光儀表云——智能測試無間斷
一、 項目概況
1. 項目背景
華為技術有限公司是提供ICT解決方案和服務的企業，致力于把數字世界帶入每個人、每個家庭、每個組織，構建萬物互聯的智能世界。
其中華為的光網系列產品（光傳送與光接入，SDH/WDM/OTN/xPON等）競爭力長期領先，相關產品在系統架構，光電技術，可靠性，生產和質量控制等有大量創新。本案例為華為在海量光產品生產/調試/測量方向的創新，應對制造階段的光性能測試環節稱為瓶頸的問題。
2. 項目簡介
生產業務流（光儀表云）項目于2011年啟動，2012年上線試用，2013年正式轉產，到目前已正式運行6年多，期間經歷了多次軟件升級。
3. 項目目標
生產業務流（光儀表云）的目標有三個：一是保障生產無間斷，消除儀表因素對生產的影響；二是持續縮短整體測試時間，規避人員操作因素的影響，加速產品及資金周轉；三是高效利用昂貴的光儀表，既充分發揮各項功能，又實現更好維護保養。
二、項目實施概況
本項目中通過集中需求，供給池化，智能編排的創新，解決了廠區內多條產線，多種測試項，多種工序對光儀表的需求，簡化了人員操作，節約了測試時間。
1. 項目總體架構和主要內容
項目的整體架構采用生產業務流和生產信息流獨立建設、組合使用的架構。其中光儀表云是生產信息流的一部分，用于光網絡生產產品的測試。而工業PON、工業OTN以及工業OTN寬帶專線網絡用于生產線數據的采集及監控等，二者共同組成工業光網，其整體架構如下：
工業光網整體上是一個類數據中心網絡的SPINE/LEAF架構，例如在上圖的架構中，生產現場網絡的OLT、帶寬專網的CPE等設備作為LEAF節點，而OXC/OTN-XC等設備作為SPINE節點。SPINE/LEAF等網絡節點共同組成SCALE OUT架構，支持按需、彈性的伸縮，能夠很好的匹配企業生產線靈活調整對網絡帶來的訴求。
2. 網絡實施方案
? 生產業務流（光儀表云）架構及實施方案
（1）組網架構
項目總體在于將儀表資源池成云，按需調用，改善之前被測品光指標測試要經過多個工位才能完成。周轉次數多，操作復雜，重復動作多的問題。在邏輯功能上可以分為儀表云本體及配套的隨選光路兩部分。
圖1 光儀表云總體架構圖(光路開關和儀表開關均為OXC虛擬的邏輯功能)
（2）光儀表云的物理組成
物理上光儀表集中在控溫控濕的儀表室，由專業人員統一管理維護及定期標定，以確保儀表處于正常工作狀態。對于光纖連接采用熔接/纏繞包裹/優化FC連接器方式，將2km以內的光纖連接損耗降到0.4dB以內，如圖2所示
圖2 光儀表云的物理組成
（3）將光儀表分解為獨立的邏輯功能
一臺光儀表具備多項功能，在測試時往往需要處理上傳測試數據后才能進下
一項工作，這導致在測試多項指標時出現等待，延長了整體測試時間。為此將儀表通過虛擬化，分解為多項邏輯功能。通過對多臺儀表邏輯功能的小顆粒化調度，可以實現對同一設備多項指標不間斷的測試，節約測試時間。同時一臺儀表也可被動態調用于不同設備的測試，提高了儀表利用率，如圖3所示：
圖3 將儀表分解為獨立的邏輯功能，通過分時復用節約單設備測試時間
（4）測試工序的智能編排
由于不同產線的工位數量不同，測試項目也有不同，需要結合儀表云的能力做各工序的編排，采用人工事前處理速率較慢，采用固定編排也不適應產線柔性工作工作。因此結合智能算法，通過令牌環動態分配儀表的邏輯功能、按預測總用時最短的組合編排測試過程，從而實現最優稼動率，如圖4所示
圖4 智能編排，節約整體測試時間
? 生產信息流網絡架構及實施方案
（1）組網架構
通過在生產線部署工業PON網絡（包括OLT、ODN以及ONU等），實現生產現場設備和監控中心/云端互聯。組網架構如下：
圖5 工業PON組網架構
其中ONU、分光器、OLT等設備不需要現場機柜，節省空間及投資。ODN布線與強電共線槽，節省弱電槽投資（當然也可以部署在弱電槽）。
整體組網采用OLT主備端口1+1保護，網絡故障支持50ms快速倒換，滿足生產線高可靠性的網絡訴求。
（2）生產信息流網絡實現生產線數據采集及監控
生產現場通過部署PON網絡，將生產過程現場設備（包括錫膏的印刷、焊錫檢測、貼片、AOI（自動光學檢查）等）產生的海量數據快速上傳到智控中心/云端，實現了對生產線的監控、分析和控制。
靈活的帶寬策略，能夠滿足部分工位（如AOI點）大帶寬的網絡訴求，使能產線按節拍生產。
圖6 工業PON海量數據采集
（3）生產信息流網絡極簡部署
生產信息流網絡（工業PON）采用2級分光，OLT到第一級分光器采用2:8分光，分光器部署在強電槽橋架內，OLT到分光器采用Type B保護，以提升網絡的可靠性。二級1:8分光，部署在對應槽位的立柱上，86盒式ONU安裝在線槽的立柱上，整體施工部署如下：
圖7 工業PON極簡網絡部署
該部署方案亮點：
? 面板式ONU: 在強電槽上以面板形式提供網口，生產運維人員使用習慣不變，易接受。同時與原有的工業以太網兼容，形成主備兩張網絡，增強網絡健壯性。
? 兩級隨需分光：在末端隨需擴展，不需在架空走線槽重新走線，調整快捷簡便
? 全部采用商品化SC光跳線和適配器：不需熔接，易于施工，更換維修
? OLT側支持雙歸保護與COMBO PON配置：保證可靠性，平滑升級（GPON->XGS PON）不用換OLT設備
%1. 具體應用場景和應用模式
生產業務流（光儀表云）簡化了相應的制造和測試工序，實現了：
? 測試編排智能化：儀表云自動選擇總工時最短方案，節約了人力投入，保障了編排最優
? 測試過程簡單化：一次連接，依次完成多項測試，并實時上報；降低了人員技能要求，提升了測試質量和效能
? 儀表排障自動化：對儀表測試結果有自動校驗，檢驗異常會將自動定障并隔離故障儀表
具體運作流程可參見下圖：
圖8 光儀表云運作流程
生產信息流網絡企業提供極簡數據采集、生產控制網絡：
? 全光纖組網，二級結構簡潔、大寬帶，低時延
? 光纖“手拉手”保護，工業級ONU適應強電磁、高溫高濕、強振動等惡劣環境
? 提供RS232/RS485、GE/FE工業現場通信接口,適應多種工業設備的接入
圖8 工業PON車間承載
4. 安全及可靠性
生產業務流（光口測試，儀表運維等）采用物理隔離的安全控制策略：
? 以低損耗光纖鏈路實現物理隔離，并保證路徑冗余
? 以獨立機房（雙路供電+UPS備電）保證設備集中部署并做安全隔離
? 以專項機房運維人員，保證人員隔離
生產信息流（遠程操作，數據記錄等）采用物理隔離+安全網關的組合安全控制策略：
? 工位采用獨立端口，匯聚接入層單獨成網，到核心層通過安全網關過濾
? 上行通過安全網關連接到邊緣計算和生產云
? 核心層物理端口隔離，對外數據交互由人工用生產管理系統抽取報表實施
5. 其他亮點
光儀表有定期標定的要求，部分高端儀表還有海關監管和抽檢的要求；生產業務流（光儀表云）通過資源池化，規避了這些動作對生產的影響。
三、下一步實施計劃
1. 自研替代計劃
針對生產信息流（光儀表云），引入自研OXC器件替代，保障自主能力。
2. AI能力提升計劃
引入新一代AI算法，持續優化光儀表云智能編排與調度，進一步節約整體測試工時；工業PON提供邊緣計算能力，實現生產線狀態的實時感知，數據及時處理，提升產線的整體效率和安全性。
四、項目創新點和實施效果
1. 項目先進性及創新點
通過儀表云化，將昂貴的光儀表資源池化，規避了儀表故障/維修/保養對生產操作的影響，保證整體產線的稼動率最優。在技術上，通過低損耗光連接設計與隨需光口調度，將全廠區（2km內)光檢測需求集中；通過虛擬化：將儀表分解多個可獨立調度的邏輯功能，實現供給池化；通過智能隨需編排功能，實現需求的自動預測與資源的自動編排，簡化了操作，節約了整體測試時間。在對光口性能檢測有要求的制造環節或調試環節可以復制推廣
%1. 實施效果
項目已實施并持續優化6年。
? 相應制造/測試工序無間斷，因儀表原因誤工次數為0
? 平均測試時間縮短了10%, 加快了相應產品的成本和資金周轉率~2%
? 新的制造/測試工序上線時間僅為之前的50%
? 其間相應儀表采購/維護費用節約了60%
聲明
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