风险管理论文栏目提供最新风险管理论文格式、风险管理硕士论文范文。详情咨询QQ:1847080343(论文辅导)

智能制造工业的无源光网络优化及风险管理研究

日期:2020年03月11日 编辑:ad201107111759308692 作者:无忧论文网 点击次数:1011
论文价格:150元/篇 论文编号:lw202003082025429215 论文字数:34251 所属栏目:风险管理论文
论文地区:中国 论文语种:中文 论文用途:硕士毕业论文 Master Thesis

本文是一篇风险管理论文,笔者认为当前的网络流行着“光进铜退”和“全光网络”两个名词,而无源光网络这种技术也会是下一代网络的重要组成部分,可以说也是未来几十年甚至更长时间内光通信技术发展的绝对方向。众所周知,光通信所使用的光纤材料以二氧化硅为主体原料,全球中含量丰富,用光纤代替铜线,可节约宝贵金属资源,是绿色的传输介质。“世界光纤之父”、2009 年诺贝尔奖获得者、华裔科学家高锟认为:“一千年内光纤不会被取代”。因此,无源光网络不仅有着巨大的应用前景,而且将会增加对各种业务和技术集成发展的需求。近年来,无源光网络(PON)建设在世界范围内迅速发展,已成为抢占信息经济制高点的核心技术。随着我国“全光网络”战略的实施,光纤网络正从骨干网、城域网向接入网延伸,无源光网络也能解决下一代网络体系结构的“神经末梢”问题;它是骨干城域传输管道向家庭接入管道末梢伸展,解决信息高速公路“最后一公里”难题的重要方式。


第一章 绪论


1.1 研究背景

信息化大潮方兴未艾,智能化战略呼啸而来,工业制造业是国民经济的主体,是科技创新的主战场,是立国之本、兴国之器、强国之基。近年来,“工业 4.0”成为全球工业和信息产业界最为关注的热点,其定义了以智能制造为主导的第四次工业革命——将 CPS 信息物理系统(Cyber-Physical System  ,简称 CPS)全面嵌入制造、工程、材料使用和供应链管理中,从而建造可以全球定位联动的“智能工厂”,其展现的未来工业前景,是强大的智能网络和进一步的“去人工化”。“工业 4.0”的定义为全球工业产业界展现了一幅崭新的宏伟的工业蓝图:在一个充满智能化、网络化的空间里,网络信息、物理系统也会逐步渗透到所有关键性的领域,主要包括生产自动化、机械工程、生产技术、能源产业、物流运输等等众多工业部门和应用领域,在 CPS 信息物理系统的持续推动下,智能制造业的出现已成为全球经济中投资、创新、增长最快的领域。智能制造业的技术特征是以智能网络为基础的,数据成为生产要素,万物互联,智能无处不在。在智能制造产业条件下,新技术通过自身的发展和与其他产业的深度整合,促进了产业的更新和新旧动能的转化,其颠覆了产品形态、业务流程、产业形态、商业模式、生产模式、组织模式和治理机制,而是发生了创造性的改变,正是这一变化为智能制造业的发展创造了良好的环境。 

2015 年 5 月 19 日国务院正式发布《中国制造 2025》战略,报告中围绕着怎么实现制造强国的战略目标进行了阐述,同时报告也明确了多项战略任务和重点工作,概括起来“信息化与工业化深度融合,新一代信息技术与制造业广泛融合,正在引发产业的深远变化,从而形成新的生产方式、产业形态、商业模式和经济增长点”。当前世界各国都不约而同的加大了科技创新力度,推动三维(3D 技术)打印、物联网、移动互联网、云计算、大数据分析、生物工程学、新能源新材料研究等领域取得新突破。而基于信息物理系统的智能设备、智能工厂等等智能制造体系也正在引领制造方式发生改变:网络众包、协同设计、全生命周期管理、大规模个性化定制、精准供应链管理、电子商务等重新定义着产业价值链体系。可以说我国制造业的转型升级和创新发展也会随之迎来重大的历史机遇。

.............................


1.2 研究意义

在李克强总理的政府工作报告,提出要实施“中国制造 2025”,坚持创新驱动、智能转型、强化基础、绿色发展,加快从制造大国转向制造强国。可以说目前我国已具备了推进“先进网络+智能制造工业”的现实基础,因此推进先进网络和智能制造业融合深度发展,是相辅相成、是意义重大、是把我国建成制造强国的关键之举。我国的工业制造业需要继续破解目前仍存在的粗放发展以及核心竞争力薄弱的老大难问题,就更需要与先进网络技术以及其衍生的移动化网络、云计算、大数据分析、物联网等相结合,从而体现出智能制造的特色,提升我国制造业的品质。

随着制造工业的过程越来越复杂、生产链条也越来越长,例如:一个产品从研发设计、合成材料、原材料采购、工业制造、产品组装,到产品质量检测、物流运输、销售及市场后服务,涉及太多环节。这个链条的分工协作可能涉及到多个厂区多个车间,如果没有网络的支撑,它的效率会极低,是不可能将生产过程简单化和高效化的。网络的应用推动生产制造模式变革,智能制造将会成为新型的生产方式。网络化应用对制造业的渗透和扩展,促进了工业生产向数字化、智能化的发展。工业信息系统通过网络实现互连和集成,在车间设备操作、物流配送、生产监控等生产过程之间实时信息交换,确保更精确的协调。

但是,在现实的工业制造过程中,由于厂房和车间的硬件条件比较差,例如:电力电源不稳定、电磁辐射较大、温度湿度不可控等等,所有传统网络的部署受到了极大的限制,制约了工业制造业与网络组网的有机结合。

因此把“无源光网络”组网技术应用到智能制造工业中,是解决上述难点问题的有效手段。同时“无源光网络”具有当前网络技术的先进性,该项技术的采用必然会推动产业组织的创新,使得工业企业生产分工更加专业和深入,使得协同制造成为更重要的生产组织方式,它更容易突破区域、组织、技术的界限,整合各种优势资源,形成跨领域、网络化的协同创新平台;也推动产业结构升级,发展了新的制造业服务化,逐步开展远程运维、远程监控、研发设计、生产制造、经营管理、市场销售等形态。

图 1.1  论文框架图

...........................


第二章 智能制造工业全光网风险管理现状及分析


2.1 智能制造工业的应用场景需求

智能制造工业的生产流程和产业链比较复杂,因此其对网络通信的能力、稳定性以及网络信息安全性、可靠性等等方面有着很高的要求。

2.1.1 网络应用场景阐述

(1)广域网(工厂间)的实现场景

主要概念是跨域多个工厂之间的信息通信和应用,主要应用场景包括工厂之间的网络通信和访问、供应链协作、协同设计、与客商的互动以及厂间的物流运输等。

(2) 城域网(工厂级)的实现场景

主要包含工厂的生产管理和综合管理应用,主要应用场景包括企业 OA、MES、CRM、ERP 等应用系统,以及移动无纸化办公管理应用、安全管理应用(可视化监控和巡检等)、集群(虚拟网)通信、能耗(节能)管理、厂区内部的智能配送运输等方面。

(3)局域网(现场级)的实现场景

主要定义是生产线现场的生产过程管理、现场监控和控制等,包括有智能工厂生产中的数据采集和分析,实现生产过程、设备、资源监控的可操作化和可视频化;支持采集所有现场单元数据的要求、支持把生产数据和设备故障信息投影到监控站的屏幕上,实现生产全过程的动态监控与管控;实现智能设备单元、机器人单元和生产线单元、用户单元全流程互联对话,从而实现人机互联、机机互联下的高品质、高效能、灵活性的自动化生产等。

2.1.2 智能制造网络的通信标准

工业网络智能制造的总体要求将工业企业的生产过程办公、控制、运行、管理进行统一掌控与管理,先要实现制造车间信息联系,实现生产制造各系统和 OT 层设备有机联网,同时也要通过信息高速网络实现设计、办公一体化设计、生产管理、行政管理等需求,而且还需要实现企业内部有线网络和无线网络统一,对生产网络、监控网络、办公网络等既要安全逻辑隔离又要有机融合的互联。工业网络智能制造的上述需求对网络通信保障能力提出了更高的要求:

(1)变通叠加业务:业务保障快速性、灵活性和多样性,如专网专用类、公共上网类、视频浏览类等;

(2)带宽灵活扩容:要具备有多种带宽接入能力,并且能根据实际情况进行动态调整;

(3)多层次开放性:对业务的接入方式、接入地点、接入终端具有灵活多变性;

(4)网络一体化的调度功能:主要包含有线网络和无线网络的有机结合,工业网络通信接口(如 RS232、RS485、CAN 总线等)的多样化;

(5)具备响应的快速实时性:工业网络不仅要保证传输速度,还要保证业务响应快、实时性好,要求的速度响应级别是毫秒级的;

(6)纠错能力强:在网络局部电路不可用的情况下,能在最短的时间内重新建立新的网络路由通信。

..............................


2.2 智能制造工业网络的风险识别

2.2.1 项目的网络组网风险

由于工业生产的生产环境比较恶劣,这就需要工业网络的组网设备要有较强的抗干扰能力、迅捷的通信实时性等;对应关键性的服务要用最低限度的性能来保证,才能使整个工业控制系统正常有序的运行,而当前的基础网络在部署上存在一些局限性。

(1)带宽能力的不足,随着网络规模的扩大会带来联网在线设备数量的剧增、设备种类的多式多样、数据采集实时性的提高、承载业务的复杂性等方面的变化,上述情况都会对网络带宽提了更高的要求,而传统网络在带宽延展性方面有着一定的瓶颈。

(2)部署能力的不足,传统网络都是电子设备在高温高磁环境中抗干扰能力很差,因此组网灵活性差。

(3)网络协议的不统一性,由于传统网络的组网网络协议具有多样性,结果就是缺乏统一的网管平台、网络覆盖面不全、网络结构的稳定性和健壮性也不能得到有效保障。

2.2.2 项目的网络安全风险

工业网络信息安全方面出现漏洞,将会对整个工业生产造成及其重大的隐患。随着网络技术的发展以及 TCP/IP 协议的普及,大部分的网络设备采用了通用协议、软件系统和硬件芯片,况且随着智能信息化与工业生产深度融合以及互联网、物联网的迅速发展,漏洞扫描、病毒、木马僵尸等方面的威胁正在向工业网络扩散,因此工业网络信息安全的问题也会日益突出。

近年来,全球不断发生了各种各样的工业网络信息安全事件,“震网”、“火焰”、“毒区”、“Havex”等恶意软件严重影响了关键工业基础网络的稳定运行,充分反映了工业网络信息安全面临着严峻的形