在無線網絡技術進步的推動下，工廠的固定串行生產線模式正迅速演變為更靈活的工廠環境。

今天的消費者推動了這一制造業轉型趨勢：他們希望自己的產品提供更多選擇，要求工廠擺脫“一刀切”的制造模式，轉變為更靈活且復雜的工廠。

將5G作為專用網絡添加到工廠可實現所需的靈活性，從而改善協調并提高工廠車間的可視化。專用網絡還支持工廠運營的預測性維護，并幫助制造商創建“數字孿生”。

專用網絡穩步崛起

移動專用網絡是一種行之有效的方法，在許多行業中已使用多年。例如，鐵路已經在專用網絡運營了很長時間，而部分2G移動頻譜早在幾十年前已提供給本地和私人使用。5G連接的新功能是3GPP（定義蜂窩標準的組織）明確界定為支持垂直業務要求的專用網絡的使用場景。

強調專用網絡在一定程度上是對工業領域的回應，工業領域正推動用無線連接取代或增強有線以太網專用網絡，同時也為廣泛的業務流程帶來了新功能。

典型的制造環境

為什么？全球人才短缺、新的使用場景、地緣政治變化，工廠需要提高能效以及產品趨勢迅速變化等因素都在推動對專用網絡的需求。

讓我們從產品趨勢開始。如果長期只生產一種產品，那么整體采用有線連接的工廠便能夠運轉良好。這種經過實踐檢驗的方法使用以太網、時間敏感網絡 (TSN) 和其它有線技術進行通信。

然而，在各個行業，這種單一產品生產線模式正迅速向更靈活的工廠環境轉變。現在的工廠需要更高效的多功能連接解決方案。

靈活性：未來工廠必備要素

每當必須重新配置生產時，在工廠車間移動電纜效率太低。工廠仍需要電纜，但可將5G專用網絡視為無線基礎設施的補充覆蓋層，從而提供更大的靈活性。

無線技術對于連接在倉庫或工廠車間四處移動的機器人尤為重要。對于需要使用和移動的大型系統而言也同樣重要。移動性是這些機器人系統的關鍵，它們的靈活性不是特別高，但如果每次機器人位置改變時不需要鋪設新的電纜，不需要從屋頂上拉電纜下來，之后再放回原位，就會帶來很多好處。無線網絡提供了更簡單、更靈活的解決方案。

將5G和無線連接視為支持工廠運營移動性的關鍵技術。例如，現代汽車生產線可能借助無線連接，實現裝配流程向汽車集中，而不是汽車沿裝配線移至不同的流程。

在這個更大的飛機制造應用場景中，客機機身保持靜止，而機翼組件、配線束和涂裝設備移動到飛機的相應區域。

靈活的混合工廠環境

隨著越來越多的工廠變得更加靈活，完全采用有線連接的工廠可能會變得障礙重重。但這并不意味著使用云來管理每個設備和子系統。

在高級工廠中，最高層級使用無線連接和5G無線專用網絡監測工廠車間的流程，而注重時效的系統仍采用有線連接方式。

在混合層級，機器人內部采用TSN有線連接，并與無線網絡連接，支持在各工廠子系統之間進行通信。這種方式可減少對機器人的干擾，同時通信變得至關重要。

當今的機器人應用基于微控制器和處理器，可使用云管理軟件輕松地管理和更新嵌入式軟件。嵌入式設備中的實時軟件可以更新和監控，其所有優勢已在數據中心得到驗證。使用云管理服務通過專用網絡來增強工廠性能，可實現更好的協調，增加可視化，提高軟件敏捷性并簡化生命周期管理。

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服務質量：首要指標

工廠一旦擺脫了有線模式，無線鏈路提供的服務質量 (QoS) 對工廠運行變得至關重要，因為鏈路中斷會導致工廠停機。在QoS指標中，鏈路可用性 (在整個工廠中測量) 是最重要的因素，其次是受限的延遲和吞吐量。工廠環境無法接受無線鏈路較弱或不存在無線鏈路。必須保證無線鏈路在整個工廠車間都可用 ，畢竟，沒人想看到配貨機器人在工廠中途失去其通信鏈路。

配貨機必須與所攜帶的無線設備完全連接，否則設備可能會停機。眾所周知，工廠車間受到電氣和電磁干擾以及RF信號阻隔器的困擾，對無線連接不友好。還有鋼梁、發動機和其他所有對射頻信號不友好的金屬物體。

Wi-Fi和3GPP現在都已認識到這些挑戰，并積極制定實現真正智能工廠所需的具體標準。通過擴大移動專用網絡的吸引力，3GPP將把5G打造為在未來改善運營、推動數字化轉型和實現增長的標準。

專用網絡的安全性

在工廠正常運行時，安全性的重要性不亞于QoS。一旦工廠實現了連接，就會成為潛在目標。工廠環境中的有線和無線網絡都是黑客和網絡罪犯的主要攻擊面，這些不法分子試圖干擾網絡的正常運行、安裝勒索軟件或非法訪問有價值的數據。元數據等工廠數據具有巨大的價值，絕不能泄露。

傳統的安全技術也非常重要。互聯工廠設備的身份/身份驗證非常重要，無線鏈路加密也非常重要，以確保數據不會被惡意行為者篡改。回到對Wi-Fi和3GPP的比較上，工廠安全性歸根結底取決于設備的最佳配置方法。設備是否由SIM卡、密碼、二維碼或其他技術進行配置？配置對于每個工廠站點、設備供應商或網絡類型是不是唯一的？生命周期管理是安全工廠的一個重要方面，目前整個行業都著手處理這個方面。

結束語

芯片供應商和部署在工廠環境中的無線專用網絡解決方案之間存在強大、持續的價值鏈。作為一家全球半導體公司，恩智浦為多種標準的無線連接提供全面的芯片和軟件解決方案，從藍牙和NFC等物聯網協議到Wi-Fi和5G基礎設施以及客戶端解決方案。恩智浦與多個工業通訊和設備供應商合作，確保每個終端產品都符合工業對QoS、安全和工廠自動化其他重要方面的要求。

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(本文作者Wim Rouwet，恩智浦半導體杰出技術人員)