乘上工業(yè)以太網(wǎng)這趟快車

沈陽，鐵西經(jīng)濟技術開發(fā)區(qū)，寶馬在全球的第25家工廠就設立于此。

總投資15億歐元、廠區(qū)占地面積2.07平方公里、年產(chǎn)汽車20萬臺，這些數(shù)字概括了寶馬沈陽鐵西工廠的“體量”。有媒體將其與寶馬設在德國萊比錫的工廠相提并論，并把沈陽鐵西工廠稱之為“黑土地上的‘萊比錫’”。沈陽本地媒體評論認為，這家工廠讓沈陽進入了“寶馬時代”。

寶馬沈陽鐵西工廠之所以會得到這樣的贊譽，與其先進的工廠建設和技術標準不無關系。在這里出產(chǎn)的汽車，其每個螺絲的擰緊程度都會被電腦錄入系統(tǒng)并一直保存到車輛報廢為止，以確保每一項數(shù)據(jù)都是可追溯的。更加關鍵的是，無論是高速沖壓機、焊接機器人，還是可編程控制器、網(wǎng)絡傳輸，甚至于整套自動化管理體系和倉儲標準，都與寶馬全球的任何一家工廠一樣。這就保證了寶馬鐵西工廠能夠與國際最先進的技術標準保持完全同步。

可以說，鐵西工廠是集現(xiàn)代工業(yè)技術于大成的代表作。而提到現(xiàn)代工業(yè)技術，我們就需要引出一個當前炙手可熱的名詞：工業(yè)以太網(wǎng)。

機器人背后的網(wǎng)絡變革

對于外行人來說，參觀工廠時最吸引眼球的莫過于那些定位精準、一絲不茍的機器人，亦或者是在軌道上孜孜不倦跑來跑去的自動倉儲運輸車，而很少有人關心其背后的內容。比如，上文提到的螺絲擰緊數(shù)據(jù)是如何被傳送到存儲設備中的？機器人和運輸車又是通過誰接收命令的？

同以太網(wǎng)一樣，工業(yè)生產(chǎn)同樣需要網(wǎng)絡來傳輸數(shù)據(jù)。機器的工作數(shù)據(jù)傳送，控制系統(tǒng)的命令下發(fā)、測量儀器的通信等操作均依賴這個網(wǎng)絡完成。工業(yè)系統(tǒng)長期的獨立和專用特性，使得工業(yè)生產(chǎn)網(wǎng)絡走出了一條與我們常見的以太網(wǎng)完全迥異的數(shù)字化體系，也使得其有了專有的名詞：現(xiàn)場總線（Fieldbus）。而在此之前，機器之間的通信還是依靠模擬信號甚至開關電平信號進行的。

盡管現(xiàn)場總線將機器之間的通信提升到了數(shù)字時代，不過隨著應用的深入，人們發(fā)現(xiàn)其存在著一些不足。首先，現(xiàn)場總線領域協(xié)議種類眾多，達到了十幾種而且互不兼容，這不僅增加了用戶的施工難度，而且還提高了工程造價；其次，這些協(xié)議大多封閉，無法滿足當前工業(yè)生產(chǎn)定制化需求；此外，工業(yè)總線數(shù)據(jù)包的傳輸延遲和速率問題沒有較好的解決方法。

時空交錯，在現(xiàn)場總線遭遇應用難題的同時，以太網(wǎng)技術卻得到了極大發(fā)展。由于開放特性，使得其在應用中群策群力，解決了不少發(fā)展過程中的技術難題。這使得人們開始考慮將以太網(wǎng)中的TCP/IP協(xié)議引入工業(yè)網(wǎng)絡。這就形成了工業(yè)以太網(wǎng)的概念。

工業(yè)領域分析調研機構ARC集團認為，從智能電網(wǎng)的實施，特別是變電站自動化，到智能化鐵路、公路以及其他運輸項目正越來越依賴工業(yè)以太網(wǎng)。在過程自動化領域中，工業(yè)以太網(wǎng)已成為控制層骨干網(wǎng)的首選，并逐漸向設備層遷移。工業(yè)以太網(wǎng)越來越多地作為常規(guī)工業(yè)網(wǎng)絡，在很多工業(yè)領域替代了特定應用的現(xiàn)場總線。

“兩化融合”從網(wǎng)絡開始

廣義上來說，工業(yè)以太網(wǎng)依然是現(xiàn)場總線的一種分支，其符合現(xiàn)場總線在制造與控制設備之間進行通信的定義。不過從技術實現(xiàn)上，二者又完全不同。工業(yè)以太網(wǎng)的出現(xiàn)，打破了工業(yè)生產(chǎn)系統(tǒng)與信息管理系統(tǒng)的屏障，擴充了網(wǎng)絡規(guī)模，將原本的單機自動化擴展到了整個工廠自動化的級別，提高了傳輸速率、傳輸距離和開放性。同時，其還降低了工程部署的成本，并可以直接控制和訪問生產(chǎn)級別的所有數(shù)據(jù)。目前我們所能見到的工業(yè)以太網(wǎng)標準，包括了Modbus TCP/IP、ProfiNet、Ethernet/IP等。

在這些不同的工業(yè)以太網(wǎng)標準之中，ProfiNet尤為受到汽車廠商所青睞。2004年11月在紐倫堡舉辦的SPS/IPC/Drives展覽會上，奧迪、寶馬、戴姆勒-克萊斯勒和大眾四家德國主要汽車公司宣布同意支持工業(yè)以太網(wǎng)協(xié)議ProfiNet。這一協(xié)議不僅具備工業(yè)以太網(wǎng)的特性，同時可以整合原有得到廣泛應用的ProfiBus現(xiàn)場總線網(wǎng)絡和管理架構，形成完整的現(xiàn)場總線控制系統(tǒng)，保護了用戶的原有投資。除汽車行業(yè)以外，煙草行業(yè)目前也已經(jīng)成為ProfiNet的一個重要推廣領域。

目前，寶馬在全球的工廠建設中都采用了來自西門子的ProfiNet工業(yè)以太網(wǎng)網(wǎng)絡，本文開頭所提到的沈陽鐵西工廠也不例外。

工業(yè)以太網(wǎng)的出現(xiàn)，使得工廠實現(xiàn)了從管理到現(xiàn)場“一線通”的愿望。用戶只需要掌握一種技術，即可滿足全自動化工廠、全數(shù)字化工廠的建設需求。同時，其也將自動化語言帶入到了工業(yè)生產(chǎn)領域。目前，赫思曼等廠商已經(jīng)開始將以太網(wǎng)中的SNMP協(xié)議帶入到工業(yè)領域，利用可編程控制器配置交換機成為指日可待的事情。此外，工業(yè)以太網(wǎng)也讓無線網(wǎng)絡進入工廠成為可能。

從工廠走出去

信息化與工業(yè)領域的交融無時無刻不在進行之中。從車身設計到工廠規(guī)劃，再到發(fā)動機設計以及生產(chǎn)，數(shù)字化工廠正在優(yōu)化從設計到制造的每個環(huán)節(jié)。增加柔性、減少系統(tǒng)復雜性和節(jié)能需求、更少的調試時間、更短的生產(chǎn)爬坡時間、創(chuàng)新的自動化標準應用、更快的新產(chǎn)品上市需求，數(shù)字化工廠所能夠帶來的這些益處，無不令汽車企業(yè)心動。

以工業(yè)以太網(wǎng)為代表的“兩化融合”技術，正在逐漸走出工廠，邁向更為廣闊的應用空間。經(jīng)受過工業(yè)生產(chǎn)高溫、高腐蝕性、強震的“洗禮”，工業(yè)以太網(wǎng)交換機的可靠性已經(jīng)得到了業(yè)界的認可。如今其已經(jīng)開始被應用于車聯(lián)網(wǎng)的信息通信與交互之中，特別是在城市交通交通信號控制系統(tǒng)、高清電子警察系統(tǒng)、高清卡口系統(tǒng)等智能交通系統(tǒng)等部分。

來自ARC集團的觀點認為，原本很大程度上依賴于離散自動化應用的工業(yè)以太網(wǎng)交換機市場，目前的增長逐漸受到其在基礎設施和過程自動化領域應用的影響。這些新機遇，加上以太網(wǎng)繼續(xù)鞏固其作為工業(yè)網(wǎng)絡基礎設施首選的地位，聯(lián)合即將到來的物聯(lián)網(wǎng)，正助力工業(yè)以太網(wǎng)交換機市場的兩位數(shù)增長。

在這一背景下，傳統(tǒng)的IT和通信廠商，比如華為、思科，也開始逐漸關注起工業(yè)以太網(wǎng)市場。在以太網(wǎng)交換和管理方面，對于他們來說擁有著先天的優(yōu)勢。在工業(yè)領域，工業(yè)以太網(wǎng)正在掀起一股全新的變革，這不僅僅體現(xiàn)在工業(yè)制造層面，也深刻影響到了信息化技術、供應鏈，乃至我們的學習和生活。