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(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)字世界帶入每個人、每個家庭、每個組織，構(gòu)建萬物互聯(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）競爭力長期領(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/測量方向的創(chuàng)新，應(yīng)對制造階段的光性能測試環(huán)節(jié)稱為瓶頸的問題。
2. 項目簡介
生產(chǎn)業(yè)務(wù)流（光儀表云）項目于2011年啟動，2012年上線試用，2013年正式轉(zhuǎn)產(chǎn)，到目前已正式運行6年多，期間經(jīng)歷了多次軟件升級。
3. 項目目標
生產(chǎn)業(yè)務(wù)流（光儀表云）的目標有三個：一是保障生產(chǎn)無間斷，消除儀表因素對生產(chǎn)的影響；二是持續(xù)縮短整體測試時間，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)揮各項功能，又實現(xiàn)更好維護保養(yǎng)。
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(chuàng)新，解決了廠區(qū)內(nèi)多條產(chǎn)線，多種測試項，多種工序?qū)鈨x表的需求，簡化了人員操作，節(jié)約了測試時間。
1. 項目總體架構(gòu)和主要內(nèi)容
項目的整體架構(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)品的測試。而工業(yè)PON、工業(yè)OTN以及工業(yè)OTN寬帶專線網(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)整體上是一個類數(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)場網(wǎng)絡(luò)的OLT、帶寬專網(wǎng)的CPE等設(shè)備作為LEAF節(jié)點，而OXC/OTN-XC等設(shè)備作為SPINE節(jié)點。SPINE/LEAF等網(wǎng)絡(luò)節(jié)點共同組成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)整對網(wǎng)絡(luò)帶來的訴求。
2. 網(wǎng)絡(luò)實施方案
? 生產(chǎn)業(yè)務(wù)流（光儀表云）架構(gòu)及實施方案
（1）組網(wǎng)架構(gòu)
項目總體在于將儀表資源池成云，按需調(diào)用，改善之前被測品光指標測試要經(jīng)過多個工位才能完成。周轉(zhuǎn)次數(shù)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(gòu)圖(光路開關(guān)和儀表開關(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，由專業(yè)人員統(tǒng)一管理維護及定期標定，以確保儀表處于正常工作狀態(tài)。對于光纖連接采用熔接/纏繞包裹/優(yōu)化FC連接器方式，將2km以內(nèi)的光纖連接損耗降到0.4dB以內(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(shù)據(jù)后才能進下
一項工作，這導致在測試多項指標時出現(xiàn)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(diào)度，可以實現(xiàn)對同一設(shè)備多項指標不間斷的測試，節(jié)約測試時間。同時一臺儀表也可被動態(tài)調(diào)用于不同設(shè)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(jié)約單設(shè)備測試時間
（4）測試工序的智能編排
由于不同產(chǎn)線的工位數(shù)量不同，測試項目也有不同，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，通過令牌環(huán)動態(tài)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(xiàn)最優(yōu)稼動率，如圖4所示
圖4 智能編排，節(jié)約整體測試時間
? 生產(chǎn)信息流網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)及實施方案
（1）組網(wǎng)架構(gòu)
通過在生產(chǎn)線部署工業(yè)PON網(wǎng)絡(luò)（包括OLT、ODN以及ONU等），實現(xiàn)生產(chǎn)現(xiàn)場設(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)場機柜，節(jié)省空間及投資。ODN布線與強電共線槽，節(jié)省弱電槽投資（當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，網(wǎng)絡(luò)故障支持50ms快速倒換，滿足生產(chǎn)線高可靠性的網(wǎng)絡(luò)訴求。
（2）生產(chǎn)信息流網(wǎng)絡(luò)實現(xiàn)生產(chǎn)線數(shù)據(jù)采集及監(jiān)控
生產(chǎn)現(xiàn)場通過部署PON網(wǎng)絡(luò)，將生產(chǎn)過程現(xiàn)場設(shè)備（包括錫膏的印刷、焊錫檢測、貼片、AOI（自動光學檢查）等）產(chǎn)生的海量數(shù)據(jù)快速上傳到智控中心/云端，實現(xiàn)了對生產(chǎn)線的監(jiān)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(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)極簡部署
生產(chǎn)信息流網(wǎng)絡(luò)（工業(yè)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(nèi)，OLT到分光器采用Type B保護，以提升網(wǎng)絡(luò)的可靠性。二級1:8分光，部署在對應(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極簡網(wǎng)絡(luò)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(wǎng)口，生產(chǎn)運維人員使用習慣不變，易接受。同時與原有的工業(yè)以太網(wǎng)兼容，形成主備兩張網(wǎng)絡(luò)，增強網(wǎng)絡(luò)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(diào)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(cè)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(shè)備
%1. 具體應(yīng)用場景和應(yīng)用模式
生產(chǎn)業(yè)務(wù)流（光儀表云）簡化了相應(yīng)的制造和測試工序，實現(xiàn)了：
? 測試編排智能化：儀表云自動選擇總工時最短方案，節(jié)約了人力投入，保障了編排最優(yōu)
? 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(zhì)量和效能
? 儀表排障自動化：對儀表測試結(jié)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(chǎn)信息流網(wǎng)絡(luò)企業(yè)提供極簡數(shù)據(jù)采集、生產(chǎn)控制網(wǎng)絡(luò)：
? 全光纖組網(wǎng)，二級結(jié)構(gòu)簡潔、大寬帶，低時延
? 光纖“手拉手”保護，工業(yè)級ONU適應(yīng)強電磁、高溫高濕、強振動等惡劣環(huán)境
? 提供RS232/RS485、GE/FE工業(yè)現(xiàn)場通信接口,適應(yīng)多種工業(yè)設(shè)備的接入
圖8 工業(yè)PON車間承載
4. 安全及可靠性
生產(chǎn)業(yè)務(wù)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(xiàn)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(shè)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(chǎn)信息流（遠程操作，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：
? 工位采用獨立端口，匯聚接入層單獨成網(wǎng)，到核心層通過安全網(wǎng)關(guān)過濾
? 上行通過安全網(wǎng)關(guān)連接到邊緣計算和生產(chǎn)云
? 核心層物理端口隔離，對外數(shù)據(jù)交互由人工用生產(chǎn)管理系統(tǒng)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(guān)監(jiān)管和抽檢的要求；生產(chǎn)業(yè)務(wù)流（光儀表云）通過資源池化，規(guī)避了這些動作對生產(chǎn)的影響。
三、下一步實施計劃
1. 自研替代計劃
針對生產(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，進一步節(jié)約整體測試工時；工業(yè)PON提供邊緣計算能力，實現(xiàn)生產(chǎn)線狀態(tài)的實時感知，數(shù)據(jù)及時處理，提升產(chǎn)線的整體效率和安全性。
四、項目創(chuàng)新點和實施效果
1. 項目先進性及創(chuàng)新點
通過儀表云化，將昂貴的光儀表資源池化，規(guī)避了儀表故障/維修/保養(yǎng)對生產(chǎn)操作的影響，保證整體產(chǎn)線的稼動率最優(yōu)。在技術(shù)上，通過低損耗光連接設(shè)計與隨需光口調(diào)度，將全廠區(qū)（2km內(nèi))光檢測需求集中；通過虛擬化：將儀表分解多個可獨立調(diào)度的邏輯功能，實現(xiàn)供給池化；通過智能隨需編排功能，實現(xiàn)需求的自動預測與資源的自動編排，簡化了操作，節(jié)約了整體測試時間。在對光口性能檢測有要求的制造環(huán)節(jié)或調(diào)試環(huán)節(jié)可以復制推廣
%1. 實施效果
項目已實施并持續(xù)優(yōu)化6年。
? 相應(yīng)制造/測試工序無間斷，因儀表原因誤工次數(shù)為0
? 平均測試時間縮短了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/測試工序上線時間僅為之前的50%
? 其間相應(yīng)儀表采購/維護費用節(jié)約了60%
聲明
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