一、 項(xiàng)目概況
1. 項(xiàng)目背景
華為技術(shù)有限公司是提供ICT解決方案和服務(wù)的企業(yè)，致力于把數(shù)字世界帶入每個(gè)人、每個(gè)家庭、每個(gè)組織，構(gòu)建萬(wàn)物互聯(lián)的智能世界。
其中華為的光網(wǎng)系列產(chǎn)品（光傳送與光接入，SDH/WDM/OTN/xPON等）競(jìng)爭(zhēng)力長(zhǎng)期領(lǐng)先，相關(guān)產(chǎn)品在系統(tǒng)架構(gòu)，光電技術(shù)，可靠性，生產(chǎn)和質(zhì)量控制等有大量創(chuàng)新。本案例為華為在海量光產(chǎn)品生產(chǎn)/調(diào)試/測(cè)量方向的創(chuàng)新，應(yīng)對(duì)制造階段的光性能測(cè)試環(huán)節(jié)稱(chēng)為瓶頸的問(wèn)題。
2. 項(xiàng)目簡(jiǎn)介
生產(chǎn)業(yè)務(wù)流（光儀表云）項(xiàng)目于2011年啟動(dòng)，2012年上線試用，2013年正式轉(zhuǎn)產(chǎn)，到目前已正式運(yùn)行6年多，期間經(jīng)歷了多次軟件升級(jí)。
3. 項(xiàng)目目標(biāo)
生產(chǎn)業(yè)務(wù)流（光儀表云）的目標(biāo)有三個(gè)：一是保障生產(chǎn)無(wú)間斷，消除儀表因素對(duì)生產(chǎn)的影響；二是持續(xù)縮短整體測(cè)試時(shí)間，規(guī)避人員操作因素的影響，加速產(chǎn)品及資金周轉(zhuǎn)；三是高效利用昂貴的光儀表，既充分發(fā)揮各項(xiàng)功能，又實(shí)現(xiàn)更好維護(hù)保養(yǎng)。
二、項(xiàng)目實(shí)施概況
本項(xiàng)目中通過(guò)集中需求，供給池化，智能編排的創(chuàng)新，解決了廠區(qū)內(nèi)多條產(chǎn)線，多種測(cè)試項(xiàng)，多種工序?qū)鈨x表的需求，簡(jiǎn)化了人員操作，節(jié)約了測(cè)試時(shí)間。
1. 項(xiàng)目總體架構(gòu)和主要內(nèi)容
項(xiàng)目的整體架構(gòu)采用生產(chǎn)業(yè)務(wù)流和生產(chǎn)信息流獨(dú)立建設(shè)、組合使用的架構(gòu)。其中光儀表云是生產(chǎn)信息流的一部分，用于光網(wǎng)絡(luò)生產(chǎn)產(chǎn)品的測(cè)試。而工業(yè)PON、工業(yè)OTN以及工業(yè)OTN寬帶專(zhuān)線網(wǎng)絡(luò)用于生產(chǎn)線數(shù)據(jù)的采集及監(jiān)控等，二者共同組成工業(yè)光網(wǎng)，其整體架構(gòu)如下：
工業(yè)光網(wǎng)整體上是一個(gè)類(lèi)數(shù)據(jù)中心網(wǎng)絡(luò)的SPINE/LEAF架構(gòu)，例如在上圖的架構(gòu)中，生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)網(wǎng)絡(luò)的OLT、帶寬專(zhuān)網(wǎng)的CPE等設(shè)備作為L(zhǎng)EAF節(jié)點(diǎn)，而OXC/OTN-XC等設(shè)備作為SPINE節(jié)點(diǎn)。SPINE/LEAF等網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)共同組成SCALE OUT架構(gòu)，支持按需、彈性的伸縮，能夠很好的匹配企業(yè)生產(chǎn)線靈活調(diào)整對(duì)網(wǎng)絡(luò)帶來(lái)的訴求。
2. 網(wǎng)絡(luò)實(shí)施方案
? 生產(chǎn)業(yè)務(wù)流（光儀表云）架構(gòu)及實(shí)施方案
（1）組網(wǎng)架構(gòu)
項(xiàng)目總體在于將儀表資源池成云，按需調(diào)用，改善之前被測(cè)品光指標(biāo)測(cè)試要經(jīng)過(guò)多個(gè)工位才能完成。周轉(zhuǎn)次數(shù)多，操作復(fù)雜，重復(fù)動(dòng)作多的問(wèn)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(gòu)圖(光路開(kāi)關(guān)和儀表開(kāi)關(guān)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(zhuān)業(yè)人員統(tǒng)一管理維護(hù)及定期標(biāo)定，以確保儀表處于正常工作狀態(tài)。對(duì)于光纖連接采用熔接/纏繞包裹/優(yōu)化FC連接器方式，將2km以?xún)?nèi)的光纖連接損耗降到0.4dB以?xún)?nèi)，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(dú)立的邏輯功能
一臺(tái)光儀表具備多項(xiàng)功能，在測(cè)試時(shí)往往需要處理上傳測(cè)試數(shù)據(jù)后才能進(jìn)下
一項(xiàng)工作，這導(dǎo)致在測(cè)試多項(xiàng)指標(biāo)時(shí)出現(xiàn)等待，延長(zhǎng)了整體測(cè)試時(shí)間。為此將儀表通過(guò)虛擬化，分解為多項(xiàng)邏輯功能。通過(guò)對(duì)多臺(tái)儀表邏輯功能的小顆粒化調(diào)度，可以實(shí)現(xiàn)對(duì)同一設(shè)備多項(xiàng)指標(biāo)不間斷的測(cè)試，節(jié)約測(cè)試時(shí)間。同時(shí)一臺(tái)儀表也可被動(dòng)態(tài)調(diào)用于不同設(shè)備的測(cè)試，提高了儀表利用率，如圖3所示：
圖3 將儀表分解為獨(dú)立的邏輯功能，通過(guò)分時(shí)復(fù)用節(jié)約單設(shè)備測(cè)試時(shí)間
（4）測(cè)試工序的智能編排
由于不同產(chǎn)線的工位數(shù)量不同，測(cè)試項(xiàng)目也有不同，需要結(jié)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(yīng)產(chǎn)線柔性工作工作。因此結(jié)合智能算法，通過(guò)令牌環(huán)動(dòng)態(tài)分配儀表的邏輯功能、按預(yù)測(cè)總用時(shí)最短的組合編排測(cè)試過(guò)程，從而實(shí)現(xiàn)最優(yōu)稼動(dòng)率，如圖4所示
圖4 智能編排，節(jié)約整體測(cè)試時(shí)間
? 生產(chǎn)信息流網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)及實(shí)施方案
（1）組網(wǎng)架構(gòu)
通過(guò)在生產(chǎn)線部署工業(yè)PON網(wǎng)絡(luò)（包括OLT、ODN以及ONU等），實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備和監(jiān)控中心/云端互聯(lián)。組網(wǎng)架構(gòu)如下：
圖5 工業(yè)PON組網(wǎng)架構(gòu)
其中ONU、分光器、OLT等設(shè)備不需要現(xiàn)場(chǎng)機(jī)柜，節(jié)省空間及投資。ODN布線與強(qiáng)電共線槽，節(jié)省弱電槽投資（當(dāng)然也可以部署在弱電槽）。
整體組網(wǎng)采用OLT主備端口1+1保護(hù)，網(wǎng)絡(luò)故障支持50ms快速倒換，滿(mǎn)足生產(chǎn)線高可靠性的網(wǎng)絡(luò)訴求。
（2）生產(chǎn)信息流網(wǎng)絡(luò)實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)線數(shù)據(jù)采集及監(jiān)控
生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)通過(guò)部署PON網(wǎng)絡(luò)，將生產(chǎn)過(guò)程現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備（包括錫膏的印刷、焊錫檢測(cè)、貼片、AOI（自動(dòng)光學(xué)檢查）等）產(chǎn)生的海量數(shù)據(jù)快速上傳到智控中心/云端，實(shí)現(xiàn)了對(duì)生產(chǎn)線的監(jiān)控、分析和控制。
靈活的帶寬策略，能夠滿(mǎn)足部分工位（如AOI點(diǎn)）大帶寬的網(wǎng)絡(luò)訴求，使能產(chǎn)線按節(jié)拍生產(chǎn)。
圖6 工業(yè)PON海量數(shù)據(jù)采集
（3）生產(chǎn)信息流網(wǎng)絡(luò)極簡(jiǎn)部署
生產(chǎn)信息流網(wǎng)絡(luò)（工業(yè)PON）采用2級(jí)分光，OLT到第一級(jí)分光器采用2:8分光，分光器部署在強(qiáng)電槽橋架內(nèi)，OLT到分光器采用Type B保護(hù)，以提升網(wǎng)絡(luò)的可靠性。二級(jí)1:8分光，部署在對(duì)應(yīng)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(yè)PON極簡(jiǎn)網(wǎng)絡(luò)部署
該部署方案亮點(diǎn)：
? 面板式ONU: 在強(qiáng)電槽上以面板形式提供網(wǎng)口，生產(chǎn)運(yùn)維人員使用習(xí)慣不變，易接受。同時(shí)與原有的工業(yè)以太網(wǎng)兼容，形成主備兩張網(wǎng)絡(luò)，增強(qiáng)網(wǎng)絡(luò)健壯性。
? 兩級(jí)隨需分光：在末端隨需擴(kuò)展，不需在架空走線槽重新走線，調(diào)整快捷簡(jiǎn)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(cè)支持雙歸保護(hù)與COMBO PON配置：保證可靠性，平滑升級(jí)（GPON->XGS PON）不用換OLT設(shè)備
%1. 具體應(yīng)用場(chǎng)景和應(yīng)用模式
生產(chǎn)業(yè)務(wù)流（光儀表云）簡(jiǎn)化了相應(yīng)的制造和測(cè)試工序，實(shí)現(xiàn)了：
? 測(cè)試編排智能化：儀表云自動(dòng)選擇總工時(shí)最短方案，節(jié)約了人力投入，保障了編排最優(yōu)
? 測(cè)試過(guò)程簡(jiǎn)單化：一次連接，依次完成多項(xiàng)測(cè)試，并實(shí)時(shí)上報(bào)；降低了人員技能要求，提升了測(cè)試質(zhì)量和效能
? 儀表排障自動(dòng)化：對(duì)儀表測(cè)試結(jié)果有自動(dòng)校驗(yàn)，檢驗(yàn)異常會(huì)將自動(dòng)定障并隔離故障儀表
具體運(yùn)作流程可參見(jiàn)下圖：
圖8 光儀表云運(yùn)作流程
生產(chǎn)信息流網(wǎng)絡(luò)企業(yè)提供極簡(jiǎn)數(shù)據(jù)采集、生產(chǎn)控制網(wǎng)絡(luò)：
? 全光纖組網(wǎng)，二級(jí)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)潔、大寬帶，低時(shí)延
? 光纖“手拉手”保護(hù)，工業(yè)級(jí)ONU適應(yīng)強(qiáng)電磁、高溫高濕、強(qiáng)振動(dòng)等惡劣環(huán)境
? 提供RS232/RS485、GE/FE工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)通信接口,適應(yīng)多種工業(yè)設(shè)備的接入
圖8 工業(yè)PON車(chē)間承載
4. 安全及可靠性
生產(chǎn)業(yè)務(wù)流（光口測(cè)試，儀表運(yùn)維等）采用物理隔離的安全控制策略：
? 以低損耗光纖鏈路實(shí)現(xiàn)物理隔離，并保證路徑冗余
? 以獨(dú)立機(jī)房（雙路供電+UPS備電）保證設(shè)備集中部署并做安全隔離
? 以專(zhuān)項(xiàng)機(jī)房運(yùn)維人員，保證人員隔離
生產(chǎn)信息流（遠(yuǎn)程操作，數(shù)據(jù)記錄等）采用物理隔離+安全網(wǎng)關(guān)的組合安全控制策略：
? 工位采用獨(dú)立端口，匯聚接入層單獨(dú)成網(wǎng)，到核心層通過(guò)安全網(wǎng)關(guān)過(guò)濾
? 上行通過(guò)安全網(wǎng)關(guān)連接到邊緣計(jì)算和生產(chǎn)云
? 核心層物理端口隔離，對(duì)外數(shù)據(jù)交互由人工用生產(chǎn)管理系統(tǒng)抽取報(bào)表實(shí)施
5. 其他亮點(diǎn)
光儀表有定期標(biāo)定的要求，部分高端儀表還有海關(guān)監(jiān)管和抽檢的要求；生產(chǎn)業(yè)務(wù)流（光儀表云）通過(guò)資源池化，規(guī)避了這些動(dòng)作對(duì)生產(chǎn)的影響。
三、下一步實(shí)施計(jì)劃
1. 自研替代計(jì)劃
針對(duì)生產(chǎn)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(jì)劃
引入新一代AI算法，持續(xù)優(yōu)化光儀表云智能編排與調(diào)度，進(jìn)一步節(jié)約整體測(cè)試工時(shí)；工業(yè)PON提供邊緣計(jì)算能力，實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)線狀態(tài)的實(shí)時(shí)感知，數(shù)據(jù)及時(shí)處理，提升產(chǎn)線的整體效率和安全性。
四、項(xiàng)目創(chuàng)新點(diǎn)和實(shí)施效果
1. 項(xiàng)目先進(jìn)性及創(chuàng)新點(diǎn)
通過(guò)儀表云化，將昂貴的光儀表資源池化，規(guī)避了儀表故障/維修/保養(yǎng)對(duì)生產(chǎn)操作的影響，保證整體產(chǎn)線的稼動(dòng)率最優(yōu)。在技術(shù)上，通過(guò)低損耗光連接設(shè)計(jì)與隨需光口調(diào)度，將全廠區(qū)（2km內(nèi))光檢測(cè)需求集中；通過(guò)虛擬化：將儀表分解多個(gè)可獨(dú)立調(diào)度的邏輯功能，實(shí)現(xiàn)供給池化；通過(guò)智能隨需編排功能，實(shí)現(xiàn)需求的自動(dòng)預(yù)測(cè)與資源的自動(dòng)編排，簡(jiǎn)化了操作，節(jié)約了整體測(cè)試時(shí)間。在對(duì)光口性能檢測(cè)有要求的制造環(huán)節(jié)或調(diào)試環(huán)節(jié)可以復(fù)制推廣
%1. 實(shí)施效果
項(xiàng)目已實(shí)施并持續(xù)優(yōu)化6年。
? 相應(yīng)制造/測(cè)試工序無(wú)間斷，因儀表原因誤工次數(shù)為0
? 平均測(cè)試時(shí)間縮短了10%, 加快了相應(yīng)產(chǎn)品的成本和資金周轉(zhuǎn)率~2%
? 新的制造/測(cè)試工序上線時(shí)間僅為之前的50%
? 其間相應(yīng)儀表采購(gòu)/維護(hù)費(fèi)用節(jié)約了60%