主な参照:
[1] Chang Jie、Wang Yi、Li Jie、Chen Zhengwen. 産業用通信ネットワークの既存のアーキテクチャと将来の通信事業者の開発戦略の概要 [J]. Telecommunications Science, 2017, 33(11): 123-133.
[2] Li Jie、Zhang Dong、Chang Jie、Yang Zhen. インテリジェント製造のためのインダストリアル コネクションの現状と主要技術分析 [J]. Telecommunications Science, 2017, 33(11): 146-153.
目次
5. 産業用ネットワークの 3 種類のアプリケーション シナリオと 8 つの要件
インダストリアル インターネット、インダストリー 4.0、Made in China 2025 はすべて 1 つの連続した線であり、それらはすべてインテリジェントな製造に向けられており、産業製造の垂直統合、水平統合、およびエンド ツー エンド統合を達成しようとしています。
| 意味 | 目的 | |
| 垂直統合 | 製品設計、製造プロセス、製品ライフサイクルの統合プロセスに焦点を当て、企業管理、生産実行、生産監視からフィールド機器までの統合を実現します。 | スマートファクトリーのネットワーク化された製造システムに基づいて、分散生産を実現し、従来の集中集中管理生産に取って代わります。 |
| 水平統合 | 従来のサプライ チェーン、工場から販売ネットワークまでの直線的な価値の編成方法は、ネットワーク化されてネットワーク製造エコロジーを形成します。 | 工場はインテリジェントで、生産ユニットは小さく、パーソナライズされた生産に便利です。価値ある生態系の再構築とビジネスモデルの革新を実現します。 |
| エンドツーエンドの統合 | 研究開発、原材料調達、物流、倉庫保管、生産、販売、配送、サービスなどの製品ライフサイクルプロセスの柔軟な統合を含む、プロセスフローの観点からインテリジェント製造を検討します。 それは主に並列メーカーに反映され、ユニット技術製品の統合プラットフォームを通じて企業の統合プラットフォームシステムを形成し、工場の総合能力プラットフォームに向かって発展します。 |
単一の産業チェーンでエンド ツー エンドの統合を完了すると、製品エクスペリエンスが向上し、利益が最大化されるため、産業チェーンの管理が強化されます。 |
1. ISA-95 標準参照モデル
ISA-95 標準参照モデルを図 1 に示します。これは 5 つの層に分かれています。MES は、企業の事業計画層とその下にある制御層の間の中間層にあり、企業の製造実行に焦点を当てており、その主な機能範囲は製造実行層に対応しています; 同時に、MES は選択されたシステムも考慮します事業計画層とプロセス制御層の間の情報交換によって。
| レベル | 関数 |
| レイヤー0 | 実際の生産または製造プロセス |
| ティア1 | 生産プロセスにおける人員またはセンサーの監視と処理、および対応するアクチュエーター |
| レイヤー2 | プロセスを安定または制御下に保つための手動または自動制御アクション |
| レイヤー3 | MES の関心範囲には、目的の製品を生産するためのワークフロー活動、生産プロセスの調整と最適化、生産記録の維持などが含まれます。 |
| レイヤー4 | 製造組織の管理に必要なさまざまなビジネス関連の活動。これには、基本的な製造現場のスケジューリングの確立、在庫レベルの決定、材料が適切な時期に適切な量で確実に生産されることなどが含まれます。 |
| 注: レイヤー 3 とレイヤー 4 の間のインターフェイスは、通常、工場の生産計画と運用管理、およびワークショップの調整の間のインターフェイスです。 | |
2. RAMI 4.0 リファレンス アーキテクチャ
RAMI 4.0 は、次の 3 つのレベルからモデルを精緻化します。
- 1 次元 (左縦軸)。IT の観点からのアーキテクチャーから開始し、ISO/OSI の 7 層モデルを借用して、下位層は上位層にインターフェースを提供し、上位層は下位層のサービスを使用します。
- 2 次元 (左横軸)。ビジネスプロセス（生産プロセス）の観点からのアーキテクチャから始まり、完全なライフサイクルは計画から設計、シミュレーション、製造、販売、サービスに始まります。
- 3 次元 (右横軸)。アプリケーションの観点から始めて、主に工業生産環境における製品の製造プロセス制御と管理機能に焦点を当てています。また、Industry 4.0では、製品を生産する工場や作業場、機械だけでなく、製品自体や工場外の企業間連携にも注目しているため、「製品」層が最下部に追加されています。工場の最上部に「つながる世界」レイヤーが追加されます。
3. 産業用インターネット ネットワークのアーキテクチャ
工場の内部ネットワークと工場の外部ネットワークを含めて（図に示すように）、工場の内部ネットワークは「2層と3層」の構造を示しています.2層とは主に2つの層を指します. -層技術 OT ネットワークと IT ネットワークの異種ネットワーク、および第 3 レベルは現在の工場管理レベルを指し、フィールド レベル、ワークショップ レベル、工場レベル/エンタープライズ レベルの 3 つの層、それぞれの間のネットワーク構成と管理戦略を含むレイヤーは互いに独立しています。
| 工場内ネットワーク | 工場外部ネットワーク | ||
| 工場OTネットワーク | 工場ITネットワーク | ||
| 効果 | 生産現場のコントローラー（PLC/DCS/FCSなど）、センサー、サーバー、監視機器などを接続するために使用します。 | 主にIPネットワークで構成され、ゲートウェイを介してインターネットや工場のOTネットワークとの相互接続とセキュリティ分離を実現 | IT システム (ERP、CRM など) は、インターネット クラウド プラットフォーム上で IT システムをホストするか、SaaS サービス プロバイダーが提供するエンタープライズ IT ソフトウェア サービスを使用して、インターネットと緊密に連携および統合されています。 |
| レベル | 現場レベル：生産設備・計器・IOなど 制御レベル：SCADA/HMI/PLCなど |
ワークショップレベル: MES 工場レベル：ERP/PLM/SCM/CRMなど |
相互接続レベル |
| ネットワーク機能 | データの信頼性が保証され、大規模なネットワーク帯域幅に対する需要が高まります。 収集インターフェースやプロトコルには様々なものがあり、様々な収集インターフェースプロトコルに対応する必要があります。 |
基盤となるデータ ボリュームの急激な増加と、ビデオなどの高帯域幅アプリケーションの業界への浸透により、ネットワーク帯域幅、遅延、およびジッタ パフォーマンスに対する要件がますます高くなりました。 | 信頼性、帯域幅、遅延性能、ビジネス形態などに対する要求が高い。 |
| ネットワーク技術 | 有線が先、無線が後。 フィールドバス、産業用イーサネット、WiFi、産業用 WSN、5G など |
有線ベアラーベース。 商用イーサネット、WiFi、RFID、Bluetooth、ZigBee、5G など |
インターネット、公衆モバイル ネットワーク、専用線など。専用線の既存のソリューションは、免許不要の周波数帯域を使用して公共エリアに拡張することです。 |
| 今後の動向 | 遅延の影響を受けやすい産業用イーサネット向けのユニファイド ネットワーク | 産業用PONなどにより有線ネットワークの高度化が進み、少数の大規模工場では専用のセルラーモバイルネットワークが構築されています | |
4. IT-OT コンバージド アーキテクチャ
既存の構造は主に製造企業の内部工場に集中しており、ネットワークに依存し、垂直層化と水平分散化の戦略を採用しています。垂直層は主にISA-95参照モデルを指し、フィールドレベル、制御機械、ワークショップレベル、工場レベルの4つの層を含みます。工場はオンサイトオペレーションの特性上、事務処理拠点が分散しており、ソフトウェアやハードウェアの状態にバラツキがあり、保守対象機器の種類が多いため、システム保守をシンプルでシンプルなシステムで実現するシステムが求められています。効率的で知的な技術的手段。企業の外部は、インターネット、専用線、およびモバイル ネットワークを使用して、パートナー、ユーザー、およびスマート デバイスと接続します。
したがって、産業用ネットワークの階層化されたアーキテクチャは、主にフィールドレベル、制御レベル、ワークショップレベル、工場レベル、および相互接続レベルに分けられ、相互接続レベルは主に工場の外にあり、主にオペレーターのパブリックネットワークによって運ばれます.インターネット、公衆モバイルネットワーク、専用線などの その中で、専用線には「オンデマンド」機能がなく、既存のソリューションは、一部の企業が免許不要の周波数帯域を使用して「接続機能」を公共エリアに拡張することです。
5. 産業用ネットワークの 3 種類のアプリケーション シナリオと 8 つの要件
既存の産業用通信ネットワークのアプリケーション シナリオには、主に、広域アプリケーション シナリオ、工場レベル アプリケーション シナリオ、およびフィールド レベル アプリケーション シナリオの 3 つのカテゴリが含まれます。詳細は次のとおりです。
| シーン定義 | コミュニケーションの方法 | 欠点 | |
| 広域アプリケーションのシナリオ | 複数工場間の広域ネットワーク接続・通信、共同設計、サプライチェーン連携、複数工場間の物流など | 一般的には、インターネット、専用線ネットワーク、または VPN バーチャル プライベート ネットワークが使用されます。 | |
| 工場レベルのアプリケーション シナリオ | モバイル オフィス アプリケーション、モバイル MES アプリケーション、安全管理 (ワイヤレス ビデオ監視およびワイヤレス検査)、省エネ管理、トランキング コール、および工場エリアでのインテリジェントな材料輸送および配布など。 | 一般的にイーサネット＋Wi-Fiのカバレッジ方式が採用されています | 複雑なケーブル展開、長い建設期間、高額なメンテナンス コスト、大量のエネルギー消費、占有スペース。 Wi-Fi には、不完全なネットワーク カバレッジ、マルチ Wi-Fi 展開、不安定なネットワーク信号、およびセキュリティなどの問題があります。 |
| フィールド レベルのアプリケーション シナリオ | データ収集・分析、生産工程データの操作性・可視化、設備異常情報、資源監視 | 産業用制御バスの一般的な使用 | 配線コストが比較的高い、配線が容易でない場所がある、産業用制御バスのデータ収集が十分に包括的でない、ネットワーク方式が比較的単純である、新しいアプリケーション シナリオではより多様なトポロジが必要になる |
産業用通信ネットワークの 8 つの要件について、以下に詳しく説明します。
| 要件のタイプ | 性能要件 | ||
| 1 | プラント制御システムへのフィールド機器の接続 | 下層のI/O、PLCなどの制御ユニット、IPCなどの上位コンピュータの相互接続 | 信頼性と遅延性能を確保しながら、帯域幅と規模を大幅に拡大し、データ相互通信と異なるプロトコル間の物理相互通信を確保する必要があります。 |
| 2 | フィールド デバイスとプライベート クラウド プラットフォーム間の接続要件 | フィールド デバイスは、プライベート クラウド上で実行されている MES などの IT システムに、イーサネットまたは光ネットワークを介してホスト コンピュータを介して直接接続されています。 | 需要通过网络和各类现场工业通信协议的高效互通 |
| 3 | 工业控制系统与私有云平台的连接需求 | 控制系统与信息系统的互联 | 视频等高带宽应用在工业领域的使用, 此类连接需要大幅提升工业以太网和通用网络技术的互通性能 |
| 4 | 私有云平台与人的连接需求 | 人通过HMI、移动设备等方式与工业IT系统的交互 | 提升HMI、SCADA、远程操控、移动设备操控等不同的软硬件人机界面的性能, 提升管理的敏捷性和效率 |
| 5 | 企业与工业公有云的连接需求 | IT系统与互联网的融合、OT系统与IT系统的融合、企业专网与互联网的融合等 | 在可靠性、带宽、时延性能、业务形态等方面提出新的要求 |
| 6 | 企业和企业的连接需求 | 不同企业信息系统互通需求, 分为两个层次：1）CRM、ERP等非核心系统的互通；2）MES等核心系统的互通 | 两类互通需求都对远程互联的可靠性、时延性能、安全性提出了新的要求 |
| 7 | 企业和用户的连接需求 | 用户需求与工业系统的实时互通是实现个性化定制的基础 | 需要工业云平台对用户定制应用的良好支撑以及对制造、物料、物流的高效协同 |
| 8 | 企业和智能产品的连接需求 | 产品和工厂的泛在连接将是预测性维护、远程维护的网络基础, 也是企业实现服务化转型的基础 | 需要重点解决广域大连接的问题, 需要物联网技术的深度应用 |