2024-09-30-中国信通院-工业设备网联化技术与实践白皮书_24页_9mb

报告摘要

打造先进工业网络加速工业互联网创新发展

核心内容

本白皮书围绕“打造先进工业网络，加速工业互联网创新发展”这一主题，聚焦工业设备网联化，提出“工业设备网联化、联接IP化、网络智能化”三大发展方向。通过分析工业设备网联化的现状与趋势，提出目标网络架构及解决方案，包括设备数据采集和网联安全方案。同时，结合多个行业实践案例，如上汽宁德、华为南方工厂、宁波舟山港，展示工业设备网联化在实际生产中的应用与成效。最后，对未来工业网络的发展方向进行了展望。

主要观点

工业互联网基础建设：工业网络是工业互联网体系的基础，其发展对实现数据驱动的智能制造至关重要。
设备网联化现状：我国工业设备数字化率约为50%，设备联网率仅为23%，远低于消费互联网水平，主要受限于老旧设备、协议不统一等问题。
技术发展趋势：
- 技术协议：从工业总线向以太网和IP化演进，推动协议统一与数据互通。
- IT/OT融合：IT与OT网络逐步融合，形成统一的网络架构，实现数据采集、控制与业务协同。
- 连接方式：从有线连接向无线连接转变，以支持柔性制造和移动性需求。
设备数据采集方式：包括手动采集、非侵入式改造、接口转换网关、边缘协议网关、设备自动采集等方式，各有优劣，需根据设备类型和应用场景选择。
网联安全方案：提出终端安全准入控制技术，通过电子身份认证、PKI证书、QoS策略等手段保障设备联网安全。
产业实践：上汽宁德、华为南方工厂、宁波舟山港等案例展示了无线化、IP化和智能化在实际生产中的应用，显著提升了生产效率和智能化水平。

关键信息

工业设备网联化现状

联网率低：2020年我国工业设备联网率仅为23%，远低于消费互联网。
设备类型多样：包括PLC、AGV、机器视觉检测设备、自动化测试设备、定位设备、AR设备、传感器等。
设备改造需求大：约80%的设备未联网，且通信协议多样、不兼容，形成“烟囱式”格局。

技术发展趋势

技术协议发展路线

工业总线：早期用于设备间通信，但协议封闭、难以互通。
工业以太网：提供统一通信标准，但存在实时性不足的问题。
IP化：推动协议统一，TSN与OPC-UA结合实现IT与OT融合。

IT/OT融合发展路线

IT与OT分离：传统工业网络结构，控制与信息网络独立。
IT与OT融合：推动多网合一，实现数据采集、控制与业务协同。

连接方式发展路线

有线连接：部署成本高、维护复杂、移动性差。
无线连接：采用5G、Wi-Fi 6、Zigbee等技术，提升灵活性和效率。

目标网络架构

三层结构：现场控制网络（L1-L0）、生产OT信息网络（L2）、制造IT网络（L3）。
融合网络：支持数据采集、能环监控、制造IT、OA等多业务承载。
无线化与IP化：通过Wi-Fi 6、5G等技术实现设备无线化，结合IP协议提升通信效率。

设备数据采集方案

手动数据采集：适用于无法自动采集的设备，但依赖人工，实时性差。
非侵入式改造：通过安装传感器实现数据采集，影响小但误差较大。
接口转换网关：将非网口设备数据转换后接入网络。
边缘协议网关：支持数据转换与断线缓存，适用于复杂数据采集场景。
设备自动采集：通过设备自带网卡或第三方系统实现数据自动采集，实时性强。

设备网联安全方案

安全准入控制：通过终端电子身份认证、PKI证书、QoS策略保障通信安全。
安全防护能力：包括固件增强、漏洞修复、传输加密等，以满足不同安全等级需求。

产业实践案例

上汽宁德智能工厂

覆盖范围：采用Wi-Fi 6实现全厂设备联网，连接500+车辆、2000+终端设备、10000+传感器。
成效：实现亿级数据实时采集、秒级分析反馈，非计划停机时间降低20%，生产线节拍达60JPH。

华为南方工厂

技术应用：采用Wi-Fi 6实现无线化改造，支持AGV智能调度、光学检测、资产管理等。
成效：生产效率提升30%，OEE提升8%，能耗降低10%。

宁波舟山港

技术应用：基于5G实现吊车远程控制、高清视频回传、集装箱追踪等。
成效：提升港口作业效率与安全性，实现智能化管理。

未来展望

全要素互联互通：构建覆盖全产业链、全价值链的智能制造体系。
IP化趋势：预计到2030年，工业网络IP化比例将超过70%。
网络智能化：基于AI技术实现网络自治、实时感知与体验保障。
网络分片：为不同业务应用提供定制化、安全可靠的网络服务。
工业网络转型：从传统分离式网络向融合式、智能型网络演进，支撑工业经济高质量发展。

结论

工业设备网联化是实现工业互联网创新发展的关键环节，需结合技术协议、IT/OT融合、连接方式等多方面进行推进。通过实际案例可以看出，无线化、IP化与智能化的结合，显著提升了工业生产的效率和灵活性。未来，随着IPv6+、AI等技术的不断发展，工业网络将向更加开放、统一、智能的方向演进，为企业数字化转型提供坚实支撑。

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