5G將推動邊緣計算在工業4.0製造技術中的大量採用

大多數人認爲製造業是高度自動化的行業，他們這樣的想法是對的。機器人廣泛用於流程自動化中，從生產餅乾、電腦到敞篷車，其產品無所不包。然而，在競爭激烈的市場中，製造廠商必須在降低成本的同時，提高生產能力和定製能力。正如奧運會摔跤比賽冠軍Cael Sanderson所說，“除非不斷努力，不斷髮展，不斷創新，否則將會面臨失敗。”

這就是許多企業需要引入工業4.0技術以部署大量物聯網設備和提高IT能力(雲計算與邊緣計算)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。

物聯網設備是工業4.0的基礎

採用物聯網傳感器、儀表和高清攝像頭是實現工業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，那麼工業設施將無法正常工作。隨着越來越多的端點建立連接，實時傳輸和協調海量數據是一個巨大的挑戰。企業將需要採用強大的解決方案，能夠以可擴展且可靠的方式成功處理大量物聯網設備中的工作負載。大多數製造商通常採用爲智能工廠設計的物理以太網布線和互連繫統，這些系統可以支持高達1Gbps(CAT5e)和10Gbps(CAT6A)的數據傳輸速度。當傳輸高清視頻或機器和控制系統實時運行時，更高的容量至關重要。

在高頻段5G(mmWave 5G)發佈之前，使用通信電纜連接設備和工廠系統一直是最快、最可靠的方法。5G將提供與以太網相當的通信能力，並且無需敷設電纜，有望最終實現20Gbps的下載速率，以及同樣重要的10Gbps的上傳速率。5G實際上也將消除網絡延遲問題，延遲以毫秒(ms)爲單位，使用超可靠和低延遲通信(URLLC)的5G網絡理論上可以將延遲減少到一毫秒。其優點是保持所有機器和機器人實時同步。根據5G網絡的規範，每平方公里的範圍內最多支持100萬臺設備，這是一個龐大的數字，可以容納工業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勢。需要注意的是，高頻段5G目前主要處於試驗階段，但必將成爲未來的首選通信技術。

需要在源頭附近處理數據

大量的物聯網設備將越來越依賴5G技術將對時間敏感的流程連接到IT基礎設施，但是IT系統將位於何處?從定義上來說，物聯網意味着它們已連接到互聯網，但對於工業4.0來說，與距離數百公里或數千公里的超大規模雲數據中心進行通信是否有意義?這可能對於某些技術具有意義，而對於其他技術則並非如此。工業4.0是一個相當複雜的領域，涉及採用一系列技術共同構建一個聚合系統。該系統包括數據中心架構，該架構將需要與內部部署(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，但僅限於本地製造環境。用戶到集中式雲數據中心的傳輸路徑涉及距離和網絡“跳躍”，這將導致嚴重的延遲。對於真正的無延遲流程，工廠將需要現場進行邊緣計算。這樣就可以在數據源附近而不是在集中式數據中心處理數據。

視頻分析、增強現實、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。爲了獲得最佳效果，邊緣數據中心需要緊密放置或實際嵌入製造環境中。例如，高帶寬視頻的使用將會增加質量控制應用程序。採用高清攝像頭的實時集成視頻分析(IVA)每小時生成約300GB的數據，這些數據需要實時處理，而許多系統使用多個攝像頭，其數據量十分龐大。對於用戶來說，理想的解決方案是建立一個專用的微型數據中心來保護服務器免受灰塵、水、熱量和電源干擾。

機器採用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。這爲基於實時數據的更高級可視化和模擬打開了大門。來自數字世界的決定和行動將轉化爲物理世界的運動。例如，製造機器可以根據原材料的可用性、機器人的性能和可用性，以及能源成本來分析生產效率，然後決定要製造什麼以及何時製造。

製造設備磨損或數字孿生模型的數據分析是非時間關鍵型技術的示例，可以通過集中式雲平臺有效處理。

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，以實現全面的協同創新方法。其支持5G的室內試驗將支持兩個用例：用於維修技術人員活動的增強現實技術和用於遠程訪問的遠程呈現機器人的實現。此外，還將開發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實)。由於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4.0是將信息技術(IT)和運營技術(OT)融合在一起的數字化轉型的重要步驟。工業流程的自動化將在很大程度上依賴於高容量、高速、低延遲、可靠的5G和邊緣計算，以安全可靠地交付工業4.0技術。