智能制造背后的黑科技：华为打造新一代开放架构的先进工业网络

智能制造系统主要由智能产品、智能生产及智能服务三大功能系统以及智能制造云和工业互联网络两大支撑系统集合而成（如图1）。国家制造强国建设战略咨询委员会主任、中国工程院院士周济指出，智能制造是先进制造技术与新一代信息技术的深度融合，贯穿于研发、生产、供应、销售和服务等制造全生命周期的各个环节。智能制造的目标是实现制造过程的数字化、网络化、智能化，以不断提升企业的产品质量、效益和服务水平，推动制造业朝着创新、绿色、协调、开放、共享的方向发展。

近年来，数字化网络化装备、产线、车间和工厂的发展迅速，为制造企业的智能升级和创新发展提供了基础设施方面的有力支持。华为作为全球ICT（信息与通信）基础设施和智能终端提供商，不仅在自身的数字化转型中持续践行智能制造，还携手客户和伙伴开展智能制造的场景化创新实践。

图1：智能制造系统架构

为智能制造场景找技术

华为在智能制造领域的实践，充分体现了其“为场景找技术”的理念。通过与合作伙伴的紧密合作，华为针对工业装备远程控制、自动化仓储与物流配送、质量在线检测与追溯等20个高价值场景，研发了一系列创新解决方案。

以“自动化仓储与物流配送”场景为例，华为成功研发了“Wi-Fi 6无缝漫游”技术，解决了AGV物流机器人在不同Wi-Fi基站之间运动时可能失去网络信号、丢失数据的问题（如图2），实现了物流装备的控制信令和物料信息录入的高效、稳定、可靠传输。这一技术的应用，使得华为南方工厂AGV物流机器人的坪效比提升30%。

图2：无缝漫游技术在AGV物流系统中的应用

该实践表明，在工业园区中，网络系统是连接人-机-料-法-环、数据、算力的关键要素，对于实现智能生产至关重要。为了适应智能制造时代的需求，传统工业网络需要进行升级，构建新一代先进工业网络，以实现数据的高效传输和处理，让“数据上得来、智能下得去”，与工业装备和工业软件协同工作，加速工业数据的产生、采集、流转、处理和价值变现。

先进工业网络的四大特征

要构建新一代开放架构的先进工业网络，首先要了解先进工业网络的四个关键特征。

第一，装备网联化。是指充分发挥无线技术的优势，让有线网络无法联接的工业装备也实现联网工作。这样可以让更多的工业装备吐出数据，将数据要素资源转换为智能制造的生产力，实现精细化管理、降本增效。

第二，联接宽带化。是指采用先进的网络技术和协议，如5G、Wi-Fi 6、TSN、单线对以太等，支撑在生产现场大规模引入新一代智能装备，如自动光学检测和物流机器人等，以释放出更多的数据。这些数据通过网络连接和数据集成，打破数据孤岛，加速了数据的变现。

第三，网络智能化。是指实现网络自身的“智改数转”，满足工业级的稳定性、确定性，让网络更聪明地主动适配工业场景的多样化业务需求，提升网络易用性，降低新技术的学习成本。

第四，网安一体化。是指加强工业网络的韧性，用“非侵入式防护”思路为难以频繁升级、缺少安全补丁的工业装备保驾护航。这样可以保护工业设备免受攻击，确保生产过程的安全和稳定。

为此，要构建新一代开放架构的先进工业网络，需要综合采用5G、Wi-Fi 6、光电以太网、TSN、IPv6+等现代化网络新技术，匹配智能制造场景。

创新推动先进工业网络升级

华为正在与各行各业的客户和伙伴合作，开展先进工业网络的联合创新，以加速工业网络的升级，助力智能制造创新发展。

在装备网联化方面，华为注重提升装备网联化率，既关注增量，也关注存量。

目前实际应用中发现装备网联化的比例只有30%左右。这主要是因为传统工业设备种类繁多，联网难度大，同时采用有线网络技术进行联网又面临着线缆多、故障多、工作量大的问题。而新引入的数智化装备一般可以采用5G，Wi-Fi和IoT等工业级无线网络技术实现快速联网，解决以上难题。

调研发现，一家大型汽车制造企业过去5年间生产现场的无线生产终端数量增长了20倍，从每个车间平均77个增加到1500个。对于一些传统老旧设备，一般通过物联网关来进行数据采集，让“哑设备”也能开口“吐数据”。

上汽集团宁德乘用车基地为了构建“数据－信息－价值”的数据驱动的信息流，实现动态感知、辅助决策和智能预警，全面引入Wi-Fi 6等新技术构筑一张工业级高品质无线网络，连接500多辆在制车辆、2000多个智能终端设备、超10000个传感器，支持亿级数据的实时采集和秒级分析反馈，实现制造全过程记录、数字化、系统化、透明化（如图3）；通过Wi-Fi 6无缝漫游技术，杜绝了AGV“趴窝”现象，AGV运送效率提升40%；通过数据分析实现工业装备的预测性维护，减少了20%意外停机时间；最终生产效率提升48%，提升了生产节拍，做到1分钟生产1辆车。

图3：上汽宁德基地打造基于Wi-Fi 6的全联接工厂

联接宽带化是智能制造对于先进工业网络的必然要求。随着AI技术深入智能生产现场，数据密度、计算通量的提高也要求先进工业网络提供更大的带宽。

以汽车行业为例，随着汽车智能化水平的逐步发展和提升，车机操作系统越来越复杂，软件包也越来越大，车机操作系统软件包已经高达5GB，实现汽车软件包的高速灌装成了提升总装车间生产节拍的重要一环。比亚迪生产线通过引入华为Wi-Fi 6构建了一张大带宽、高质量的无线生产网络，实现了5分钟内100多辆车的软件包在线灌装，缩短了新车下线时间，提升了生产节拍（如图4）。

图4：比亚迪总装产线基于Wi-Fi 6网络实现车机系统快速在线灌装

要深入推进工业网络联接宽带化，关键是做到让宽带网络技术适配工业场景，深入智能生产的最后100米。

随着新型数智装备持续下沉到车间、产线、工位，传统OT域正在经历深刻的变革。这种由生产现场少人化、无人化所带来的远程集控趋势变革，推动了先进工业控制网络从现场总线、小型现场网络向车间级、工厂级、基地级的大型、超大型网络发展。

为此，适配工业场景的以太网技术——时间敏感网络（Time Sensitive Network，简称TSN）应运而生。TSN具备以太网络技术的大规模组网和超宽带联接能力，同时满足工业控制系统对确定性时延和高可靠组网的要求。它还兼容Profinet、EtherCAT等传统工业网络技术，将成为面向智能生产、远程集控的下一代主流组网技术（如图5）。

例如，一家位于珠三角的家电龙头企业计划将分散部署在车间各处电柜的PLC控制器集中部署到工厂级机房，并通过安全加固过的在线调试系统进行高效运维、安全调试和可信升级，减少产线现场调试带来的人力成本、拉线成本和安全隐患。采用TSN技术的宽带化先进工业网络可以将散布在产线各处的驱动器和集中在机房的PLC控制器联接起来，实现远程集控组网，同时支持数智装备的联网，实现一网统管。在联合创新试点中，这套方案取得了较好的效果，验证了其创新应用的正确性。

图5：网络联接与IT/OT融合

在网络智能化方面，通过实现“网络数字孪生”，可以显著提升网络的可靠性和易用性。

实时采集的网络数据经过大模型关联分析和多模态风险预测，就可以在网络数字地图上构筑风险预测能力。这种能力能够提前识别光模块失效、网络环路等隐患，并主动排除隐患，从而进一步提升生产网络可靠性。

华为松山湖基地拥有200多条产线，超过6000台网络设备和超过1万个光模块。光模块年失效率约0.25%，每年因光模块失效引起的网络故障导致的停机停产经济损失高达数百万元。通过引入AI算法来预测光模块亚健康状态后，华为每年主动更换大约0.3%的高风险亚健康光模块，避免了光模块失效造成的停产事故，保障了生产业务7*24小时在线。该案例充分展示了网络智能化可以极大提升先进工业网络的可靠性、易用性，助力智能制造创新发展。

在网安一体化方面，筑牢网络安全防线是关键。

当前在勒索病毒攻击目标中，制造行业占比29%，排名第一。这是因为制造业存在大量老旧机台装备，无法及时安装最新的安全补丁，网络安全防护能力脆弱。同时，网络安全威胁一旦导致数据丢失、生产线停机，可能给制造企业带来巨大经济损失。为了解决这一问题，华为探索出“网安一体化”思路。

华为基于“正向建、反向查”的方法论，通过实施“非侵入式”防御架构，在不触碰核心生产系统的情况下，提升工业网络安全防护水平，构筑高韧性生产系统。具体而言，首先运用AI防火墙技术来增强网络边界的防护能力。这种防火墙不仅能有效识别已知和未知的网络安全威胁，更具备识别加密流量中潜藏的安全威胁的能力。其次，设置入境隔离区。新设备在接入核心生产区域之前，必须在“入境隔离区”进行隔离，并通过一系列严格的检测，以防范新设备可能带来的风险。此外，“微隔离”组网方案能够确保工业网络中上线的设备之间相互隔离，从而降低潜在的威胁横向扩散的风险，并增强业务系统的韧性。值得一提的是，华为实践中应用的“非侵入式”防御架构已经取得了显著成效，为整个行业树立了典范。

一家高端制造企业成功部署了华为的“网安一体化”架构，解决了300多台工业装备无法打补丁的网络安全防护难题。在部署后的四年内，该企业持续稳定运行，没有发生任何业务中断。期间，系统自动阻断了56次一级攻击事件，防范了数千万次网络攻击，并发现了6台新引入的带毒机台。据企业估算，有效止损金额高达2亿元。

这些实践表明，网络安全是一个系统工程， 而“非侵入式”防御架构的应用提升了网络的整体防护能力，取得了良好的防护效果。

目前，华为数据通信产品线已经成立了天工实验室创新平台，并与东风设计院、悦达集团、山能集团等客户和合作伙伴一起建立了联合创新中心。几方共同建立了先进工业网络测试床，不断验证创新的解决方案。通过集思广益、共同努力，华为还将持续开展智能制造的场景化创新，与产业伙伴和行业客户共同建设先进工业网络，打造更多创新标杆。同时，华为也呼吁业界携手成立先进工业控制网络的生态合作平台，共同研究面向智能制造的新一代智能工业控制体系架构和网络需求，加速推进制造业高端化、智能化和绿色化发展。