大多數(shù)人認(rèn)為制造業(yè)是高度自動(dòng)化的行業(yè)，他們這樣的想法是對(duì)的。機(jī)器人廣泛用于流程自動(dòng)化中，從生產(chǎn)餅干、電腦到敞篷車，其產(chǎn)品無(wú)所不包。然而，在競(jìng)爭(zhēng)激烈的市場(chǎng)中，制造廠商必須在降低成本的同時(shí)，提高生產(chǎn)能力和定制能力。正如奧運(yùn)會(huì)摔跤比賽冠軍Cael Sanderson所說(shuō)，“除非不斷努力，不斷發(fā)展，不斷創(chuàng)新，否則將會(huì)面臨失敗。”

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這就是許多企業(yè)需要引入工業(yè)4.0技術(shù)以部署大量物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備和提高IT能力(云計(jì)算與邊緣計(jì)算)的原因，其中包括人工智能(AI)、視頻分析、增強(qiáng)和虛擬現(xiàn)實(shí)(AR/VR)以及機(jī)器人流程自動(dòng)化(RPA)等領(lǐng)先技術(shù)。這實(shí)際上是IT(信息技術(shù))和OT(運(yùn)營(yíng)技術(shù))的結(jié)合。

物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備是工業(yè)4.0的基礎(chǔ)

采用物聯(lián)網(wǎng)傳感器、儀表和高清攝像頭是實(shí)現(xiàn)工業(yè)4.0的基礎(chǔ)。這些設(shè)備可以從在其部署的任何地方收集信息，如果沒(méi)有它們，那么工業(yè)設(shè)施將無(wú)法正常工作。隨著越來(lái)越多的端點(diǎn)建立連接，實(shí)時(shí)傳輸和協(xié)調(diào)海量數(shù)據(jù)是一個(gè)巨大的挑戰(zhàn)。企業(yè)將需要采用強(qiáng)大的解決方案，能夠以可擴(kuò)展且可靠的方式成功處理大量物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備中的工作負(fù)載。大多數(shù)制造商通常采用為智能工廠設(shè)計(jì)的物理以太網(wǎng)布線和互連系統(tǒng)，這些系統(tǒng)可以支持高達(dá)1Gbps(CAT5e)和10Gbps(CAT6A)的數(shù)據(jù)傳輸速度。當(dāng)傳輸高清視頻或機(jī)器和控制系統(tǒng)實(shí)時(shí)運(yùn)行時(shí)，更高的容量至關(guān)重要。

在高頻段5G(mmWave 5G)發(fā)布之前，使用通信電纜連接設(shè)備和工廠系統(tǒng)一直是最快、最可靠的方法。5G將提供與以太網(wǎng)相當(dāng)?shù)耐ㄐ拍芰?，并且無(wú)需敷設(shè)電纜，有望最終實(shí)現(xiàn)20Gbps的下載速率，以及同樣重要的10Gbps的上傳速率。5G實(shí)際上也將消除網(wǎng)絡(luò)延遲問(wèn)題，延遲以毫秒(ms)為單位，使用超可靠和低延遲通信(URLLC)的5G網(wǎng)絡(luò)理論上可以將延遲減少到一毫秒。其優(yōu)點(diǎn)是保持所有機(jī)器和機(jī)器人實(shí)時(shí)同步。根據(jù)5G網(wǎng)絡(luò)的規(guī)范，每平方公里的范圍內(nèi)最多支持100萬(wàn)臺(tái)設(shè)備，這是一個(gè)龐大的數(shù)字，可以容納工業(yè)4.0的機(jī)器對(duì)機(jī)器(M2M)通信負(fù)載。因此，5G將提供容量、速度和接近零的延遲，還有不受任何硬通信線路限制的一個(gè)額外優(yōu)勢(shì)。需要注意的是，高頻段5G目前主要處于試驗(yàn)階段，但必將成為未來(lái)的首選通信技術(shù)。

需要在源頭附近處理數(shù)據(jù)

大量的物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備將越來(lái)越依賴5G技術(shù)將對(duì)時(shí)間敏感的流程連接到IT基礎(chǔ)設(shè)施，但是IT系統(tǒng)將位于何處?從定義上來(lái)說(shuō)，物聯(lián)網(wǎng)意味著它們已連接到互聯(lián)網(wǎng)，但對(duì)于工業(yè)4.0來(lái)說(shuō)，與距離數(shù)百公里或數(shù)千公里的超大規(guī)模云數(shù)據(jù)中心進(jìn)行通信是否有意義?這可能對(duì)于某些技術(shù)具有意義，而對(duì)于其他技術(shù)則并非如此。工業(yè)4.0是一個(gè)相當(dāng)復(fù)雜的領(lǐng)域，涉及采用一系列技術(shù)共同構(gòu)建一個(gè)聚合系統(tǒng)。該系統(tǒng)包括數(shù)據(jù)中心架構(gòu)，該架構(gòu)將需要與內(nèi)部部署(邊緣)和外部部署(中央或核心)結(jié)合起來(lái)。5G將帶來(lái)超快速、無(wú)延遲的無(wú)線連接，但僅限于本地制造環(huán)境。用戶到集中式云數(shù)據(jù)中心的傳輸路徑涉及距離和網(wǎng)絡(luò)“跳躍”，這將導(dǎo)致嚴(yán)重的延遲。對(duì)于真正的無(wú)延遲流程，工廠將需要現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行邊緣計(jì)算。這樣就可以在數(shù)據(jù)源附近而不是在集中式數(shù)據(jù)中心處理數(shù)據(jù)。

視頻分析、增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)、自主機(jī)器人技術(shù)的實(shí)時(shí)控制是將計(jì)算能力推向本地邊緣的主要技術(shù)。本地邊緣將是端點(diǎn)和核心IT基礎(chǔ)設(shè)施之間的重要場(chǎng)所。為了獲得最佳效果，邊緣數(shù)據(jù)中心需要緊密放置或?qū)嶋H嵌入制造環(huán)境中。例如，高帶寬視頻的使用將會(huì)增加質(zhì)量控制應(yīng)用程序。采用高清攝像頭的實(shí)時(shí)集成視頻分析(IVA)每小時(shí)生成約300GB的數(shù)據(jù)，這些數(shù)據(jù)需要實(shí)時(shí)處理，而許多系統(tǒng)使用多個(gè)攝像頭，其數(shù)據(jù)量十分龐大。對(duì)于用戶來(lái)說(shuō)，理想的解決方案是建立一個(gè)專用的微型數(shù)據(jù)中心來(lái)保護(hù)服務(wù)器免受灰塵、水、熱量和電源干擾。

機(jī)器采用5G彼此交互和共享信息

5G還將使機(jī)器能夠相互交談和共享信息。這為基于實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)的更高級(jí)可視化和模擬打開(kāi)了大門。來(lái)自數(shù)字世界的決定和行動(dòng)將轉(zhuǎn)化為物理世界的運(yùn)動(dòng)。例如，制造機(jī)器可以根據(jù)原材料的可用性、機(jī)器人的性能和可用性，以及能源成本來(lái)分析生產(chǎn)效率，然后決定要制造什么以及何時(shí)制造。

制造設(shè)備磨損或數(shù)字孿生模型的數(shù)據(jù)分析是非時(shí)間關(guān)鍵型技術(shù)的示例，可以通過(guò)集中式云平臺(tái)有效處理。

施耐德電氣公司正在與電信運(yùn)營(yíng)商Orange公司合作，在法國(guó)Le Vaudreuil工廠進(jìn)行5G工業(yè)試驗(yàn)。該項(xiàng)目將促進(jìn)信息技術(shù)(IT)和運(yùn)營(yíng)技術(shù)(OT)的融合，以實(shí)現(xiàn)全面的協(xié)同創(chuàng)新方法。其支持5G的室內(nèi)試驗(yàn)將支持兩個(gè)用例：用于維修技術(shù)人員活動(dòng)的增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)技術(shù)和用于遠(yuǎn)程訪問(wèn)的遠(yuǎn)程呈現(xiàn)機(jī)器人的實(shí)現(xiàn)。此外，還將開(kāi)發(fā)更多試驗(yàn)來(lái)測(cè)試具有強(qiáng)大潛力的技術(shù)(例如人工智能和虛擬現(xiàn)實(shí))。由于5G是軟件定義的應(yīng)用程序，因此會(huì)有一些軟件更新可以帶來(lái)更多的潛力。

工業(yè)4.0是將信息技術(shù)(IT)和運(yùn)營(yíng)技術(shù)(OT)融合在一起的數(shù)字化轉(zhuǎn)型的重要步驟。工業(yè)流程的自動(dòng)化將在很大程度上依賴于高容量、高速、低延遲、可靠的5G和邊緣計(jì)算，以安全可靠地交付工業(yè)4.0技術(shù)。