融合的、数据贯通的网络架构来综合承载多种业务，大幅简化网络复杂度、降低运维难度，走向“一网工业数字化/智能化中的所有业务场景都需要工业网络的支撑，但其网络要求是差异化的。例如，采矿、码头等行业因为工作环境的恶劣性和安全性问题，在远程操控中需要低时延、大带宽、耐用的网络；家电、电子制造等行业的换线或混线生产中，移动化的机台设备要求使用高可靠的无线技术，指导工位操作流程与规范的ESOP16需要大带宽的无线网络；汽车焊装等自动化车间瞬时并发数采点位多，需要低时延、高性能的网络；石化园区大量仪器仪表的智能化改造需要长距离、本安供电、耐用的网络…等等。我们立足于各行各业的实际业务需求，以典型性和普适性为原则，筛选识别出工业网络的八大价值场景，作为工业网络的率先发力点。（图2-1:工业网络的八大价值场景）8“大流量”的视觉应用“少人化”的远程操控“柔性化”的产线配置“大流量”的视觉应用“少人化”的远程操控港口钢铁采矿港口钢铁采矿半导体汽车汽车半导体消费电子消费电子汽车半导体汽车汽车半导体消费电子消费电子汽车装备制造家电...机床...家电锂电光伏...…飞机制造装备制造家电...机床...家电锂电光伏...…“集中化”的产线控制“无缝化”的数据互通“跨园区”的协同工作“全感知”的数据采集“集中化”的产线控制“无缝化”的数据互通“跨园区”的协同工作消费电子家电石油化工钢铁消费电子家电石油化工钢铁汽车...钢铁...汽车...钢铁...•典型性：这些场景对工业网络的形态、能力与技术特征具有非常鲜明的需求，需要引入•普适性：这些场景是普遍存在的、跨行业跨领域的共性需求，对于工业企业具有广阔的16ESOP全称为ElectronicStandardOperatingProcedure（电子标准操作规程），是一种通过电子方式呈现的操（一）“大流量”的视觉应用工业生产中基于机器视觉的应用主要包含视觉识别和安全监控。传统的人工质检、人工巡检速度慢、易疲劳、精度和覆盖面有限，难以满足工业企业对效率、良率和安全的精细化管理需求。相比之下，基于机器视觉的高清图像或视频质检具有分析速度快、检测精度高、工作时间长且稳定性高的优势，可助推生产质效更上台阶；同时，基于机器视觉的高清摄像头实时监控环境、存储数据并快速响应，可显著提升厂区的安全管理能力，解决了传统视频监控和人工巡检模式下漏检多、追查不及时不到位的问题。（图2-2:机器视觉的主要应用场景）基础功能典型行业应用场景示例。平整度vivivi检测。平整度vivivi检测·尺寸和容量测量·预设标记的测量·安防监控·危险识别·条码识别·OCR·瑕疵、色彩检测·部件有无检测··•半导体制造行业：机器视觉在晶圆制造和封测的检测、定位、切割和封装环节具有高应用价值，可精准识别对象尺寸、数量、平整度等维度特征，•汽车行业：机器视觉应用已贯穿汽车制造全流程，包括初始原料质检、零部件测量、工艺过程把控和整车质量检测等，逐步成为零部件和整车厂必•消费电子行业：机器视觉广泛应用于主板、零部件组装、整机组装环节，可实现对划痕、破损、缺失等特性的精密检测，相比传统人工质检更为可•石油化工行业：基于机器视觉的视频监控系统可识别作业区工人的安全穿戴与行为规范、作业环境中的外来入侵异物或烟火、关键设备或仪器仪表的异常状态等，并对安全隐患进行实时预警，大幅提升安全监管的全面性随着机器视觉的日益普及，可以预见更高性能的机器视觉应用也将持续涌现（例如8K像素/120FPS帧率/16bit像素深度17的高性能工业相机，以满足更精准、更快速的生产要求。这就需要更大带宽、低时延的工业网络——5G、F5G、Wi-Fi6/7等是适配性的技17参考仪综所、华为等联合编制，于2023年7月发布的《工业光总线白皮书》（二）“高精度”的运动控制运动控制作为工控的核心场景，集中体现了生产的自动化水平和工艺水平，目前主要应用•汽车行业：可编程多轴运动控制器可完成复杂的轨迹控制，解决激光在加速、减速和转•钢铁行业：伺服控制系统可在钢铁轧制过程中对轧辊进行准确定位，控制热轧带钢的宽•医药行业：智能拆包机器人采用机器人、气动系统及伺服机械手协同完成口服液瓶包材产品工艺水平、质量与良率的持续精进要求运动控制也要朝着更高速和更高精度发展，进而对更低时延、更高可靠、更具确定性的网络提出需求——光总线、TSN是适配性的技术选择。例如，数控机床控制系统涉及多轴同步联动，刷新频率快，定位精度接近微米级别，对时延、同步精度和抖动指标要求极高；半导体制造设备需要纳米级的定位精度，装备中的精密传感器和执行器响应及采样频率可高达40KHz，对时延和抖动指标提出极高要求；激光加工行业中通过MEMS（Micro-Electro-MechanicalSystem，微机电系统）控制的振镜响应频率高达100KHz，网络时延和同步精度直接影响振镜的控制精度和执行效率。（图2-3:运动控制时延要（三）“柔性化”的产线配置千篇一律的单一品种难以满足日益增长的各客户方要求，个性化的需求开始凸显，工业企业正面临着传统生产模式与客户需求纷繁复杂、瞬息万变之间的矛盾。于是，多品种小批量的柔性产线具有“乐高式”的可拼接可重组特点，可以缩短订单切换时产线配置准备时间，快速响应紧急插单、物料延迟等扰动事件，帮助工业企业从容应对内外部变化。在具体实践18信通院、华为等联合编制，于2021年11月发布的《工业网络联接IP化技术与实践白皮书》•工岛级柔性：亟需通过“剪辫子”，帮助设备摆脱线缆束缚，使能工岛的快速重构。传统的“滑动”（轨滑触线）、“旋转”（滑环通信）、“插拔”（有线插针）、“移动”柔性改造柔性改造•产线级柔性：需结合空中有轨输送+地面AGV小车无轨输送的方式，将传统的“走停生产”模式改造为“边走边装”模式。例如在汽车柔性生产中，EMS（ElectricalMonorailSystem，电动单轨输送系统）小车和地面工艺AGV小车密切协作，可以有效取代传统的滑撬产线，减少等停时间、提升生产节拍，满足客户“个性化定制”需求。（图2-5:产线级柔性多机高精度协作业务场景）多机协作多机协作传统“走停生产”模式创新“边走边装”模式络的无线化、低时延、可靠性能力都提出了较高要求——工业企业可依托5G/5G-A、Wi-（四）“少人化”的远程操控对于现场环境复杂恶劣、安全问题突出、劳动强度较大的场景，不仅存在招工难用工难问题，也对工人生命安全与健康造成隐患，作业现场的“少人化”和“无人化”远控成为发展方向。“少人化”不意味着工作岗位减少，而是让工人从繁重、恶劣的生产劳动中解放出来，从•矿区场景下，井工矿存在粉尘危害和潮湿高温环境的问题，露天矿上山下山道路落差大、交通事故易发。远程采矿、井下和露天煤矿固定岗位的无人值守、远程驾驶技术正在蓬勃兴起图2-6:煤矿远程控制系统架构）工业设备5km-30km工业设备5km-30km工业设备·煤矿工人穿西•钢铁和大型装备制造场景下，天车高空作业同样也面临港口高架作业的相似问题，为改•远程操控中的高清视频传输、实时控制等应用，需要大带宽、低时延、高可靠的网络提供支持——5G、F5G、TSN等是适配性的网络技术。例如，矿卡无人驾驶、智能综采等场景要求时延在30ms以内，单车带宽在100Mbps以上，可靠性达到99.99%；天车无人控制场景要求时延在50ms以内，单车带宽在20Mbps以上，可靠性达到99.99%。（五）“全感知”的数据采集工业企业对生产过程的精细化管理和优化控制，要求对设备、环境状态进行多方面的数据•“看”：实时掌控生产现场的生产状况，收集现场生产过程数据、订数据、设备状态数据、环境数据、质量数据、安全数据等，实时监测生产状态、为异常•“管”：基于采集的大量数据，进行聚合、分析和计算化，包括设备预测性维护、质量追溯、设备参数调优、多设备调度与协同、产线配置优数据采集对于离散行业和流程行业的数字化转型而言都是一项基石性工作，并将随•离散行业需要开展存量“哑”设备的联网化改造，实现数据实时采集、上传和价值应用。然而现有条件下，工业现场设备与控制系统封闭连接，上位机系统感知生产过程状态强依赖于控制系统，无法支持远程运维、预测性维护等应用落地，且缺乏统一标准进行互联互通，需要尽快实现“哑”•流程行业需要开展大量仪器仪表的智能化改造，尤其是石油化工、钢铁等面积大、距离长的园区，存在大量的温度、压强、液位等仪器仪表控制位点，而且随着企业对设备、环境与安全管理的精细度提升，未来数采点位还将增多，这要求工业网络在数采速度、布线成本、运维效率、本安供电工业企业可基于设备特点和约束条件，协同使用5G/5G-A、Wi-Fi6/7、星闪、F5G、（图2-7:流程行业SPE网络示意）本安要求，宽带扩展至100Mbps，线缆距离达km级智能仪表视频检测AI调整工艺参数工业SPE大网（六）“集中化”的产线控制传统PLC形态下，工厂面临着效率和安全的双重挑战。效率方面，产线变更常有发生，而传统PLC端到端封闭、分散部署，每次调整需要工程师本地逐一上站调试，费时费力；安全方面，开展PLC调试时需要外接网络，临时本地联网调试（如临时使用手机开热点）易引入网络PLC集中化部署将使能现有产线的灵活调整与升级，提升资源配置与利用效率，帮助业节省OPEX和CAPEX。•在资源配置效率方面，PLC的集中化实现了PLC控制模块和I/O的解耦，工程师可以基于过去：PLC部署在产线电柜现在：PLC集中部署在机房SCADASCADASCADASCADA在线调试基于TSN在线调试基于TSN/5G/F5G的IT/OT融合网络集中化产线控制在汽车、家电、消费电子等离散行业有广泛的应用前景，未来将分两个步骤演进：近期是“集中化”，即本地传统PLC使用PC-Based控制器替代，集中至边缘，形成边缘的PLC资源池，使能产线的灵活化、智能化改造；中远期是“虚拟化”，按照被控设备的时延要求，工业企业可按需灵活将PLC部署在端、边、云，实现协同控制。PLC的集中化将对网络的低时延、低抖动、确定性和安全性都提出更高要求，工业企业可考虑使用F5G、TSN、5G等技术。（图2-9:PLC集中化典型场景的网络要求）3C、汽车3C、汽车工艺AGV、EMS边缘化PLC控制3C、汽车3C、汽车边缘化/云化PLC控制3C、汽车、半导体3C、汽车、半导体伺服/变频混合场景边缘化PLC控制（七）“跨园区”的协同工作随着集团化管控、异地协同的需求增多，总部与分支机构、多地厂区、上下游协作企业、工业云数据中心、本地设备与云平台（例如设备的远程监控、参数调优）、智能产品与用户等之间的网络连接变得更加紧密，数据出厂成为刚需。这要求工业网络从传统的封闭式单园区网络向更大范围的多园区网络扩展，并提供大带宽、安全隔离、保障差异化业务质量、可平滑演租用运营商云网：工业企业可充分利用运营商的资源，租用运营商的云网服务，实现企业自身的总部、分支、生产基地以及云间的连接业务，在运营商云网的基础之上构建一张企业虚拟的Overlay网络。运营商云网可以采用5G、SD-WAN、OTN、SRv6、MPLS专线等方式，该方案对网络提出的要求•一线通多云：工厂单一出口线路支持与多个公有云、行业云和企业基•保障体验：通过IPv6+与网络切片，实现一张物理网络上运行多个企业Overlay专网，提供多业务质量保障•便捷开通：需要运营商提供电商式快（图2-10:企业租用运营商云网）企业自建骨干网：工业企业也可以通过自建骨干Underlay网，连接多个制造基地与（图2-11:企业自建骨干网）实时可视毫秒级保护云网管控多云交换网络生产基地1云接入云接入分钟级定位实时可视毫秒级保护云网管控多云交换网络生产基地1云接入云接入私有云数据中心集团云云汇聚云汇聚云接入云接入生产基地2云汇聚云汇聚云汇聚云接入云接入生产基地2云汇聚云接入生产基地3云接入云接入生产基地N分支机构云汇聚云接入生产基地3云接入云接入生产基地N分支机构云汇聚公有云工业互联安全态势安全态势感知平台一跳入云一跳入云·SRv6，业务一跳上云，多云互联验的互联路径调优路径调优度，充分利用网络带宽资源·基于应用的选路和链路冗余备份智能运维智能运维·全生命周期管理(规划、仿真、配置、调优、安全)·故障快速感知、定位和业务恢复（八）“无障碍”的数据互通当前数十种工业现场总线及工业以太网协议在市场上并存，不同通信协议间难以数据互通，异构子系统之间难以互相理解和协同，对工业企业开展全局洞察和统筹优化提出了挑战。数据互通作为工业网络的重要组成部分，致力于实现数据和信息在各要素间、各系统间的无缝传递和相互理解，打破“烟囱式”割裂的格局。这就要求工业企业拥抱开放、共通、标准的数据字典与信息模型，例如国际上的OPCUA、国内的NC-Link、美国的MTConnect等。其中，OPCUA发布于2006年19，日益成为数据互通的国际标准。它将目标瞄准于“传达”、“理解”，目的是提高提升“互操作性”（Interoperability），使得不同操作系统和不同制造商的设备之间可以进行数据交互。这是由于过去的工业网络尽管实现了“连接”、能够交换数据，但交换数据的双方需要对其含义有默认的共识，否则就无法理解和加以利用；而为了实现多家供应商之间的数据联动与互通，OPCUA提供统一的信息模型用于表示信息和功能。（图2-12:OPCUA基于统一的信息模型来实现互理解）过去过去交换数据即使实现了连接，能够交换数据，但不明白其含义也无法互相理解和加以利用????……未来未来传达含义OPCUA提供统一的信息模型，实现多家供应商之间的信息联动我是TM5我是TM5能把我抬到我会搬运、压入能把我抬到我会搬运、压入200KG你多重200KG你多重OKOK，开始吧！信息模型将要交换的信息分门别类并赋予其含义，形成了标准化的模板。例如，符合PLC国际标准IEC61131-3（PLCopen）的控制器可以用结构体变量来表示。结构体的名称是要作为模板的模块名称，模块处理的数据通过结构体的成员名称、数据类型来表示；然后，实际数据会指定结构体变量名称和成员名称，进行数据交换。这样就可以轻松地传达信息的结构和含义，不仅使得利用信息也变得简单、还有助于信息和接口的标准化20。（图2-13:信息模型提供了标准化模板）信息模型结构体变量数据(值)E3Z_IO-LINK（类别）序列号输入信号E3Z_IO-LINK（类别）序列号输入信号受光量PhotoSensor光电传感器光电传感器__19OPCUA是国际标准IEC62541，同时也是中国（GB/T33863）、德国20OMRON官网——“OPCUA的特点连接、传达、安全”，/opcuasite2总结而言，八大场景对工业网络的需求高度差异化，不存在一种“包打天下”的网络技术可以适配所有场景需求，这也决定了多种技术长期共存的格局。（图2-14:八大场景对工业网络的典型需求）“大流量”的视觉应用需要大带宽的网络“柔性化”的产线配置需要无线化、相对低功耗的网络“全感知”的数据采集需要广覆盖、多连接、低功耗的网络“跨园区”的协同工作需要大带宽(支持业务隔离)、长距离稳定传输的网络“高精度”的运动控制需要低时延、高频率(短周期)、高可靠的网络“少人化”的远程操控需要大带宽(支持高清视屏)、高可靠的网络“集中化”的产线控制需要高可靠、相对低时延的网络“无缝化”的数据互通/能力要求需要数据互通协议，无显著的网络能力要求在ADVANCED的愿景下，广大的工业企业距此仍然任重而道远。目前，在工业网络全生命周期各个环节上，仍存在理想与现实•在建网21上：工业企业需要IT与OT融合、架构极简、数据互通、具备弹性扩展能力、承载多样业务的网络。然而，当前的网络是垂直割裂、IT与OT分离、OT内烟囱林立、难以支撑平滑•在联网上：工业网络需要为研/产/供/销/服全环节、人/机/料/法/环/测全场景提供泛在连接，实现全量数据采集和互联互通，然而，当前的网络覆盖是不全面的，未联网的“哑”设备大•在用网上：工业网络是服务于应用场景的，工业企业需要为具体场景选配“最合适”的工业网络，避免“错配”、“低配”或“高配”；然而，当前许多网络技术对于场景的支撑力度是不足的，在带宽、时延、可靠性、确定性、抗干扰能力等方面存在•在护网上：安全是贯穿所有业务场景的内生需求、是工业企业的生命线；然而，网络的安全能力建设在长期以来未被予以充分重视，网络安全事件对工业企业造成巨额损失的教训也层出不穷。同时，工业企业也需要借助智能化手段让网络变得简单好用、即插即用，而不再是复杂高深、学习成目标与需求是清晰的、但过程是充满挑战的。在网络技术发展演进和工业企业需求双重牵引之下，工业网络正呈现出四大发展趋势——接入泛在化、联接融合化、网络自发展趋势）工业网络的四大工业网络的四大发展趋势接入泛在化联接融合化网络自智化网安一体化为全业务场景提供泛在的、高品质的接入机会全场景连接：短期内打造全连接工厂（人机料法环），中长期迈向全互联系统（研产供销服）业务适配：遵从网络能力六角模型，为场景选配不求“十项全能”化繁为简：拥抱无线化，将无线作为有线技术的有益补充，发挥其化繁为简的独特优势但依托融合化的上层技术可以实现互联互通数据互通：利用标准化的数据字典、信息模型、语义互操作等融合技术，让数据畅通流转IP到底：利用IP协议解耦上层应用和下层接入技术，形成基于IP的“瘦腰”架构一网多用：改变一网一用困局，统规统建，让多元业务在一个融合的网络架构中和谐共存网络自动化、智能化演进，最终实现完全的自动驾驶，提供极致用户体验自动驾驶网络：构建自配置、自修复、自优化的自动驾驶网络，向Level4乃至Level5演进网络数字孪生：从被动响应到主动预测，实现网络全息可视和一站式管理轻量极简运维：从自建团队到使用服务，探索轻量化“网络运维即服务”模式网络与安全同步规划、同步建设、同步维护，构筑工业网络内生安全能力网安联动：采用“非侵入式”安全架构，实现网安一体、生产无忧最小化攻击面，将危险“拒之门外”全域监测：全域采集安全信息，实现全网可视、知己知彼21参考中国信通院《5G全连接工厂建设指南》中建网、联网、用网及护网的相关叙述。基厂区现场升级即联“网”、关键环节应用即用“网”