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时间敏感网络 (TSN) 如何助力智能制造变革

发布日期:2020-03-26 浏览次数:291 来源:Moxa

    当前,世界正经历新一轮数位转型,制造商们需重新考量现有商业模式和基础设施。在“工业 4.0”时代,要与时俱进、保持竞争力,仅仅像过去一样采用数字技术、在自动化孤岛中部署预定义流程已无法满足需求。打造面向未来的工业,需清楚了解新一轮数位转型的驱动因素、当前工业自动化模式的变化趋势,从而拥抱未来的一切变化。

   
01 智能制造愿景:从服务和需求出发

    制造策略正持续升级。目前,客户需求日益多样化,企业需要持续寻求解决方案,满足用户需求,同时提高运行效率。过去,企业会根据预测销量计划生产,力求尽快上架产品。为生产越来越多的产品,高效、迅速地满足日益增长的需求,企业采取的策略是复制多条生产线。在大规模生产单一、固定的产品时,这一方法的确奏效。


    但如果用户对同一产品有不同个性化要求呢?企业该如何满足用户这种快速变化的动态需求?这就要求重新考量现有的制造策略。企业愈发致力于在提高生产力的同时,满足用户的个性化需求。制造策略也随之逐渐升级,从大规模生产单一、参数固定的产品,转向基于用户要求、随需求而变的制造策略。


当下:推式经济


未来:拉式经济


    在未来的智能制造愿景中,人、事、企业被智能地联系在一起,实现时间敏感型的自动端到端通讯、协作、反应、匹配和优化。


   
02 构造未来:新普渡模型

    包括“自动化金字塔”在内的传统普渡模型列出了网络通讯的各个层面。各层之间彼此割裂,在系统完整的生命周期中维护困难且成本高昂。


    行业内部已有呼声,呼吁将现有模型向“自主型金字塔”转型,从而实时针对市场和商业环境作出反应。在这一新结构中,彼此孤立的自动化孤岛和网络数据流能通过统一语言、无缝连接的基础设施相互通讯。


为智能制造未来打造的普渡模型自主型金字塔


    通过普渡模型自主型金字塔,制造商可实现通过统一网络基础设施进行智能生产的愿景。但是,几项根本性挑战也随之出现。例如,在统一网络基础设施中,所有数据通过单个通道流动,网络管理员需确保透明度增加不影响确定性数据处理。此外,管理员如何才能确保信息正确传输,从而及时作出正确决策并采取行动?


    这就是时间敏感网络 (TSN) 能够一展身手的地方。


   
03 确定时间敏感网络

    为搭建真正可互操作的融合网络,实现在单一工业环境中同时处理不同优先级的应用数据,IEEE 802.1 工作小组时间敏感网络任务组正致力于设定一套标准,助力实现基于标准以太网络的确定性数据传输。这一新增功能让久经考验的以太网技术可以继续迎接未来挑战,使用范围扩展至大量新应用中。


    作为一套标准,与其说 TSN 是万能解决方案,不如说它是一个工具箱;您需要了解可用的“工具”有哪些,以及每种工具的使用原理,这样才能确定哪些工具更适配您的应用。


    根据应用需求,可采用不同的工具组合搭建基础设施,满足具体目的。例如,IEC/IEEE 60802 联合工作组定义的一种 TSN 配置文件就旨在为工具选择提供标准,并为如何在工业自动化应用中使用这些工具提供指南。


TSN工具箱包含一整套功能和配置标准,可结合使用,纳入应用配置文件中。


    总体而言,工具箱中的所有标准都可被归类到 TSN 的下列方面:


    1
、时间同步:
顾名思义,“时间敏感网络”专注于在统一、可互操作的基础设施上建立通用的时间框架,应用于其中的所有设备,从而形成一切操作的基础。

    2
、有限低延迟:通过采取不可协商的端到端传输时段分配概念,各组件确保基于以太网的确定性数据传输。


    3
、超高可靠性:
为全面实现并维持确定性网络环境,已定义出一套可确保最高可靠性和安全性的组件。

    4
、资源管理:
在网络和应用融合程度增高、规模扩大的过程中,需要更多工具来提高管理效率和可视化程度。

    Moxa
不仅提供标准以太网硬件,推动建立符合 TSN 标准的统一基础设施,还积极参与世界各地的跨厂商 TSN 插拔大会和测试床项目,包括由边缘计算产业联盟 (ECC)、工业 4.0 实验室网络、工业互联网联盟 (IIC) 和工业互联网产业联盟 (AII) 主持的项目。此外,Moxa OPC 基金会现场级通讯 (FLC) 倡议的初始支持者之一,致力推动 TSN 技术发展。TSN 正汇聚不同工业组织和市场领军企业之力,实现共同目标——发挥工业 4.0 的全部潜力,完成数位转型。

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