大多數(shù)人認為制造業(yè)是高度自動化的行業(yè)，他們這樣的想法是對的。機器人廣泛用于流程自動化中，從生產(chǎn)餅干、電腦到敞篷車，其產(chǎn)品無所不包。然而，在競爭激烈的市場中，制造廠商必須在降低成本的同時，提高生產(chǎn)能力和定制能力。正如奧運會摔跤比賽冠軍Cael Sanderson所說，“除非不斷努力，不斷發(fā)展，不斷創(chuàng)新，否則將會面臨失敗。”

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這就是許多企業(yè)需要引入工業(yè)4.0技術以部署大量物聯(lián)網(wǎng)設備和提高IT能力(云計算與邊緣計算)的原因，其中包括人工智能(AI)、視頻分析、增強和虛擬現(xiàn)實(AR/VR)以及機器人流程自動化(RPA)等領先技術。這實際上是IT(信息技術)和OT(運營技術)的結合。

物聯(lián)網(wǎng)設備是工業(yè)4.0的基礎

采用物聯(lián)網(wǎng)傳感器、儀表和高清攝像頭是實現(xiàn)工業(yè)4.0的基礎。這些設備可以從在其部署的任何地方收集信息，如果沒有它們，那么工業(yè)設施將無法正常工作。隨著越來越多的端點建立連接，實時傳輸和協(xié)調(diào)海量數(shù)據(jù)是一個巨大的挑戰(zhàn)。企業(yè)將需要采用強大的解決方案，能夠以可擴展且可靠的方式成功處理大量物聯(lián)網(wǎng)設備中的工作負載。大多數(shù)制造商通常采用為智能工廠設計的物理以太網(wǎng)布線和互連系統(tǒng)，這些系統(tǒng)可以支持高達1Gbps(CAT5e)和10Gbps(CAT6A)的數(shù)據(jù)傳輸速度。當傳輸高清視頻或機器和控制系統(tǒng)實時運行時，更高的容量至關重要。

在高頻段5G(mmWave 5G)發(fā)布之前，使用通信電纜連接設備和工廠系統(tǒng)一直是最快、最可靠的方法。5G將提供與以太網(wǎng)相當?shù)耐ㄐ拍芰Γ⑶覠o需敷設電纜，有望最終實現(xiàn)20Gbps的下載速率，以及同樣重要的10Gbps的上傳速率。5G實際上也將消除網(wǎng)絡延遲問題，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)絡理論上可以將延遲減少到一毫秒。其優(yōu)點是保持所有機器和機器人實時同步。根據(jù)5G網(wǎng)絡的規(guī)范，每平方公里的范圍內(nèi)最多支持100萬臺設備，這是一個龐大的數(shù)字，可以容納工業(yè)4.0的機器對機器(M2M)通信負載。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額外優(yōu)勢。需要注意的是，高頻段5G目前主要處于試驗階段，但必將成為未來的首選通信技術。

需要在源頭附近處理數(shù)據(jù)

大量的物聯(lián)網(wǎng)設備將越來越依賴5G技術將對時間敏感的流程連接到IT基礎設施，但是IT系統(tǒng)將位于何處?從定義上來說，物聯(lián)網(wǎng)意味著它們已連接到互聯(lián)網(wǎng)，但對于工業(yè)4.0來說，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)中心進行通信是否有意義?這可能對于某些技術具有意義，而對于其他技術則并非如此。工業(yè)4.0是一個相當復雜的領域，涉及采用一系列技術共同構建一個聚合系統(tǒng)。該系統(tǒng)包括數(shù)據(jù)中心架構，該架構將需要與內(nèi)部部署(邊緣)和外部部署(中央或核心)結合起來。5G將帶來超快速、無延遲的無線連接，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“跳躍”，這將導致嚴重的延遲。對于真正的無延遲流程，工廠將需要現(xiàn)場進行邊緣計算。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、增強現(xiàn)實、自主機器人技術的實時控制是將計算能力推向本地邊緣的主要技術。本地邊緣將是端點和核心IT基礎設施之間的重要場所。為了獲得最佳效果，邊緣數(shù)據(jù)中心需要緊密放置或實際嵌入制造環(huán)境中。例如，高帶寬視頻的使用將會增加質(zhì)量控制應用程序。采用高清攝像頭的實時集成視頻分析(IVA)每小時生成約300GB的數(shù)據(jù)，這些數(shù)據(jù)需要實時處理，而許多系統(tǒng)使用多個攝像頭，其數(shù)據(jù)量十分龐大。對于用戶來說，理想的解決方案是建立一個專用的微型數(shù)據(jù)中心來保護服務器免受灰塵、水、熱量和電源干擾。

機器采用5G彼此交互和共享信息

5G還將使機器能夠相互交談和共享信息。這為基于實時數(shù)據(jù)的更高級可視化和模擬打開了大門。來自數(shù)字世界的決定和行動將轉化為物理世界的運動。例如，制造機器可以根據(jù)原材料的可用性、機器人的性能和可用性，以及能源成本來分析生產(chǎn)效率，然后決定要制造什么以及何時制造。

制造設備磨損或數(shù)字孿生模型的數(shù)據(jù)分析是非時間關鍵型技術的示例，可以通過集中式云平臺有效處理。

施耐德電氣公司正在與電信運營商Orange公司合作，在法國Le Vaudreuil工廠進行5G工業(yè)試驗。該項目將促進信息技術(IT)和運營技術(OT)的融合，以實現(xiàn)全面的協(xié)同創(chuàng)新方法。其支持5G的室內(nèi)試驗將支持兩個用例：用于維修技術人員活動的增強現(xiàn)實技術和用于遠程訪問的遠程呈現(xiàn)機器人的實現(xiàn)。此外，還將開發(fā)更多試驗來測試具有強大潛力的技術(例如人工智能和虛擬現(xiàn)實)。由于5G是軟件定義的應用程序，因此會有一些軟件更新可以帶來更多的潛力。

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