增加工廠(chǎng)靈活性：5G及無(wú)線(xiàn)技術(shù)為智慧工廠(chǎng)提升靈活性和移動(dòng)性

在無(wú)線(xiàn)網(wǎng)絡(luò )技術(shù)進(jìn)步的推動(dòng)下，工廠(chǎng)的固定串行生產(chǎn)線(xiàn)模式正迅速演變?yōu)楦`活的工廠(chǎng)環(huán)境。

今天的消費者推動(dòng)了這一制造業(yè)轉型趨勢：他們希望自己的產(chǎn)品提供更多選擇，要求工廠(chǎng)擺脫“一刀切”的制造模式，轉變?yōu)楦`活且復雜的工廠(chǎng)。

將5G作為專(zhuān)用網(wǎng)絡(luò )添加到工廠(chǎng)可實(shí)現所需的靈活性，從而改善協(xié)調并提高工廠(chǎng)車(chē)間的可視化。專(zhuān)用網(wǎng)絡(luò )還支持工廠(chǎng)運營(yíng)的預測性維護，并幫助制造商創(chuàng )建“數字孿生”。

專(zhuān)用網(wǎng)絡(luò )穩步崛起

移動(dòng)專(zhuān)用網(wǎng)絡(luò )是一種行之有效的方法，在許多行業(yè)中已使用多年。例如，鐵路已經(jīng)在專(zhuān)用網(wǎng)絡(luò )運營(yíng)了很長(cháng)時(shí)間，而部分2G移動(dòng)頻譜早在幾十年前已提供給本地和私人使用。5G連接的新功能是3GPP（定義蜂窩標準的組織）明確界定為支持垂直業(yè)務(wù)要求的專(zhuān)用網(wǎng)絡(luò )的使用場(chǎng)景。

強調專(zhuān)用網(wǎng)絡(luò )在一定程度上是對工業(yè)領(lǐng)域的回應，工業(yè)領(lǐng)域正推動(dòng)用無(wú)線(xiàn)連接取代或增強有線(xiàn)以太網(wǎng)專(zhuān)用網(wǎng)絡(luò )，同時(shí)也為廣泛的業(yè)務(wù)流程帶來(lái)了新功能。 

典型的制造環(huán)境

為什么？全球人才短缺、新的使用場(chǎng)景、地緣政治變化，工廠(chǎng)需要提高能效以及產(chǎn)品趨勢迅速變化等因素都在推動(dòng)對專(zhuān)用網(wǎng)絡(luò )的需求。

讓我們從產(chǎn)品趨勢開(kāi)始。如果長(cháng)期只生產(chǎn)一種產(chǎn)品，那么整體采用有線(xiàn)連接的工廠(chǎng)便能夠運轉良好。這種經(jīng)過(guò)實(shí)踐檢驗的方法使用以太網(wǎng)、時(shí)間敏感網(wǎng)絡(luò )（TSN）和其它有線(xiàn)技術(shù)進(jìn)行通信。

然而，在各個(gè)行業(yè)，這種單一產(chǎn)品生產(chǎn)線(xiàn)模式正迅速向更靈活的工廠(chǎng)環(huán)境轉變?，F在的工廠(chǎng)需要更高效的多功能連接解決方案。

靈活性是未來(lái)工廠(chǎng)的必備要素

每當必須重新配置生產(chǎn)時(shí)，在工廠(chǎng)車(chē)間移動(dòng)電纜效率太低。工廠(chǎng)仍需要電纜，但可將5G專(zhuān)用網(wǎng)絡(luò )視為無(wú)線(xiàn)基礎設施的補充覆蓋層，從而提供更大的靈活性。

無(wú)線(xiàn)技術(shù)對于連接在倉庫或工廠(chǎng)車(chē)間四處移動(dòng)的機器人尤為重要。對于需要使用和移動(dòng)的大型系統而言也同樣重要。移動(dòng)性是這些機器人系統的關(guān)鍵，它們的靈活性不是特別高，但如果每次機器人位置改變時(shí)不需要鋪設新的電纜，不需要從屋頂上拉電纜下來(lái)，之后再放回原位，就會(huì )帶來(lái)很多好處。無(wú)線(xiàn)網(wǎng)絡(luò )提供了更簡(jiǎn)單、更靈活的解決方案。

將5G和無(wú)線(xiàn)連接視為支持工廠(chǎng)運營(yíng)移動(dòng)性的關(guān)鍵技術(shù)。例如，現代汽車(chē)生產(chǎn)線(xiàn)可能借助無(wú)線(xiàn)連接，實(shí)現裝配流程向汽車(chē)集中，而不是汽車(chē)沿裝配線(xiàn)移至不同的流程。 

具有無(wú)線(xiàn)連接的5G專(zhuān)用網(wǎng)絡(luò )助力工廠(chǎng)運營(yíng)移動(dòng)性

在這個(gè)更大的飛機制造應用場(chǎng)景中，客機機身保持靜止，而機翼組件、配線(xiàn)束和涂裝設備移動(dòng)到飛機的相應區域。 

在這個(gè)場(chǎng)景中，設備和服務(wù)向飛機靠攏

靈活的混合工廠(chǎng)環(huán)境

隨著(zhù)越來(lái)越多的工廠(chǎng)變得更加靈活，完全采用有線(xiàn)連接的工廠(chǎng)可能會(huì )變得障礙重重。但這并不意味著(zhù)使用云來(lái)管理每個(gè)設備和子系統。

在高級工廠(chǎng)中，最高層級使用無(wú)線(xiàn)連接和5G無(wú)線(xiàn)專(zhuān)用網(wǎng)絡(luò )監測工廠(chǎng)車(chē)間的流程，而注重時(shí)效的系統仍采用有線(xiàn)連接方式。

在混合層級，機器人內部采用TSN有線(xiàn)連接，并與無(wú)線(xiàn)網(wǎng)絡(luò )連接，支持在各工廠(chǎng)子系統之間進(jìn)行通信。這種方式可減少對機器人的干擾，同時(shí)通信變得至關(guān)重要。

當今的機器人應用基于微控制器和處理器，可使用云管理軟件輕松地管理和更新嵌入式軟件。嵌入式設備中的實(shí)時(shí)軟件可以更新和監控，其所有優(yōu)勢已在數據中心得到驗證。使用云管理服務(wù)通過(guò)專(zhuān)用網(wǎng)絡(luò )來(lái)增強工廠(chǎng)性能，可實(shí)現更好的協(xié)調，增加可視化，提高軟件敏捷性并簡(jiǎn)化生命周期管理。

在工廠(chǎng)中添加5G專(zhuān)用網(wǎng)絡(luò )，助力提高靈活性。閱讀我們的執行摘要。

服務(wù)質(zhì)量：首要指標

工廠(chǎng)一旦擺脫了有線(xiàn)模式，無(wú)線(xiàn)鏈路提供的服務(wù)質(zhì)量（QoS）對工廠(chǎng)運行變得至關(guān)重要，因為鏈路中斷會(huì )導致工廠(chǎng)停機。在QoS指標中，鏈路可用性（在整個(gè)工廠(chǎng)中測量）是最重要的因素，其次是受限的延遲和吞吐量。工廠(chǎng)環(huán)境無(wú)法接受無(wú)線(xiàn)鏈路較弱或不存在無(wú)線(xiàn)鏈路。必須保證無(wú)線(xiàn)鏈路在整個(gè)工廠(chǎng)車(chē)間都可用 ，畢竟，沒(méi)人想看到配貨機器人在工廠(chǎng)中途失去其通信鏈路。

配貨機必須與所攜帶的無(wú)線(xiàn)設備完全連接，否則設備可能會(huì )停機。眾所周知，工廠(chǎng)車(chē)間受到電氣和電磁干擾以及RF信號阻隔器的困擾，對無(wú)線(xiàn)連接不友好。還有鋼梁、發(fā)動(dòng)機和其他所有對射頻信號不友好的金屬物體。

Wi-Fi和3GPP現在都已認識到這些挑戰，并積極制定實(shí)現真正智能工廠(chǎng)所需的具體標準。通過(guò)擴大移動(dòng)專(zhuān)用網(wǎng)絡(luò )的吸引力，3GPP將把5G打造為在未來(lái)改善運營(yíng)、推動(dòng)數字化轉型和實(shí)現增長(cháng)的標準。

專(zhuān)用網(wǎng)絡(luò )的安全性

在工廠(chǎng)正常運行時(shí)，安全性的重要性不亞于QoS。一旦工廠(chǎng)實(shí)現了連接，就會(huì )成為潛在目標。工廠(chǎng)環(huán)境中的有線(xiàn)和無(wú)線(xiàn)網(wǎng)絡(luò )都是黑客和網(wǎng)絡(luò )罪犯的主要攻擊面，這些不法分子試圖干擾網(wǎng)絡(luò )的正常運行、安裝勒索軟件或非法訪(fǎng)問(wèn)有價(jià)值的數據。元數據等工廠(chǎng)數據具有巨大的價(jià)值，絕不能泄露。

傳統的安全技術(shù)也非常重要?；ヂ?lián)工廠(chǎng)設備的身份/身份驗證非常重要，無(wú)線(xiàn)鏈路加密也非常重要，以確保數據不會(huì )被惡意行為者篡改?；氐綄?/span>Wi-Fi和3GPP的比較上，工廠(chǎng)安全性歸根結底取決于設備的最佳配置方法。設備是否由SIM卡、密碼、二維碼或其他技術(shù)進(jìn)行配置？配置對于每個(gè)工廠(chǎng)站點(diǎn)、設備供應商或網(wǎng)絡(luò )類(lèi)型是不是唯一的？生命周期管理是安全工廠(chǎng)的一個(gè)重要方面，目前整個(gè)行業(yè)都著(zhù)手處理這個(gè)方面。

結束語(yǔ)

芯片供應商和部署在工廠(chǎng)環(huán)境中的無(wú)線(xiàn)專(zhuān)用網(wǎng)絡(luò )解決方案之間存在強大、持續的價(jià)值鏈。作為一家全球半導體公司，恩智浦為多種標準的無(wú)線(xiàn)連接提供全面的芯片和軟件解決方案，從藍牙和NFC等物聯(lián)網(wǎng)協(xié)議到Wi-Fi和5G基礎設施以及客戶(hù)端解決方案。恩智浦與多個(gè)工業(yè)通訊和設備供應商合作，確保每個(gè)終端產(chǎn)品都符合工業(yè)對QoS、安全和工廠(chǎng)自動(dòng)化其他重要方面的要求。

更多信息，請訪(fǎng)問(wèn)工廠(chǎng)自動(dòng)化和5G接入邊緣技術(shù)。

作者：

Wim Rouwet

恩智浦半導體杰出技術(shù)人員

Wim Rouwet是恩智浦半導體公司的一位杰出技術(shù)人員。Wim專(zhuān)注于3GPP LTE和5G以及802.11處理協(xié)議棧及其應用方案，負責與多個(gè)無(wú)線(xiàn)基礎設施項目有關(guān)的4G和5G協(xié)議棧開(kāi)發(fā)、小基站以及CRAN應用方案。