光纤到机器，打造智能可持续的制造网络

Julie Kunstler

Omdia宽带接入首席分析师

概述

工业4.0，即第四次工业革命，包括工业物联网、人工智能和机器学习、云计算和网络安全，推动了工厂设备的智能化和可持续化转型。智能制造可以提高产量、营业利润率和质量，同时减少浪费和能源消耗。工业4.0需要一张全光网络，实现机器、跨工厂车间、控制室、边缘和云端业务数据快速传输和管理。无源光局域网（POL，又称光LAN）基于光纤到机器（FTTM）架构，在制造场景的长车间产线和恶劣环境中可实现快速、可靠和安全的通信。

迈向工业4.0

自18世纪第一次工业革命以来，随着可编程逻辑控制器 （PLC）的出现，工厂得到不断发展。下一步，面向工业4.0，工厂将提高效率和产出，同时坚持可持续发展，实现“绿色工厂”的目标。工业4.0将数据转化为智能洞察和可视化优势，如提高设备效率和质量、自动化库存管理、降低能源消耗、减少浪费等。图1概括了建设智能、可持续工厂的关键要素。

图1：智能、可持续工厂的关键要素

来源：Omdia

工业4.0需要一张无缝通信网络，连接工厂车间机器、软件应用、数据存储容器和边缘计算。这一过程需要集成、处理和分析海量数据。边缘计算也需要低时延通信网络来支撑关键业务流程和应用程序。同时，底层通信网络必须快速、安全、可靠，且不受工厂环境的影响。这种情况下，无线网络是一种解决方案，但无线网在大型工厂和恶劣环境中速度不够快，网络可靠性和健壮性也较差。相比之下，全光网络可以满足工业4.0的要求。

解决方案—光纤到机器（FTTM）

光纤连接，或全光连接，支持大量对时间敏感、要求低时延的工业设备互联，正成为工业4.0的骨干。在全光基础设施中，FTTM作为关键部分，支持机器视觉和人工智能质量检验，还可用于分析低时延制造控制和管理数据。

POL技术基于无源（免供电）分光器，在工厂中非常关键，光纤抗腐蚀性强，且不受电磁干扰。全光网络还支持跨大型生产线和区域通信。图2展示了采用POL的全光智能工厂场景。

图2：使用无源光网络（PON）设备的POL智能工厂场景

来源：Omdia

与铜缆和无线技术相比，全光网络具备关键优势。虽然无线技术可以支持部分设备间的通信，但它难以满足云端的低延迟数据分析和控制需求。此外，在制造场景下，无线网络受到的干扰往往较多。

传统的铜缆局域网（LAN）由交换机和路由器组成，设备使用五类或六类线连接。图3展示了POL相较于传统非光LAN的优势。

图3：工业4.0场景 POL vs.传统LAN

来源：Omdia

带宽是基于光纤的POL网络关键优势之一。大多数以太网双绞线仅支持100M带宽，只有少数双绞线支持1G带宽。而基于无源光网络的POL可以支持高达10G的对称带宽，未来还可升级至50G，且网络升级简单，无需重复布放光纤。

与传统LAN相比，POL节省了布线、机架和交换机，大幅降低资本支出和运营支出。同时，POL采用无源网络，节省了电力和散热能耗。此外，光缆体积往往小于五类和六类线，减少了布线空间。一张POL网络可以轻松覆盖半径20km甚至40km的园区。

POL采用电信级设备，可靠性高达“五个9”。如有需要，底层网络可提供冗余设计。此外，光纤不受电磁干扰、射频和电磁脉冲的影响。无源光网络网络难以篡改，安全性较高，可以达到国防机构的安全需求。

目前POL方案面临的最大问题是普及度待提升，与传统LAN相比，光网络较为创新，下列案例分析概述了面向工业4.0，光网络在智能制造场景中的应用。

案例分析

比亚迪有限公司是中国的一家上市公司，主营汽车、公共汽车和卡车制造。2022年4月，比亚迪停止了燃油汽车的生产，转投纯电动和插电式混合动力汽车制造。比亚迪从2008年开始量产电动汽车，并于2021年完成100万辆电车量产。光网络在比亚迪实现智能制造目标的过程中发挥了重要作用。得益于POL方案，比亚迪在长生产线上实现高速、低时延的网络连接。与传统铜缆相比，POL将布线成本降低了50%。此外，借助无源组网和高效的网络结构，POL还将功耗降低了40%以上。比亚迪信息中心通信与信息安全部经理罗小平表示：

“我们打造了一个工业云平台，以确保高效高质量生产。新的通信架构将数据中心作为计算中心，实现终端设备的智能管理和控制。通信网络必须支持快速部署、高可靠性和灵活性，而传统网络无法满足这些要求。因此我们选择了POL，以光纤作为传输介质，这也契合了比亚迪‘科技・绿色・明天’的战略目标。”

陕西法士特汽车传动集团（法士特集团）是中国最大的重型汽车自动变速器制造商之一。法士特采用了POL方案，以改善其大型制造设施的生产和质量控制。POL提供了必要的带宽，以在整个制造过程中收集大量数据，然后快速、可靠、安全地展开边缘和云端分析。法士特表示，工业4.0背景下，基于POL解决方案承载业务，提高了集团的产量和运营利润率。

建议

全球许多制造商正采用全光通信网络，实现安全、可靠的宽带通信。全光网络支持人工智能、机器物联网、远程视觉和控制以及数据分析，从而改进了制造流程，完善了效率和质量控制。全光网络还能在恶劣的制造环境中运行，不受化学品、振动或温度的影响。

在全光技术中，POL是实现工业4.0和软件定义制造的关键驱动力，它集成了新的通信技术，同时简化了网络，降低了能耗。POL为制造设施提供了可靠而强大的光纤宽带通信网络，实现了机器间、机器到操作人员以及公司所有团队和部门的全网络覆盖。

因此，建议制造商研究POL技术，了解其能力，以拥抱工业4.0和软件定义制造的趋势。

----注：该报告由华为提供翻译。

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