本报记者 李甜 北京报道
李汉国，华为全光场景创新实验室（英文简称：iLab）主任。长着一张“娃娃脸”的他，已经在华为工作20年。iLab实验室是华为22个对外开放的实验室之一。
今年，李汉国领导该实验室重点推进“工业光网”项目，这是iLab继Cloud VR/AR、FTTR全光WiFi之后，又一个创新孵化项目。
光网一般是指光纤网。与面向公共的通讯创新“光纤入户”不同，华为的工业光网是让光纤进入工业企业中，重点将可编程逻辑控制器（英文简称“PLC”）以下、以下的网络所使用的铜质网线改造为光纤，发挥光纤介质轻、细、不发热、抗电磁干扰、带宽潜能大等优势，提供更好的工业网络控制。工业光网也是华为F5G“全光网络”向工业领域寻找到的一种应用方案。
目前，工业网络仍然以铜质网线为主。有研究者称，“工业领域普遍存在连接方式多样分散、七国八制，带宽不够、抗干扰能力不强，依赖工控厂家集成、系统封闭等问题。”让光纤入局，改善工业网络现状，趋势性与创收空间可观，近年，产学研端持续探讨出路，相关说法还有“光进铜退”“铜换光”。
“把我们这么多年做通信技术、近10来年做消费电子的经验和技能，往工业上去适配。” 近日，李汉国对《中国经营报(博客,微博)》记者说。在业内，除了华为，中兴、烽火通信(600498,股吧)等公司对此方向也展现出兴趣。
瞄准工艺操作与参数控制需求
国务院参事徐宪平主编的《新基建 数字时代的新结构性力量》提到，在工业上，不同的业务和场景对网络的需求差异很大。
目前，工业互联网内网应用场景总体可分为三大类：其一，用于运动控制、机器人、流程闭环控制的时延敏感型（低时延）应用。其二，用于图像检测、监控、扫描的带宽消耗型（大带宽）应用。其三，用于设备状态监控的海量连接型（多连接）应用。值得提及的是，华为“工业光网”思路被纳入到工业创新网络考虑范围。
李汉国向记者介绍，华为将工业光网细分为五种网络：带宽专线，使用较少；工业OTN，在部分对网络具有高要求的行业中使用；工业PON，Passive Optical Network，无源光纤网络，价格段覆盖较全，在生产车间中常用；工业光总线；工业OXC，即工业光交叉机，小部分行业用来做光参量的测量和传感。
其中，工业PON和工业光总线技术，与工业装备的生产运行联系紧密，成为项目推进重点。两者技术本质都为工业PON技术，但华为使用不同称呼区分。在工业生产中，工业PON用来改造可编程逻辑控制器，即PLC部件以上的生产管理网和生产办公网。工业光总线技术用来改造PLC以下的工业总线。
目前，PLC以上主要存在带宽不够的痛点。
李汉国介绍，在工业智能化中，机器视觉是一种正在被规模化使用的技术，对带宽要求较高。
机器视觉技术本身会产生两类文件，比较占用带宽。第一种是故障品特征文件的传输，供分析改进。第二种，将所有原始数据文件上传到云，供AI训练用。
机器视觉分为两维型和三维型，三维更加先进。以电子制造业，识别印制电路板为例，使用三维机械视觉识别率更高，但同时会产生更多的信息，占用更多带宽。现实中，有工厂因为网络不够支撑，三维功能因此闲置，继续用回二维。这种情况下，需要布线扩容。
现在，更多工厂拥有“柔性”生产制造能力，柔性生产对带宽需求也很大。
李汉国介绍，这类工厂，对不同的生产对象有不同的工艺文件，工艺文件因为包含很多信息所以本身较大。在更换生产任务时，需要上下载新的工艺文件。比如印制电路板，会根据不同的电路板进行精准调整，确保每种不同的电路板有较好的质量。如果柔性制造对象是小批量、多批次，那么切换的情况更加频繁。在现在千兆口情况下，新的生产工艺文件上下载、自检与试运行，这一流程通常占用5分钟~35来分钟工时，但是用万兆口，或缩减至一两分钟，从而留给有效生产的时间增加。
李汉国说，“以前觉得百兆千兆就够了，现在机器视觉出来以后，与别的一些更高级的AI出来以后，带宽就不够了。”
在PLC部件以下位置，是各式各样的工业总线。比较短，在机器内部只有几十厘米，有时是几米，痛点在于延时大，“速率低、带宽不够、导致大量数据没有办法报上来，或者说限制信息采集的参数多少”。李汉国说。
他举例，要精确控制某个加工状态的话，本来需要报18个参数，但因为带宽不够，18个参数报不过来，在工业中要么拉长周期，先报8个最紧要的，后面再报10个；要么将部分变化较小的参数给出一个固定值，只报其余变动较大的参数。这两种方式，做出来的产品都能使用，但精度下降。
目标：匹配下一代的PLC
“PLC这个部分是强烈影响工业装备的一个基础技术，或者说是一个功能核心。” PLC是内嵌算法的一套工业控制程序，对包括数控机床在内的各种工业装备动作进行精确控制，来达到工艺效果，PLC对于工业装备的重要性，相当于个人电脑中的CPU芯片。目前，PLC部件上、下的组网，基本是靠铜质网线实现连接。
将PLC以上的网络，“工业光网”的目标是通过工业PON技术方案逐步将铜缆替换成光纤，提供更大的带宽支持，让机器视觉的文件传输、工艺文件更替等复杂信息的交互变得更快，从而降低生产线的无效占用时间。
“其实工业，我们看了一下，基本上所有东西都可以用时间来表明，因为它所有的资产都是根据时间折旧的，对时间占用越少，利润率效率就越高，这是我们一个大致的经验。”李汉国如是说。
李汉国表示，目前，工业PON这一技术方案比较成熟，具备规模商用的基础，在部署时只需要注意根据厂房高度、温度等因素进行环境适配，稍微定制化。
对PLC以下改造目标，李汉国说：“主要是我们想通过更多的带宽，收集更多的参数和信息，用更低的时延去更频繁的、更勤奋的，时刻收集信息并且做出反馈。这样，我们在工作上，是有可能在现有材料和工艺基础上，做一些提升。”
李汉国说，“我们在原材料、基础工艺上暂时还需要比较长的时间来超越别人时，我们可以通过控制部分去增强一下子。”
他设想，通过对PLC部件以上和以下的组网改成用光纤连接，可以使PLC部件在小组网范围内，让带宽更有计划地去分配，产生更好的效能，生产和经营更实时地联动起来，这也是工业互联网的一种思路。
在经营层面，“第一个，解决了带宽问题，让所有设备的性能可以充分释放，这是我们自己的经验教训。对于一些行业来说，生产状态可以第一时间被你的老板掌握，在接订单时，看生产线能否承载，避免时间到了，不能交上货反而要赔偿。另外，提高生产设备的有效工作时间”。李汉国表示。
不过，对PLC以下的工业总线进行改造，价值性高，有助于提升工业产品的高精尖水平，但因为与PLC部件本身强相关，改造起来，挑战也最大，这块 “七国八制”。
目前，西门子、三菱、欧姆龙、ABB、松下等欧美日企业主导PLC供应，但中国国内工业呈现出更高更快的发展趋势，对PLC部件的供应及时性和技术先进性提出更高要求。
李汉国表示，业内人士预测，下一代的PLC部件可能以光纤接口为主，铜接口为辅，这样容量更大，处理能力更强。目前，已经有PLC厂家在研发如何利用光纤来提速。工业光网项目希望适配下一代光接口的PLC部件。“我们用工业光网这种确定性的网络链接、加上确定性的计算，来一直替换PLC。来替换下一代的PLC。”他说。
据了解，目前，除了工业光总线还在开发，其他光网络，都有现成的产品。对工业总线的改造，依靠交流与试验。全光场景实验室目前与中科院的华南所、华中数控(300161,股吧)、海天精工(601882,股吧)达成合作探索方案，另外，准备找二三十个行业厂商，如做工业机器人、机床的，来探讨如何改。“目前还谈不到服务， PLC以下目前只是创新探索，还没成型。”李汉国说。
前提：微光缆出现
在业界，因为光纤本身的介质优势，关于光进铜退的讨论由来已久。众多优势中，抗电磁干扰、宽带潜力大，实用性较强。
据记者了解，工业中铺设网络线缆，通常采用桥架方式。有的工厂把强电桥架和弱电桥架分开，即让电力线和网线中心分开，动力线和通信线信号是分开的，有的是在同一个桥架里放置不同的管槽，一边走强电，使用介质隔开，另一边走弱电。由于光纤本身不受电子干扰，这两种方案都适用，尤其强弱电并排铺设线缆时，不会受干扰。此外，光纤比网线细，且不发热，可以减少失火风险，对于桥架内空闲空间也不用刻意去控制。
关于光纤的抗干扰性，李汉国提到一个案例。某工厂对机器旁的铜质网线做了屏蔽设施，但屏蔽设施坏了一部分，一线工人用胶布把损坏处粘好，以为这样就可以正常使用。但机器操作，产生撞击时，形成很强的电子干扰，“瞬间”影响周围的网线，出现误码，后来才排查出来原因。使用光纤，其实可以降低对一线工人的技能要求。
光纤具有生命周期内速率优势。李汉国提到，随着工业智能化发展，工厂对网络带宽和速率的要求越来越高。铜质网线具有百兆、千兆、万兆等不同规制，提升带宽，需要更换相应的网线。光纤适应更长周期的应用，在工业上，一般可用20~25年，只需更换两头的光汇聚设备、光接入终端，从千兆升到万兆，再到5万兆都没有问题。
网线需要安置在DDF柜中，使用光纤，不仅可以节省桥架，也可以省去对DDF柜一年几万元的租赁及运维成本。此外，网线仅支持点对点，光纤可以通过分光器一分多，灵活适配工位。
光纤具有这些公认的优点，但华为能推进工业光网的前提，是这两年克服了光纤弯曲半径的物理掣肘。
李汉国告诉记者，国家制定综合布线标准时，光纤有的弯曲半径在35~30毫米，后来慢慢缩窄到10毫米，达到光皮线的水平。但在一线施工时，布线人员在处理时，仍然需要格外注意光纤弯折度不能“太狠”，以防影响到光纤性能。但这对于一线人员施工水平要求较高，并不容易把握。所以，布线标准要求末端线缆使用电缆，光缆仅作为可选项。
最近两年，华为对光纤规格进行改进，弯曲半径缩窄至约5毫米。华为将这种更细的光纤命名为“微光缆”。据悉，中国的门缝一般是2毫米，微光缆可以过门、建筑物的阴阳角，也可以直接爬过去，不影响差损。华为的全光园区项目使用的正是微光缆。
李汉国介绍，这种改进也意味着，在工业中，光纤具有能够被大规模使用的前提。在桥架上下、在机器各个位置，一线人员对光纤进行大角度地弯曲，不再影响它的性能。一线的施工人员，尽管可能不熟悉光纤，但可以像布设网线那样操作，几乎上手可用。
“终于把以前最大的一个限制克服掉了。”李汉国说。
商业变现两种路径
“工业光网”如何实现商业化变现？
李汉国介绍，在经营层面有两个方向。第一个，高端方向，对PLC部件上下进行国产自主升级换代，形成商业能力。第二个，是向广大中小企业提供高性价比光网络方案，几千元或一两万元价格水平。他谈到，在中国，其实有大量中小企业信息化程度比较低，在珠三角地区，有大量小厂子还从未信息化。
中国公共通讯业，光纤到户取得成功。李汉国认为, “工业界以光换铜也能成功，但这个时间可能要花上5年时间才能达到最终的目标。”这是因为工业企业追求系统稳定，一般情况下，不随意动系统，三到五年后，工厂到了检修期或者调整期，通信网作为子系统，迎来时间窗口。
“对我们的挑战就是，我们可能会去做一个长期的咨询、知识宣传和科普。一遍一遍地讲，像当年国内普及光纤到户时的情景一样，什么叫光纤到户，什么是光纤。”李汉国表示，“国内企业对于工业网络升级需求很客观，只不过知不知道你这个方案的问题。”
但与光纤到户不同，企业推广自身光网络技术，运营商在其中的角色量级将小很多。
李汉国表示，工业界的行业分割较为明显。推广光网时，可能更多通过各行业的 IT集成商或系统服务商合作带入。
在高端商用方向，目前，全光实验室尚在制定标准和规范。尤其对PLC部件以下，工业总线进行改造，需要争取与业内认同此方向的工业厂商，一同探讨和创新。全光实验室考虑寻找能覆盖住国内主要行业的，二三十个装备商和系统集成商，来基于华为工业光网架构和相关行业特点，做实验床，成功之后，被合作方的生产系统集成，进行商业化出售。
拓展中小型客户，考虑运营商渠道。李汉国表示，工业PON技术，运营商力所能及，由运营商提供基本的代建代维服务，对运营商也说，也多了一个增收途径。这方面，中国电信向实验室已引荐100多个厂区客户。
F5G走向工业
关于华为的业务创新，任正非曾说，华为的原则是延续性创新，但也允许少数的人组织小部分的资源在可控的情况下去尝试颠覆性创新。以关注未来5至10年的社会需求为主，多数人不要关注太远。
值得注意的是，从创新层面，“工业光网”站在一个交叉位置。
它的背后，有“F5G”。F5G，今年通信业热词，意指第五代固定网络，也指千兆光纤网络。
华为官网介绍：“移动通信产业从1G到5G演进众所周知，在固定网络领域也正在进行代际演进，F5G悄然来临。2020年2月，ETSI（欧洲电信标准协会）正式成立F5G产业工作组，致力于推动从光纤到户迈向光联万物。”
李汉国告诉记者，全光场景创新实验室，定位在做产业级创新，对工业和行业需求进行研究，提供商业化的光连接服务。
实验室最初从研究Cloud VR起步，逐渐拓展至研究“全新的视听业务”，包括XR、MR、AR、360度环视等，为视听场景提供光连接。这个方向研究场景偏日常，与消费者距离相对较近——比如如何让人们在家上网、看电视，在办公室开视频会议，在演播厅拍片可以更清晰、更实时。据悉，实验室曾与湖南卫视合作，实现了“360度跳舞”的效果。
另外，该实验室FTTR全光WiFi项目，这个项目致力于把光纤铺到房间中，在家庭使用新的光终端设备，支持WiFi 6的手机，在房间内可以体验到超千兆网络，这个项目与跟广州移动合作实现，在今年9月16日开启商用。
Campus OptiX全光园区，是华为比较知名的F5G商业化方案。去年开始在中国大力推广，在校园、机场、酒店等用户密集型领域拿到大量订单。
上述项目，及工业光网，都是华为F5G的落地分支。
工业光网背后，还有工业现代化蓝海。在“中国制造2025”背景下，改善工业网络连接，推动物联网发展，市场空间在万亿元级。
有业内人士对记者说，华为在消费者业务受到美禁令一定影响下，通信业务也需要更加积极地创新和商业化。
华为1987年成立，以提供CT服务立身，在互联网浪潮中，CT技术拓展至IT领域。2010年，华为开始做手机自主品牌，CT技术也被运用到消费电子上。“现在我们也把稳定可靠的CT技术拿到工业上来，匹配工业的场景。当然，也去探索工业界的新应用、新空间。” 李汉国说。华为有一支面向工业应用的联合团队“IDT”，探寻如何向工业上提供计算资源、云资源、优质连接等服务，李汉国也是成员之一。
“把我们的技术储备，长期的技术积累，寻找客户需求，支撑更多应用。既帮客户解决问题，我们自己也挣点‘小钱’过日子。”李汉国说。
(编辑: 李正豪 校对:翟军)
