技術丨新工業自動化 – IT/OT 融合網絡技術
作者：凌軍 思科大中華區製造業首席架構師
★載譽歸來 – 2022 世界智能製造十大科技進展
2022 年 11 月 23 日- 25 日，2022 世界智能製造大會在江蘇南京隆重舉行，大會由江蘇省人民政府、工業和信息化部、中國工程院、中國科學技術協會共同主辦。在大會中， 國際智能製造聯盟 ICIM （籌）、中國科協智能製造學會（IMAC）聯合發布 “2022 世界智能製造十大科技進展” ，“2022 中國智能製造十大科技進展”（簡稱 “雙十” 科技進展），並對獲獎單位和企業頒獎。
世界智能製造十大科技進展主要目的是聚焦智能製造領域最新思想和成果，以創新型、引領性、產業應用、經濟效益和社會效益、未來預期和知識產權等多項指標為遴選標準，圍繞智能製造領域的科技突破與產業應用，共享全球智能製造科技成果。 “2022 世界智能製造十大科技進展” 入選企業包括思科、南京大學、中鐵裝備、亞馬遜、西門子、NVIDIA 等世界領先製造創新企業。
思科本次獲獎成果是 “新工業自動化 – IT/OT融合網絡技術” ，凝聚了思科多年在製造業（OT），企業信息化&互聯網（IT）的技術精華，將IT網絡自動化技術與工業自動化融合，將極大推動智能製造的發展，促進數字化轉型，幫助更多製造企業堅實邁向工業 4.0 步伐，朝著世界經濟論壇燈塔工廠的標準演進與發展。思科“新工業自動化 – IT/OT 融合網絡技術”具有工業領域的首創性、創新性、示範性和引領性，對各類製造企業實現智能製造提升具備很強的實踐價值和參考價值。
★工業進步史 – 百年流水線與工業自動化
在大衛 E. 奈（David E. Nye ）著作的《百年流水線》一書中，我們感受到了近代工業進步的歷史，以及流水線這一技術發明是如何創造工業歷史，影響人類文明，甚至左右二戰戰局。 1913 年，福特建立了世界上第一條流水線， 短短 10 年，流水線傳播到世界各地，贏得了廣泛讚譽。福特利用流水線，可以實現大規模生產，提升生產效率。
可以說，流水線是自動化技術等早期與開端，流水線的設計佈局，管理流程等一直影響到今天的工業領域。而伴隨著流水線的發展，20 世紀中後期、誕生了很多工業自動化工具和技術，例如 DCS 系統，PLC 系統， 總線 IO 、CNC 數控系統、 HMI（人機交互系統）等。特別是在流水線為主的製造領域，這些工業自動化技術與工具，廣泛使用至今，大規模生產各類工業產品。
2023 年是思科第一款工業以太網交換機 Catalyst 2955 誕生二十週年，思科 Catalyst 2955 是思科首款推出工業自動化 IO 設備，支持 EtherNet/IP、 Modbus TCP 等各類工業協議，適用於嚴苛與惡劣工業環境，用於構建各類自動化流水線或者 SCADA 系統等。思科 Catalyst 2955 也啟動了工業網絡由總線演進至以太網的歷史使命。 Catalyst 2955 是工業界一款革命性網絡產品，也是思科跨界工業的歷史性產品。
▲2003 年思科首款工業以太網交換機 Catalyst 2955
★數字化浪潮與IT自動化 – 數字化網絡架構
多變的數字化環境需要 IT 團隊以前所未有的速度進行擴展，而這個目標的實現離不開 IT 自動化。 IT 自動化重點部分為 IT 基礎架構自動化，使用軟件來創建可重複的指令和進程，以此取代或減少人類與 IT 系統的交互。自動化軟件可以根據設置的指令、工具和框架，幾乎不需人工干預地執行任務。開發運維自動化 DevOps , AIOps ，軟件定義一切，敏捷流程開發等，是近幾年 IT 領域發展自動化具體應用與技術。
我們可以看到，IT 自動化與工業自動化雖然技術不同、對像不同，但理念與目標是高度一致。 IT 自動化是 數字化轉型的關鍵。數字化轉型浪潮席捲全球，數字經濟為未來經濟發展的重要支柱與動力。
思科數字化網絡架構，則是數字化轉型的重要賦能要素。思科數字化網絡架構 (DNA) 也稱為基於意圖網絡架構 (IBN) ，是思科軟件定義網絡（SDN) 技術。通過使用網絡中央網絡控制器 DNAC 對網絡進行抽象、管理與控制。 DNAC 控制器對於網絡抽象至關重要，使 IT 將網絡視為一個集成的整體。傳統企業 IT 領域（包括接入、廣域網、數據中心和雲）逐漸演變成以控制器為主導的網絡，利用思科IT自動化技術並擴展業務優勢，幫助企業數字化轉型。
借助機器學習，軟件定義能力，思科 DNAC 具備高度自動化能力，可在幾分鐘構建和設定企業網絡設備，並利用人工智能 AI 和機器學習 ML 來主動監控，故障排查和優化企業網絡。進而整合第三方系統，改善 IT 運營流程。
▲思科網絡自動化軟件控制器 DNAC 與整體網絡架構
★新工業自動化 – IT/OT 融合網絡技術
根據麥肯錫公司的觀點，“自動化作為數字技術的重要組成部分，已為眾多製造企業的價值鏈上下游帶來顛覆性變革。麥肯錫也對全球 15 個國家、9 個行業的 108 名受訪者開展了自動化專題調研。企業選擇自動化的原因發生了顯著變化。疫情暴發前，降低勞動力成本、提升生產效率、確保全流程質量穩定是企業的主要目標；疫情后，強化生產運營體系的抗風險能力，確保組織能夠從容應對沖擊逐漸成為首要目標，“無人接觸” 和 “黑燈工廠” 開始被反复提及。自動化倒逼工業企業加速創新，孕育出後疫情時代的新增長來源自動化能力的打造有望成為企業製勝的關鍵因素。
工業自動化技術，承載了百年流水線的發展，也伴隨現代工業發展和工業文明進步。思科首款工業以太網交換機在 2003 誕生，也標誌著思科進入工業自動化，包括 OT 領域的創新和投資。信息化層面，數字化技術，數字化轉型浪潮中對IT自動化的需求，已經不是簡單的錦上添花，變成剛需與核心競爭力，思科在企業，互聯網行業的成功已經得到了證明。
跨界融合，雙劍合璧，是思科為未來工業自動化創新送出的完美答案。利用思科 IT/OT 融合網絡技術突破，將製造業等工業企業的自動化水平提升一個新台階，利用思科全廠融合網絡技術，更好賦能面向工業 4.0 的先進自動化用例和大規模實踐，在 OT 領域實現技術突破，高速傳輸，柔性生產，敏捷佈局，安全保障等。智能製造將定義 “新自動化” ，將重新定義自現代工業革命以來的自動化；製造企業紛紛在工業 4.0 時代，提昇運營水平，支持遠程運營和全自動化，擁抱數字化轉型的浪潮，迎接數字時代的到來。新自動化，離不開網絡自動化，這就是 IT/OT 融合工業網絡。
全球主要面向工業 4.0 目標的數字化工廠，均將網絡建設上升到最高優先級的基礎任務和賦能要素。思科新自動化工廠網絡技術，受到全球龍頭工業企業，包括燈塔工廠在內的領先智能製造企業歡迎，已在全球先進工廠得到實際生產環境中部署和應用。
思科公司在工業網絡領域滿足實現柔性產線，精益生產的需求；以網絡自動化方式助力傳統工業企業自動化技術的演進，實現面向工業 4.0 的新自動化。思科新自動化技術，即面向數字化工廠融合工業網絡架構，分為三個重要組成部分
•數字化網絡架構(DNA)實現全廠網絡互聯互通，高速連接和安全分段、微分段、策略隨行等
•工業網絡產品包括工業以太網、工業無線、工業安全等實現OT工業網絡安全可靠連接及靈活架構
•自動化控制中心DNAC作為軟件定義網絡SDN大腦，實現全廠IT/OT融合網絡的安全策略，編排調度，自動化部署等
思科工業網絡全線支持 Profinet，ODVA(EtherNet/IP) 和 OPC-UA 等互操作性工業標準，可以實現產線設備，PLC 等工業網絡連接。在保障安全的情況下，結合自動化的高效和可視化運維，採用一網到底的方式將現場工控上位系統、MES、WMS 等核心業務系統實現高速以太網連接。思科新自動化技術，助力打造面向 IT/OT 融合，實現一網到底的全廠數字化網絡。
從 20 年前的 Catalyst 2955，到今天的 IE3400，思科 IOS CLI 命令行已經演進到 DNAC 控制器統一管控自動化，網絡接口從 RJ45 到支持 IP67 的全防護 M12 接口，不變的是自動化的信念，不斷增強的是自動化能力與運營水平。
▲思科最新IE 3400H工業以太網交換機
★新能源故事 – 當智能工廠遇見新自動化
這是一家全球的新能源產業鏈上代表性公司，公司使命是打造綠色世界，降低碳排放與碳足跡，幫助世界擁抱新能源。該公司從初創到大規模量產，經過了 7 年的旅程；作為新能源企業，綠色、電氣化、自動化是打造新工廠的準則與要點。在智能工廠建設中，該公司通過第三方諮詢公司建議，打破了 IT 與 OT 的鴻溝，將自動化系統選型，IT 系統選型原本割裂的流程融合，將原本工業自動化碎片和煙囪狀建設的工廠網絡，全部交給了高度工業相關的思科 IT/OT 融合網絡。思科新自動化工業網絡，高度貼合該公司智能製造相關先進自動化用例；一網到底的 IT/OT 融合網絡，完全符合該公司雲優先、數據優先的智能工廠理念。該公司諮詢了 5 家顧問公司，5 家公司在工廠基礎網絡建議，無一例外推薦了思科。最終該公司智能工廠部署了數千台思科 IE 工業以太網交換機，上千台思科 Catalyst 9000 系列匯聚交換機，3000 餘顆思科 9000 系列 Wifi 6 AP， 以及自動化大腦DNAC 網絡控制器平台。
★未來展望
我們正在為第四次工業革命打造一個可持續的數字化基礎。通過跨界整合，IT/OT 融合，思科新自動化網絡架構是未來工業世界的數字化紐帶，是智能工廠的自動化基礎。思科新工業自動化網絡，除了 IT 網絡設備，OT 網絡設備，還包括邊緣計算，嵌入式軟件能力，工業零信任安全和可視化，基於 AI 和 Automation 的軟件平台及調度能力。百舸爭流的創新時代，面向新自動化的應用場景和業務數字化用例層出不窮。工業 4.0 數字化盛宴，思科從未缺席；未來工廠燈塔之路，攜手思科砥礪前行。