工业物联网与网络化控制教育部重点实验室： 让工厂设备像手机一样“自由通信”

　　工业互联网是新型工业化的战略性基础设施和发展新质生产力的重要驱动力量。作为工业互联网的底层通信技术，工业物联网是工业自动化系统安全运行的核心技术。

　　工业物联网是如何让每个工业品“可寻址、可通信、可控制”？怎样确保设备之间的精确时钟同步与实时调度？如何实现不同工厂网络与互联网之间的深度融合？

　　4月15日，带着这些问题，记者走进依托重庆邮电大学建设的工业物联网与网络化控制教育部重点实验室（以下简称重点实验室），寻找答案。

　　“人、机、物”全面连接

　　和你聊天的可能是一台仪器仪表

　　“以前最开始聊QQ的时候，有个段子说‘对面和你聊天的，说不定是一只猫或狗’。在工业互联网里，和你聊天的，也可能是一台仪器仪表。”位于重邮信科大楼三楼的重点实验室展厅，站在“面向典型行业的生产网络IPv6互通及融合技术测试验证平台”示范案例前，实验室主任王恒和记者打趣地说道。

　　这样的场景并不是玩笑。从2017年上半年开始，当时还叫“全互联制造网络”的这项技术，在位于长寿区的重庆钢铁（集团）有限责任公司园区示范应用。

　　在面积达10平方公里的重钢园区，王恒和实验室团队在10个跨厂区的生产车间装上了近百个数据监测仪表，并通过物联网核心芯片，把它们连成了一张“网”。

　　“工业物联网主要通过支持设备之间的交互与互联，来提升制造业信息化水平。”王恒说，但要让不同网络接口的设备实现互联互通极其不易。一方面是因为传统控制网络采用分层的系统结构，存在信息获取、控制、调度和管理方面集成度差、协同能力弱的局限，难以满足工业互联网和智能制造对底层物联网到互联网无缝融合与集成的要求；另一方面，在很多自动化生产线上，企业大都采用工业有线网络的方式，但布线成本很高，造成整个自动化系统安装维护成本高昂。

　　经过7年的不断升级改造，“全互联制造网络”技术已经进化到“生产网络IPv6互通及融合技术”，搭建起来的工业物联网实现了每个工业品“可寻址、可通信、可控制”的目标，不仅能随时“把脉”生产设备的健康状况，还能对各种数据进行分析、预测，及时针对设备“病情”开出“药方”。

　　“举个例子，我们只要在系统对话框里输入‘请反馈1号干熄焦采集站目前运行情况’，厂区的参数采集系统马上能把该采集站内部的温度、湿度、气体浓度等信息一一汇报。这些对话，并不是由人工输入的，正是在该厂区负责数据监测的仪表‘说’出来的。”王恒描述道。

　　也正因为该技术让工业设备和网络即使在恶劣生产环境中也能长期稳定运行，厂家反馈这相当于为智能车间的生产装上了“定海神针”。

　　研发自主可控工业网络关键技术

　　让工厂所有设备时钟和数据时标统一、步调一致

　　在位于南岸区茶园的重庆盟讯电子科技有限公司数字化工厂，一排排大小各异的蓝色智能LED屏上，实时显示着产品信息、完工率、合格率等各项生产数据；智能机械手臂自主转动着，将智能通讯模块成品精准地放置到智能货架上；一排排高大的自动生产线整齐排列，里面的智能机器人贴标、检测、分板、分拣动作整齐划一、一气呵成。

　　作为一家主要从事无线电通讯、汽车电子等产品加工服务的企业，盟讯电子科技有限公司的数字化转型和智能化改造，离不开重点实验室团队研发的自主可控工业网络关键技术。

　　王恒解释，该技术实现了工业网络中时间同步、实时调度、高可用冗余、安全、多协议异构实时互联等，让盟讯公司的智能工厂运维效率提升了15%，运维成本还降低了10%。

　　“工厂设备在运行中会遇到一些问题，就像在日常的工作中，我们约好在明早九点钟开会，首先，如果你的表走慢了，就没法准时参会；其次，会议内容若涉及公司秘密，要保证团队成员不能透露会议信息；第三，如果在酷暑天气下开会，我们还要开空调、吹风扇，要想办法正常开展工作。”王恒说，通过该关键技术，该工厂实现了所有设备时钟和数据时标统一、步调一致，足以保证各个设备同一时刻采集的所有数据都打上相同的时间戳再进行传送。

　　此外，该技术将工业网络中的敏感生产信息安全传输，让设备和系统都说同一种“普通话”，用统一的下一代互联网协议（IPv6协议），让多协议的异构工业网络实现互联互通，数据能实时传输和交换，算力惠及每一个角落，使每台设备都智能起来。

　　目前，该技术已在工业企业中被广泛规模化应用，并造福“一带一路”共建国家，用于越南、土耳其、巴基斯坦的水电站群远程集控系统。

　　全球物联网领域标准制定重要策源地

　　主导制定7项国际标准、牵头制定18项国家标准

　　除一项项技术外，从2011成立以来，重点实验室团队还在工业物联网领域主导制定了7项国际标准、牵头制定18项国家标准。

　　“经过调研我们发现，到目前为止，整个工业物联网产业发展有几十种通信协议，还有一些私有协议，缺乏一个统一互操作的标准和规范，阻碍了物联网发展最终实现万物互联的目标。”物联网国际标准委员会专家、工业物联网与网络化控制教育部重点实验室骨干成员、重庆邮电大学自动化学院/工业互联网学院院长魏旻介绍，针对物联网发展这一关键难题，实验室积极参与国际、国家标准制定，成为全球物联网领域标准制定的重要策源地。

　　比如，2022年，由重点实验室团队联合编辑的《物联网-工厂设施需求响应能源管理应用框架》发布，成为全球首个工厂能耗管控物联网国际标准。

　　由实验室团队牵头制定的物联网领域国家标准《物联网 系统互操作性 第2部分：网络连通性》及其对应的国际标准，更是被英国、加拿大、澳大利亚、丹麦、荷兰等7个国家直接采标应用，被德国工业4.0标准化组织推荐使用……

　　“新一代科技革命就是要让工厂里所有设备通过物联网技术进行连接，像手机与手机之间一样‘自由通信’。”王恒透露，下一步，实验室将继续依托重庆邮电大学自动化学院以及控制科学与工程、仪器科学与技术等重点学科，紧密围绕国家重大战略需求，攻克制约工业物联网发展的智能感知、同步、调度、异构融合等关键核心技术，突破工业物联网自主安全可控智能芯片、时间敏感网络等难题，面向智能制造、智能网联汽车等典型行业应用，提出特色解决方案。

　　记者 李志峰