邊緣聯(lián)接業(yè)務(wù)和生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng),是目前行業(yè)內(nèi)領(lǐng)先企業(yè)的主要研究方向。邊緣控制是智能制造的關(guān)鍵,也是我國(guó)工業(yè)控制彎道超車(chē)的關(guān)鍵要素。基于邊緣計(jì)算重構(gòu)傳統(tǒng)控制系統(tǒng),工業(yè)系統(tǒng)從典型的五層架構(gòu),將走向開(kāi)放的、軟硬件解耦的的下一代三層工控系統(tǒng)機(jī)構(gòu)。
確定性融合邊緣一體機(jī)探索開(kāi)放的確定性IOT融合網(wǎng)絡(luò),國(guó)產(chǎn)化實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)等技術(shù),打造融合聯(lián)接、融合計(jì)算、融合業(yè)務(wù)的智能邊緣控制節(jié)點(diǎn),實(shí)現(xiàn)OT域的國(guó)產(chǎn)化,網(wǎng)絡(luò)的開(kāi)放化。
DIP、歐拉操作系統(tǒng)、容器、虛擬化、IEC61499
華為技術(shù)有限公司
吳治國(guó),電話(huà):15618889477,電子郵箱:wuzhiguo@huawei.com
王金斌,電話(huà):13916476178,電子郵箱:wangjinbin@huawei.com
上海交通大學(xué)
寶信軟件
本測(cè)試床依托確定性聯(lián)接技術(shù)和下一代工業(yè)控制邊緣計(jì)算架構(gòu),打造遠(yuǎn)程、集中的工業(yè)控制模式,讓操作人員可以在更安全、更舒適的集中控制室完成生產(chǎn)任務(wù),也讓大型企業(yè)得以在更大范圍內(nèi)實(shí)現(xiàn)總部、多基地之間的生產(chǎn)要素調(diào)度和優(yōu)化。對(duì)于加速云化PLC的發(fā)展,帶動(dòng)下一代工業(yè)控制邊緣計(jì)算架構(gòu)的發(fā)展和升級(jí),起到積極示范效應(yīng)。
基于AII開(kāi)放的全棧國(guó)產(chǎn)化工控邊緣體系架構(gòu),打造融合計(jì)算、存儲(chǔ)、確定性網(wǎng)絡(luò)等的邊緣一體機(jī)。
? 基于國(guó)產(chǎn)鯤鵬生態(tài)的實(shí)時(shí)操作系統(tǒng);
? 確定性的IT/OT融合網(wǎng)絡(luò);
? 支持融合計(jì)算業(yè)務(wù);
? IEC61499軟件開(kāi)發(fā)架構(gòu)的探索。
以機(jī)器人、數(shù)控機(jī)床等為主的智能化高端裝備,利用自主感知與連接獲取機(jī)床、加工、工況、環(huán)境有關(guān)的信息,通過(guò)自主學(xué)習(xí)與建模,完成自主控制與執(zhí)行,實(shí)現(xiàn)加工制造過(guò)程的優(yōu)質(zhì)、高效、安全、可靠和低耗的多目標(biāo)優(yōu)化運(yùn)行。需要邊緣一體機(jī)支持提供穩(wěn)定的運(yùn)行環(huán)境,如高速的傳輸通道,確定性計(jì)算等。
鋼鐵等行業(yè),工作環(huán)境惡劣,客戶(hù)期望通過(guò)遠(yuǎn)程集中控制減少危險(xiǎn)作業(yè)環(huán)境對(duì)人的依賴(lài),減少人員傷亡,改善工作環(huán)境;對(duì)于集團(tuán)型企業(yè),客戶(hù)期望通過(guò)集團(tuán)統(tǒng)一控制,實(shí)現(xiàn)各個(gè)公司的工藝水平拉齊,保持工藝一致性,同時(shí)對(duì)于特殊關(guān)鍵產(chǎn)品的工藝參數(shù)集中管控,不希望分散到各個(gè)子業(yè)務(wù)部門(mén),實(shí)現(xiàn)保密性。
另外,柔性生產(chǎn)、多軸加工等對(duì)產(chǎn)線(xiàn)間協(xié)同生產(chǎn)提出了新的要求,單純依靠原有的節(jié)拍或者監(jiān)測(cè)控制的方式,已經(jīng)無(wú)法完全滿(mǎn)足現(xiàn)代工業(yè)生產(chǎn)的需要。這都需要引入邊緣控制,增強(qiáng)實(shí)時(shí)性和協(xié)同性,同時(shí)提升效率降低成本。
基于AII工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)體系架構(gòu),邊緣側(cè)提供提供海量工業(yè)數(shù)據(jù)接入、轉(zhuǎn)換、數(shù)據(jù)預(yù)處理和邊緣分析應(yīng)用等功能。確定性融合邊緣一體機(jī)探索 開(kāi)放的確定性IOT融合網(wǎng)絡(luò),國(guó)產(chǎn)化實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)等為技術(shù),打造融合聯(lián)接、融合計(jì)算、融合業(yè)務(wù)的智能邊緣控制節(jié)點(diǎn),實(shí)現(xiàn)OT域的國(guó)產(chǎn)化,網(wǎng)絡(luò)的開(kāi)放化。
確定性融合邊緣一體機(jī)在端-邊-云三層架構(gòu)中位置如下:
提供存儲(chǔ)、計(jì)算、AI一體化功能,支持非實(shí)時(shí)輔助業(yè)務(wù)和軟實(shí)時(shí)業(yè)務(wù),支持DIP,兼容工業(yè)協(xié)議。整體協(xié)議架構(gòu)如下:
車(chē)間和設(shè)備的確定性聯(lián)接,支持IOT共管道高可靠、低抖動(dòng)聯(lián)接,可擴(kuò)展。以確定性聯(lián)接為紐帶,協(xié)同融合工業(yè)邊緣,設(shè)備網(wǎng)聯(lián)化、聯(lián)接IP化、網(wǎng)絡(luò)智能化的先進(jìn)工業(yè)網(wǎng)絡(luò)是工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)發(fā)展的基礎(chǔ)。
測(cè)試床組網(wǎng)部署方案如下:
測(cè)試床方案主要圍繞確定性融合邊緣一體機(jī)的核心部件和實(shí)現(xiàn)的業(yè)務(wù)功能進(jìn)行。業(yè)務(wù)部分主要測(cè)試邊緣控制的集中功能和協(xié)同控制功能展開(kāi),核心部件放在方案重點(diǎn)技術(shù)里介紹。
鋼鐵等行業(yè),工作環(huán)境惡劣,客戶(hù)期望通過(guò)遠(yuǎn)程集中控制減少危險(xiǎn)作業(yè)環(huán)境對(duì)人的依賴(lài),減少人員傷亡,改善工作環(huán)境;對(duì)于集團(tuán)型企業(yè),客戶(hù)期望通過(guò)集團(tuán)統(tǒng)一控制,實(shí)現(xiàn)各個(gè)公司的工藝水平拉齊,保持工藝一致性,同時(shí)對(duì)于特殊關(guān)鍵產(chǎn)品的工藝參數(shù)集中管控,不希望分散到各個(gè)子業(yè)務(wù)部門(mén),實(shí)現(xiàn)保密性。
在手眼協(xié)同控制系統(tǒng)中,需要引入邊緣控制,增強(qiáng)實(shí)時(shí)性和協(xié)同性。
測(cè)試床采用DIP網(wǎng)絡(luò)作為連接,現(xiàn)階段不解析原有工業(yè)連接協(xié)議,由box進(jìn)行封裝,overlay的方式進(jìn)行傳輸。
? Ehternet網(wǎng)絡(luò)驅(qū)動(dòng)與系統(tǒng)融合:軟件協(xié)議棧中包含的以太網(wǎng)驅(qū)動(dòng)程序經(jīng)過(guò)專(zhuān)門(mén)優(yōu)化,可確保高優(yōu)先級(jí)、定時(shí)調(diào)度數(shù)據(jù),同時(shí)低優(yōu)先級(jí)也具備高效的(例如常規(guī)TCP/IP流量)的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)處理。
? DIP網(wǎng)絡(luò)驅(qū)動(dòng)與系統(tǒng)融合: DIP軟件協(xié)議棧包括一個(gè)特殊的DIP專(zhuān)用網(wǎng)絡(luò)驅(qū)動(dòng),不受其他協(xié)議影響,提供網(wǎng)絡(luò)傳輸實(shí)時(shí)性數(shù)據(jù)。
? 不同協(xié)議數(shù)據(jù)交換:DIP軟件協(xié)議棧提供方便且用戶(hù)友好的API,用于通過(guò)DIP網(wǎng)絡(luò)從TCP/IP和EtherCAT等其他協(xié)議交換數(shù)據(jù)。
? 中斷直通:操作系統(tǒng)虛擬化層經(jīng)過(guò)特殊優(yōu)化,判斷DIP協(xié)議數(shù)據(jù)后,實(shí)現(xiàn)中斷直通功能,DIP數(shù)據(jù)直達(dá)協(xié)議處理部分。可確保高優(yōu)先級(jí)、確定性調(diào)度數(shù)據(jù)。
? 多樣性算力:開(kāi)放支持多種計(jì)算架構(gòu)實(shí)現(xiàn)多樣性算力協(xié)同;支持社區(qū)版本支持x86、鯤鵬、飛騰、RISC-V、昇騰;伙伴商業(yè)發(fā)行版增量支持龍芯、申威、兆芯、海光等國(guó)產(chǎn)化芯片
? 系統(tǒng)虛擬化:硬件資源的模擬、隔離和共享。支持中斷直通、DMA等。包含CPU虛擬化、內(nèi)存虛擬化和I/O虛擬化。核心敏感指令經(jīng)過(guò)VMM翻譯保證安全,同時(shí)各虛機(jī)在共享內(nèi)存資源的同時(shí)保持相互獨(dú)立,每個(gè)虛機(jī)都相當(dāng)于擁有獨(dú)立、完整的外設(shè)。
? 實(shí)時(shí)和非實(shí)時(shí)系統(tǒng)協(xié)同部署:在虛擬資源池上同時(shí)運(yùn)行實(shí)時(shí)和非實(shí)時(shí)操作系統(tǒng),保證工業(yè)控制實(shí)時(shí)性需求,非實(shí)時(shí)業(yè)務(wù)不影響實(shí)時(shí)業(yè)務(wù)運(yùn)行。
? 容器方式支持業(yè)務(wù)隔離運(yùn)行:實(shí)現(xiàn)更為簡(jiǎn)單,開(kāi)銷(xiāo)小、啟動(dòng)快、隔離性增強(qiáng)、應(yīng)用移植到其他平臺(tái)時(shí)無(wú)需進(jìn)行環(huán)境配置就可直接運(yùn)行。
基于IEC 61499標(biāo)準(zhǔn)的PLC集成開(kāi)發(fā)環(huán)境及運(yùn)行環(huán)境,采用通用邊緣計(jì)算架構(gòu)、開(kāi)放的IP網(wǎng)絡(luò)協(xié)議和新一代低代碼集成開(kāi)發(fā)環(huán)境,深度融合IT技術(shù)和OT技術(shù),加速下一代工業(yè)控制架構(gòu)的升級(jí)進(jìn)程。
本方案基于國(guó)產(chǎn)鯤鵬生態(tài)的實(shí)時(shí)操作系統(tǒng),采用下一代先進(jìn)DIP網(wǎng)絡(luò),支持融合計(jì)算業(yè)務(wù),具備自主性、創(chuàng)新性,引領(lǐng)下一代工控邊緣計(jì)算架構(gòu)的發(fā)展和升級(jí)。
廠(chǎng)區(qū)數(shù)據(jù)本地加載和閉環(huán),不基于公網(wǎng)進(jìn)行回傳,故本方案采用端到端的專(zhuān)網(wǎng)解決方案,起到了與公網(wǎng)數(shù)據(jù)的良好隔離,保證了數(shù)據(jù)的安全及私密性并有效的規(guī)避了外網(wǎng)攻擊的風(fēng)險(xiǎn)性。
序號(hào) | 階段名稱(chēng) | 時(shí)間 | 主要工作內(nèi)容 |
1 | 可行性研究階段 | 2021.11-2022.6 | (1)溝通交流,行業(yè)調(diào)研; (2)深度對(duì)接,達(dá)成初步意向; (3)與行業(yè)客戶(hù)明確戰(zhàn)略合作框架,確定價(jià)值場(chǎng)景范圍(可簽署戰(zhàn)略合作框架協(xié)議)。 |
2 | 設(shè)計(jì)階段 | 2022.6-2022.12 | (1)需求對(duì)接,聯(lián)合創(chuàng)新,積極探索示范試點(diǎn)項(xiàng)目; (2)聯(lián)合供應(yīng)商,完善平臺(tái)設(shè)計(jì)及設(shè)備選型;在主語(yǔ)實(shí)驗(yàn)室完成設(shè)備內(nèi)場(chǎng)測(cè)試聯(lián)調(diào)及對(duì)接。 |
3 | 施工部署階段 | 2022.12-2023.6 | 設(shè)備入場(chǎng)施工部署調(diào)測(cè) |
4 | 運(yùn)行驗(yàn)收階段 | 2023.6-2023.10 | 根據(jù)客戶(hù)需求,實(shí)現(xiàn)平臺(tái)相關(guān)功能及運(yùn)行穩(wěn)定性 |
5 | 宣傳推廣階段 | 2023.10-2023.12 | (1)嘗試輸出白皮書(shū),引導(dǎo)行業(yè)水平參考架構(gòu)設(shè)計(jì); (2)建設(shè)標(biāo)準(zhǔn)體系,擴(kuò)大產(chǎn)業(yè)可復(fù)制空間; (3)營(yíng)造生態(tài)體系,構(gòu)筑商業(yè)粘性; (4)打造產(chǎn)業(yè)樣板間,進(jìn)一步構(gòu)筑商業(yè)粘性。 |
主要圍繞信通院-華為-上海交大-行業(yè)客戶(hù)四方合作模式開(kāi)展相關(guān)工作,依托信通院和華為資源牽頭成立開(kāi)放合作實(shí)驗(yàn)室,聯(lián)合上海交大來(lái)為整體方案的部署實(shí)施提供技術(shù)支撐,并和行業(yè)客戶(hù)開(kāi)展相關(guān)的生態(tài)建設(shè)。華為以在網(wǎng)絡(luò)側(cè)的技術(shù)能力與上海交大在工業(yè)領(lǐng)域的技術(shù)能力結(jié)合,在研究?jī)?nèi)容滿(mǎn)足部署的情況下,通過(guò)行業(yè)客戶(hù)提供的應(yīng)用場(chǎng)景去進(jìn)行試點(diǎn)應(yīng)用和落地,并最終為AII聯(lián)盟提供案例反饋,形成完整閉環(huán)機(jī)制。
基于鯤鵬生態(tài)的國(guó)產(chǎn)實(shí)時(shí)操作系統(tǒng),實(shí)現(xiàn)全棧自研,完全自主可控的工業(yè)控制系統(tǒng)。
? 確定性IOT融合網(wǎng)絡(luò)時(shí)延滿(mǎn)足工業(yè)控制要求可行性;
? 基于國(guó)產(chǎn)鯤鵬生態(tài)的實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)在工業(yè)控制領(lǐng)域應(yīng)用可行性;
? 邊緣智能控制節(jié)點(diǎn)實(shí)現(xiàn)云化PLC功能;
通過(guò)邊緣一體機(jī)、確定性網(wǎng)絡(luò)承載,加速?lài)?guó)產(chǎn)替代,增強(qiáng)國(guó)家工控安全。
改善生產(chǎn)條件、降低危險(xiǎn)作業(yè),節(jié)省人力成本。
完全自主可控的工業(yè)控制智能邊緣節(jié)點(diǎn),提升國(guó)產(chǎn)化開(kāi)放化工控能力水平。
測(cè)試床成果驗(yàn)證計(jì)劃主要包括實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)、確定性DIP、容器和虛擬化、邊緣控制集中下發(fā)四個(gè)部分。
硬件由多個(gè)服務(wù)器集群構(gòu)成,提供存儲(chǔ)、計(jì)算、AI能力,通過(guò)確定性網(wǎng)絡(luò)連接。硬件系統(tǒng)將統(tǒng)一控制工業(yè)機(jī)器人、門(mén)閥、繼電器、儀表等裝備群。融合網(wǎng)關(guān)提供設(shè)備接入、協(xié)議轉(zhuǎn)換、數(shù)據(jù)預(yù)處理等能力,數(shù)據(jù)和參數(shù)由融合計(jì)算進(jìn)行分析并處理,VPLC應(yīng)用進(jìn)行PLC控制優(yōu)化。確定性網(wǎng)絡(luò)以及普通車(chē)間網(wǎng)絡(luò)通過(guò)網(wǎng)絡(luò)管理平臺(tái)進(jìn)行管理。
測(cè)試床成果驗(yàn)證計(jì)劃主要針對(duì)邊緣控制集中能力進(jìn)行測(cè)試。
測(cè)試項(xiàng)目:邊緣控制集中能力測(cè)試 |
測(cè)試目的:驗(yàn)證邊緣一體機(jī)基于確定性網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行控制集中的協(xié)同控制業(yè)務(wù)可行性 |
預(yù)置條件: PLC群對(duì)裝備群的控制編排完成。 確定性網(wǎng)絡(luò)完成網(wǎng)絡(luò)流量編排及部署。 裝備群存在明確控制時(shí)延要求 |
測(cè)試步驟: a) 工業(yè)平臺(tái)下發(fā)PLC群控制命令。 b) 裝備群按照PLC群下發(fā)的控制命令進(jìn)行相應(yīng)的生產(chǎn)業(yè)務(wù)執(zhí)行 |
預(yù)期結(jié)果: 工業(yè)平臺(tái)PLC群控制命令下發(fā)順暢,無(wú)阻塞及下發(fā)失敗情況。 裝備群按照PLC群的控制意圖進(jìn)行生產(chǎn)業(yè)務(wù)執(zhí)行,無(wú)執(zhí)行失敗或告警。 |
測(cè)試結(jié)果:
|
結(jié)論:
|
邊緣一體機(jī)測(cè)試軟硬件;
應(yīng)用場(chǎng)景測(cè)試報(bào)告;
融合工業(yè)邊緣控制白皮書(shū);
該測(cè)試床可為智能制造行業(yè)增加邊緣智能控制節(jié)點(diǎn),提供一體化存儲(chǔ)、計(jì)算、AI能力,廣泛適用于流程制造和離散制造的車(chē)間和廠(chǎng)區(qū)邊緣。
該測(cè)試床基于軟硬件解耦的開(kāi)放架構(gòu),本身已經(jīng)廣泛應(yīng)用,具備良好的開(kāi)放及兼容能力,可以與企業(yè)的軟件系統(tǒng)進(jìn)行平滑對(duì)接,可以拓展到相關(guān)場(chǎng)景開(kāi)放環(huán)境中。
歡迎第三公司參與本測(cè)試床建設(shè)
由參與方各自負(fù)責(zé)模塊自行協(xié)商
建設(shè)初期,華為和信通院牽頭相關(guān)設(shè)備廠(chǎng)家負(fù)責(zé)整體系統(tǒng)集成及平臺(tái)的部署及運(yùn)營(yíng)。建設(shè)后期行業(yè)客戶(hù)可基于平臺(tái)進(jìn)行業(yè)務(wù)訪(fǎng)問(wèn)及簡(jiǎn)單的操作及維護(hù),相關(guān)技術(shù)難點(diǎn)及故障維護(hù)可通過(guò)維保服務(wù)由華為及信通院進(jìn)行跟進(jìn)支撐及解決。
序號(hào) | 預(yù)算科目名稱(chēng) | 合計(jì)(萬(wàn)元) | 備注 |
(1) | (2) | (3) | |
1 | 一、成本費(fèi)用支出 | 145.8 | |
2 | 1、差旅費(fèi) | 5.8 | |
3 | 2、辦公費(fèi) | 0 | |
4 | (1)耗材配件 | 0 | |
5 | (2)技術(shù)資料費(fèi) | 0 | |
6 | (3)文印費(fèi) | 0 | |
7 | 3、低值易耗品 | 0 | |
8 | 4、通信費(fèi) | 0 | |
9 | 5、車(chē)輛租賃費(fèi) | 0 | |
10 | 6、技術(shù)服務(wù)費(fèi) | 150 | |
11 | 7、設(shè)備租賃費(fèi) | 20 | |
12 | 二、資本化支出 | 90 | |
合計(jì)235 | 265.8 |
序號(hào) | 措施 | 1月 | 3月 | 5月 | 7月 | 9月 | 11月 | 次年1月 | 次年3月 | 次年5月 | 次年7月 | 次年9月 | 次年11月 |
1 | 溝通交流,行業(yè)調(diào)研 | ||||||||||||
2 | 深度對(duì)接,達(dá)成初步意向 | ||||||||||||
3 | 確定價(jià)值場(chǎng)景范圍 | ||||||||||||
4 | 需求對(duì)接,聯(lián)合創(chuàng)新,積極探索示范試點(diǎn)項(xiàng)目 | ||||||||||||
5 | 輸出白皮書(shū),引導(dǎo)行業(yè)水平參考架構(gòu)設(shè)計(jì) | ||||||||||||
6 | 建設(shè)標(biāo)準(zhǔn)體系,擴(kuò)大產(chǎn)業(yè)可復(fù)制空間 | ||||||||||||
7 | 營(yíng)造生態(tài)體系,構(gòu)筑商業(yè)粘性 | ||||||||||||
8 | 打造產(chǎn)業(yè)樣板間,進(jìn)一步構(gòu)筑商業(yè)粘性 |
本報(bào)告所載的材料和信息,包括但不限于文本、圖片、數(shù)據(jù)、觀(guān)點(diǎn)、建議,不構(gòu)成法律建議,也不應(yīng)替代律師意見(jiàn)。本報(bào)告所有材料或內(nèi)容的知識(shí)產(chǎn)權(quán)歸工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)產(chǎn)業(yè)聯(lián)盟所有(注明是引自其他方的內(nèi)容除外),并受法律保護(hù)。如需轉(zhuǎn)載,需聯(lián)系本聯(lián)盟并獲得授權(quán)許可。未經(jīng)授權(quán)許可,任何人不得將報(bào)告的全部或部分內(nèi)容以發(fā)布、轉(zhuǎn)載、匯編、轉(zhuǎn)讓、出售等方式使用,不得將報(bào)告的全部或部分內(nèi)容通過(guò)網(wǎng)絡(luò)方式傳播,不得在任何公開(kāi)場(chǎng)合使用報(bào)告內(nèi)相關(guān)描述及相關(guān)數(shù)據(jù)圖表。違反上述聲明者,本聯(lián)盟將追究其相關(guān)法律責(zé)任。