在過去的幾十年里，無線通信技術(shù)主要解決向使用智能手機設(shè)備的消費者提供高速數(shù)據(jù)的問題。5G在3GPP范圍內(nèi)的標(biāo)準(zhǔn)化始于解決比智能手機更多的垂直領(lǐng)域的愿景。因此，5G的設(shè)計從頭開始，考慮了超可靠性、低延遲和廣泛的頻譜選擇，以滿足許多關(guān)鍵任務(wù)垂直行業(yè)的苛刻要求。這些新功能使5G非常適合工業(yè)自動化和工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)。通過專網(wǎng)，5G可以為標(biāo)準(zhǔn)和安全控制應(yīng)用中的眾多工業(yè)傳感器、執(zhí)行器和控制器提供超高容量和低延遲，無論是在毫米波還是傳統(tǒng)的6ghz以下頻譜。5G有望成為一種增強甚至取代傳統(tǒng)有線工業(yè)網(wǎng)絡(luò)連接的可行技術(shù)，在成本、靈活性、可重構(gòu)性、可持續(xù)性和全球工業(yè)運營上市時間方面改變了游戲規(guī)則。

制造業(yè)需要靈活應(yīng)對不斷變化的市場需求。例如，他們需要重組他們的工業(yè)運營，以滿足大流行期間不斷變化的需求:從蘇打水到消毒劑，服裝到醫(yī)用口罩，或汽車零部件到呼吸機。經(jīng)驗是，敏捷性、效率、彈性和可持續(xù)性是智能制造的重要方面。

工業(yè)私有5G是智能制造數(shù)字化轉(zhuǎn)型的推動者，通過支持關(guān)鍵應(yīng)用用例，幫助交付業(yè)務(wù)成果，如可持續(xù)性和靈活性:

通過移動數(shù)字工具，如分析、數(shù)字雙胞胎和增強現(xiàn)實(AR)，聯(lián)網(wǎng)工作應(yīng)用程序增加了可見性和智能。

移動資產(chǎn)應(yīng)用可以通過自動駕駛車輛(如自動引導(dǎo)車輛(agv)和自動移動機器人(AMR))提高敏捷性和效率。

無栓固定工業(yè)資產(chǎn)應(yīng)用減少了連接靜態(tài)設(shè)備、靜態(tài)設(shè)備與旋轉(zhuǎn)部件(滑環(huán)更換)和移動設(shè)備(靜態(tài)時可操作，移動時不可操作)的有線基礎(chǔ)設(shè)施需求，從而提高了可持續(xù)性。不受束縛的固定工業(yè)資產(chǎn)還可以減少調(diào)整工業(yè)操作以應(yīng)對不斷變化的市場條件的時間，從而提高靈活性。

工業(yè)專用5G能否幫助在制造和工藝操作中實現(xiàn)這些應(yīng)用用例?為了解決這個問題，羅克韋爾自動化公司(工業(yè)自動化的行業(yè)領(lǐng)導(dǎo)者)與愛立信公司(蜂窩網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)設(shè)施的行業(yè)領(lǐng)導(dǎo)者)、高通技術(shù)公司(5G技術(shù)的行業(yè)領(lǐng)導(dǎo)者)和威瑞森公司(領(lǐng)先的網(wǎng)絡(luò)服務(wù)提供商)合作。該研究合作評估了工業(yè)私有5G技術(shù)與以太網(wǎng)/IP?連接，這是羅克韋爾自動化的核心工業(yè)通信技術(shù)。關(guān)鍵的學(xué)習(xí)目標(biāo)是確保EtherNet/IP網(wǎng)絡(luò)為工業(yè)專用5G做好了準(zhǔn)備，并確認(rèn)工業(yè)專用5G為要求苛刻的EtherNet/IP應(yīng)用做好了準(zhǔn)備。

此插圖是所開發(fā)的測試平臺的簡化表示，說明了一個不受約束的固定工業(yè)資產(chǎn)應(yīng)用程序用例，包括:

羅克韋爾自動化標(biāo)準(zhǔn)和安全控制。一個區(qū)域控制器與GuardLogix?安全控制器。12個具有FLEX5000?標(biāo)準(zhǔn)和安全I/O的分布式區(qū)域，代表滑塊、機器或設(shè)備。注意，每個分布區(qū)域的安全控制器的目的只是收集試驗臺遙測數(shù)據(jù)。

愛立信無線接入網(wǎng)(RAN)基礎(chǔ)設(shè)施。由使用28GHz(n261)的毫米波基站和使用Release15的LTE頻段2和私有5G核心(3GPPRelease-15，非獨立(NSA)，預(yù)置)組成。

高通移動測試平臺(MTP)。用于數(shù)據(jù)收集和交通流分析的移動測試平臺，用作工業(yè)5G到以太網(wǎng)適配器，稱為用戶設(shè)備(UE)。

威瑞森在5G工業(yè)網(wǎng)絡(luò)創(chuàng)新方面的思想領(lǐng)導(dǎo)地位對定義需求、目標(biāo)功能集和測試平臺的范圍，包括未來驗證需求的路線圖做出了重要貢獻。

測試是根據(jù)由羅克韋爾自動化公司提供的完善的測試計劃進行的，該計劃具有嚴(yán)格的零故障成功標(biāo)準(zhǔn)。它概述了一系列測試用例，從左邊的GuardLogix區(qū)域控制器建立可靠的EtherNet/IP標(biāo)準(zhǔn)和安全(CIP安全?)I/O連接，具有一系列請求的數(shù)據(jù)包間隔(RPI)設(shè)置，從5GRAN到FLEX5000標(biāo)準(zhǔn)，并在右側(cè)的區(qū)域1到12建立安全I/O連接。RPI是控制器和I/O交換數(shù)據(jù)的速率。

成功的測試結(jié)果表明，工業(yè)專用5G(3GPPRelease-15,NSA,on-premise,mmWave頻譜)的當(dāng)前狀態(tài)具有足夠低的延遲和抖動，可以支持RPI設(shè)置，這些設(shè)置優(yōu)于羅克韋爾自動化對EtherNet/IP標(biāo)準(zhǔn)和安全I/O連接的默認(rèn)設(shè)置。這些RPI設(shè)置將支持許多使用EtherNet/IP標(biāo)準(zhǔn)和安全I/O通信的無栓固定工業(yè)資產(chǎn)應(yīng)用程序(滑板、機器或設(shè)備)。

學(xué)習(xí)目標(biāo)的成果強調(diào):

• 以太網(wǎng)/IP已為工業(yè)專用5G做好準(zhǔn)備。
• 工業(yè)專用5G目前的狀態(tài)是為EtherNet/IP標(biāo)準(zhǔn)和安全I/O應(yīng)用做好準(zhǔn)備。
• 工業(yè)專用5G可以幫助實現(xiàn)商業(yè)成果，如在工業(yè)運營中增加可持續(xù)性和提高敏捷性。

研究合作將繼續(xù)，計劃評估以太網(wǎng)/IP時間同步和分布式運動在3GPPRelease16獨立(SA)工業(yè)專用5G上的應(yīng)用。初步的概念驗證測試結(jié)果是有希望的。

總之，由于羅克韋爾自動化、愛立信、高通技術(shù)和Verizon之間的合作，我們能夠驗證真正的5G支持的工業(yè)自動化測試用例如承諾的那樣工作。因此，在向智能制造發(fā)展的過程中，工業(yè)運營可以利用5G標(biāo)準(zhǔn)來滿足高性能無線連接和業(yè)務(wù)保障需求。