智能工厂5g（工厂5g网络建设）

在无线网络技术进步的推动下，工厂的固定串行生产线模式正在迅速演变为更加灵活的工厂环境。

当今的消费者正在推动这种制造转型趋势：他们希望产品有更多选择，并要求工厂摆脱“一刀切”的制造模式，转向更加灵活和复杂的工厂。

将5G 作为专用网络添加到工厂可以提高工厂车间的协调性和可见性所需的灵活性。专用网络还可以对工厂运营进行预测性维护，并帮助制造商创建“数字双胞胎”。

专用网络的稳步崛起

移动专用网络是一种经过验证的方法，已在许多行业中使用多年。例如，铁路长期以来一直在专用网络上运行，而部分2G 移动频谱在几十年前就可供本地和私人使用。 5G 连接的新使用场景是3GPP（定义蜂窝标准的组织）明确定义为支持专用网络以满足垂直业务需求。

对专用网络的重视在一定程度上是对工业部门的回应，工业部门正在推动用无线连接取代或增强有线以太网专用网络，同时还为广泛的业务流程带来新功能。

为什么？全球人才短缺、新用例、地缘政治变化、工厂提高能源效率的需求以及快速变化的产品趋势都推动了对专用网络的需求。

让我们从产品趋势开始。如果随着时间的推移只生产一种产品，一个完全布线的工厂就能正常运转。这种经过验证的方法使用以太网、时间敏感网络(TSN) 和其他有线技术进行通信。

然而，在各个行业中，这种单一产品的生产线模式正在迅速转变为更加灵活的工厂环境。当今的工厂需要更高效、更通用的连接解决方案。

灵活性是未来工厂的必备条件

每次必须重新配置生产时，都需要在工厂车间移动电缆，效率太低。工厂仍然需要电缆，但5G 专用网络可以被视为无线基础设施的补充覆盖层，提供更大的灵活性。

无线技术对于连接在仓库或工厂车间移动的机器人尤其重要。对于需要使用和移动的大型系统也很重要。移动性是这些机器人系统的关键。它们不是特别灵活，但如果不需要每次机器人位置改变时都铺设新电缆，或者将电缆从屋顶上拉下来然后再放回原位，那么这是可能的。带来很多好处。无线网络提供更简单、更灵活的解决方案。

将5G 和无线连接视为支持工厂运营移动性的关键技术。例如，现代汽车生产线可以使用无线连接将装配流程集中到汽车上，而不是汽车沿着装配线移动到不同的流程。

在这种大型飞机制造应用中，客机机身保持静止，而机翼组件、线束和喷漆设备则移动到飞机的相应区域。

灵活的混合工厂环境

随着越来越多的工厂变得更加灵活，全面布线可能会成为障碍。但这并不意味着使用云来管理每个设备和子系统。

在先进工厂中，最高层使用无线连接和5G无线专用网络来监控工厂车间的流程，而时间敏感的系统仍然使用有线连接。

在混合层面，机器人内部使用TSN有线连接，并连接到无线网络以支持各个工厂子系统之间的通信。这种方法减少了对机器人的干扰，同时通信变得至关重要。

当今的机器人应用程序基于微控制器和处理器，并且可以使用云管理软件轻松管理和更新嵌入式软件。嵌入式设备中的实时软件可以进行更新和监控，所有优势均已在数据中心得到验证。使用云管理服务通过专用网络增强工厂性能，从而实现更好的协调、提高可见性、提高软件敏捷性并简化生命周期管理。

服务质量：首要指标

一旦工厂放弃有线模式，无线链路提供的服务质量(QoS) 对工厂运营至关重要，因为链路中断可能导致工厂停机。在QoS 指标中，链路可用性（在整个工厂测量）是最重要的因素，其次是受限的延迟和吞吐量。在工厂环境中，弱无线链路或不存在的无线链路是不可接受的。无线链路必须在整个工厂车间内可用——毕竟，没有人希望看到送货机器人在工厂中途失去通信链路。

分配器必须完全连接到其携带的无线设备，否则设备可能会关闭。众所周知，工厂车间受到电气和电磁干扰以及对无线连接不友好的射频信号阻断器的困扰。还有钢梁、发动机和所有其他对射频信号不友好的金属物体。

Wi-Fi 和3GPP 现在都认识到这些挑战，并正在积极制定实现真正智能工厂所需的具体标准。通过扩大移动专用网络的吸引力，3GPP 将把5G 确立为改善运营、推动数字化转型和实现未来增长的标准。

专网安全

当工厂正常运行时，安全与QoS同样重要。一旦工厂被连接，它就成为潜在的目标。工厂环境中的有线和无线网络都是黑客和网络犯罪分子的主要攻击面，他们试图干扰网络的正常运行、安装勒索软件或非法访问有价值的数据。元数据等工厂数据具有巨大价值，绝对不能泄露。

传统的安全技术也非常重要。连接工厂设备的身份/验证非常重要，无线链路加密也非常重要，以确保数据不会被恶意行为者篡改。回到Wi-Fi 和3GPP 的比较，工厂安全性归结为设备的最佳配置方式。设备是否通过SIM 卡、密码、二维码或其他技术进行配置？每个工厂站点、设备供应商或网络类型的配置是否唯一？生命周期管理是安全工厂的一个重要方面，目前整个行业正在解决这一问题。

结论

芯片供应商和工厂环境中部署的无线专用网络解决方案之间存在着强大的、持续的价值链。作为一家全球半导体公司，恩智浦为多种无线连接标准提供全面的芯片和软件解决方案，从蓝牙和NFC 等物联网协议到Wi-Fi 和5G 基础设施和客户端解决方案。恩智浦与多家工业通信和设备供应商合作，确保每个最终产品满足服务质量、安全性和工厂自动化其他重要方面的行业要求。

审稿编辑：郭婷