虹科讲堂 | 工业无线技术在未来工厂运营中的机遇和挑战
一、有线连接及其给工业4.0带来的挑战
如今，有线网络仍然是工业设施中使用最广泛的通信和数据传输介质。有线连接的广泛使用基于两个重要因素，分别是：集成到车间设备中的连接技术和可靠、低延迟的数据传输能力。
对于有线网络来说，无论工厂的地理位置如何，其连接的通路通常都是可用的，这就是为什么它总被用于重要工厂系统的数据传输。此外，利用大型的、且在其整个生命周期中都停留在一个位置设备的设施，由于其本身静态特性的持久性，它们依赖于有线的网络或电缆连接。
尽管如上所述，有线连接可提供多种好处，但未来工厂中采用工业4.0会对有线部署带来一些挑战。工业物联网（IIoT）设备的大规模部署及其运行所需的互联性是有线网络难以为其提供适当解决方案所面临的挑战之一。
当今车间中部署的许多IIoT设备均未配备有线连接器。这些IIoT设备旨在通过无线连接到Internet。随着IIoT的采用率持续飙升，尽管缓慢，但有线连接器将在一定程度上被逐步淘汰。
IIoT，边缘设备和智能制造设备的大规模部署也给有线连接的使用带来了挑战。大型设施布线以及维护所使用的物理电缆，连接器和工具的成本是为了保持连接所必须支付的经常性成本。
在分析在大型设施中使用有线网络的成本时，铺设电缆和将电缆插入工厂设备的劳动力成本也必须被考虑进去，这样一来成本便上升了。
二、无线网络，5G和未来的工厂
未来的工厂将依靠数据驱动的业务模型来增加收入并向最终用户提供产品或服务。据估计，到2025年，制造业将从其提供的服务中获得比其销售的产品更多的利润，这一趋势预计将渗透到所有与工厂相关的商业模式中。
为了在采用数据驱动的业务模式的同时提供优化的服务，我们需要一个可靠的、负担得起的网络。无疑，5G和工业无线网络有望成为未来数据驱动工厂的驱动力，因为它们为工业4.0面临的重要网络挑战提供了答案。这些挑战以及5G如何提供解决方案包括:
1. 对时间要求严格的流程优化
如果无法进行实时的数据处理，工厂中有大量对时间要求严格的系统和操作可能会偏离轨道。这些系统包括使用自动导向搬运车系统(AGVs)的导航车间、边缘设备、协作机器人和设备。
以自动导向搬运车系统为例，人们希望这些车辆能在整个设施场所中运输货物，但如果车辆拖着有线电缆穿过车间可能会导致事故，所以人们对自动导向搬运车进行编程使之可以可通过无线网络接收指令。
能够进行极低延迟通信的5G无线网络提供了确定的Wi-Fi AGVs所需的时效性导航过程。偏离轨道的AGV也必须能立即受到控制，以避免发生事故。
在这种情况下，可穿戴设备可用于控制AGV。为了使其能实时工作，需要一个连接两种资产的无线网络，因为当事故发生时，有线电缆可能会断裂。
2. 远程机器监视和服务
远程机器监视以及提供远程维护或维修服务的选项取决于网络实体系统和增强现实（AR）的可靠性。对于远程机器监控，工厂设备必须能够实时地将机器数据传输到云上，而不受位置的限制。与有线电缆相比，5G网络提供了更可靠和直接的传输路径。
远程维护服务还遵循将机器数据传输到服务提供商可以访问的中央网络的模式。然后，服务提供商在依靠AR协助车间技术人员的同时访问这些数据。在这种情况下，无线网络可给工厂提供：提供远程服务所需的互连性和互操作性。
3. 系统互操作性
工业4.0包括优化车间操作和其他相关操作，以确保企业向其客户或消费者提供优化的服务水平。例如，供应链中断将导致停机，从而影响工厂满足其生产时间表的能力。因此，一个全面的数据驱动的工厂绩效优化业务模型必须考虑供应链和库存管理方面的挑战。
在此示例中，使用物联网设备和供应链软件来管理供应链和库存。从软件和部署的设备中收集的数据必须在工业云平台中进行集成和处理，以此来制定准确的生产总体计划和运营时间表。5G网络提供了将数据从现场IoT设备传输到集中位置进行处理所需的连接性。
三、结论
未来的工厂将依赖于车间内的资产和部署在其他地点的资产之间的互连和互操作性。无线网络，特别是5G，将提供所需的低延迟和高带宽，以自动化和优化未来车间内将出现的各种操作和工业4.0用例。
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