数字化网络化智能技术：生产系统网络与通信 课件第8章 智能制造网络集成案例.pptx

第8章智能制造网络集成案例

演讲人

2024-07-05

1场景描述

某学校需要搭建一个工业4.0学习工厂用于教学与科研，该学习工厂的核心产线由订单管理系统、制造执行系统、仓储管理系统、产线数字孪生系统和智能产线构成。其中智能产线由以下4个智能工站组成：智能仓储工站、智能加工工站，智能装配工站、视觉检测工站，及配套的中央控制台、激光Slam导航AGV构成，可以实现印章与齿轮轴两种产品的混线和个性化生产，如图8-1所示。在此背景下，设计一个智能制造车间网络集成方案，确保生产的可靠性、安全性和灵活性。

1场景描述

图8-1产线示意图

2需求分析

工业4.0倡导智能化、数字化和自动化生产，这要求各种工业设备、传感器和系统之间能够相互通信和协作，而网络作为它们之间的桥梁和纽带，扮演着至关重要的角色。工业4.0中，数以千计的传感器、设备和控制系统需要即时地交换各种数据，包括生产数据、设备状态信息等。而网络负责传输这些数据，确保信息能够及时、准确地到达目的地。这在实现智能化监控、预测性维护等方面至关重要。在工业4.0时代，各种工业设备和系统需要能够互相通信和协作，以实现智能化、自动化的生产流程。为了实现工业4.0时代的生产需求，工业网络需要具备以下特点：

高可靠性：工业生产对网络的稳定性和可靠性要求非常高，需要能够支持大规模的数据传输和实时通信，以确保生产线不受网络故障影响。

2需求分析

灵活性：工业生产具有多样化的设备和系统，网络需要能够支持各种设备的连接和通信，以实现生产过程的灵活性和可扩展性。

而在当前系统中网络的可靠性、灵活性都受到了一定的挑战，无法有力的支撑工业4.0的建设。比如系统常见的链路故障、路由器故障等带来的可靠性问题；系统扩建时网络架构不易改变导致的灵活性问题。

2需求分析

2.1链路故障

产线运转的过程中往往会有操作人员在产线附近走动巡检，而产线各个工站间的通讯通过网线连接维持的，每当操作人员不慎踩踏或者牵扯到网线很容易引起网线接口的松动而导致产线的通信故障。

在以往工业3.0中OT与IT的结合尚未有现在工业4.0般紧密，暂时的通讯中断往往也将是影响部分工站的运转。而在工业4.0的环境中，OT与IT结合的愈发紧密。每个工站可能都会与很多智能系统紧密连接，网络通讯中断的影响也由以往的OT扩散到了IT中，导致的问题也越发严重，后续的维护和恢复成本也更高。

因此我们需要对我们进行一定的设计来保证即使网络中部分链路突然发生故障也不会导致大规模的网络瘫痪。

2需求分析

2.2路由器设备故障

在一个较大的工厂中可能存在着众多的不同或者相同的产线同时在进行生产和运作，此时一套IT系统可能需要对接多套OT系统。若是还采用单工站的模式将所有的设备放入一个子网中则存在了风险管控麻烦、扩展性差等问题。所以我们会将众多的OT系统划分为一个个的子网来管理，然后在工厂中配备一定数量的路由器来进行路由。

在此背景下路由器是IT系统和众多OT系统间的桥梁，所有系统间的通讯都得依赖于路由器来提供路由。每个设备随着使用时间的增长都会需要维护也都可能会出现问题，但是对于整个工厂而言路由器的维护或者故障将会导致众多系统间的通讯全部中断致使整个工厂陷入瘫痪。

因此我们需要对网络进行设计，即使在某一两台路由器发生故障或者需要维护时，也可以保证各个系统间的通讯。

2需求分析

2.3网络可扩展性

工厂的网络结构以及设备情况不是一成不变的，随着市场的变化工厂会动态的调整工厂的规模。而在工业4.0中OT与IT系统紧密关联，每当我们需要对工厂进行扩建时我们都需要将新增的部分连入原有的网络。

而随着工厂的扩建，我们可能也需要对原有的网络进行扩建。而在一个工厂中路由器可能需要负责非常多的网络间的路由。若是每次新增路由器都需要人工手动对这些路由信息配置将是一个非常耗时且容易出错的行为。

因此我们需要对网络进行设计，当网络进行扩建时可以减少我们在路由器中对路由相关信息的配置风险。

3解决方案

为了有力的支撑工业4.0平台建设，满足其高可靠性、灵活性的需求，解决在实际生产中面临的链路故障、路由器设备故障等常见问题，我们考虑基于OSPF、VRRP、RSTP等协议构建产线网络，其拓扑图如图8-2所示。

OSPF（开放最短路径优先）是一个开放式的链路状态路由协议，它支持动态路由选择，能够根据网络的实际状况动态调整路由，以提高网络的效率和可用性。OSPF可以根据链路状态进行最短路径计算，从而保证数据在网络中的快速传输。通过OSPF协议可以动态的在路由器间传递网络路由信息，降低网络扩展成本，提高网络的灵活性。

VRRP（虚拟冗余路由协议）则用于解决网络中的单点故障问题。通过VRRP协议，可以建立虚拟路由器，将多台路由器组成一个冗余组，其中一台为主，其余为备用。当主