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5G時代降臨 帶領傳統工廠智慧升級

更多的製造工廠採用5G、IT技術,包含IP、工業控制系統與資料分析,提高系統安全性,更有利於轉型為數位工廠。法新社

隨著各國推行工業4.0,傳統工廠的作業技術(OT)也紛紛透過智慧化與IT技術進行數位轉型。不過多年來,OT在開發速度方面一直落後於IT,其中主要的原因為OT系統要求的可靠性遠遠超過處理速度。當工廠的IT系統出現故障時,產線的不同機台無法連接至網路,不僅會造成停機,也可能使機械或零組件故障。

根據VentureBeat報導,更多的製造工廠採用IT技術,如網路協議(IP)、工業控制系統(ICS)、工業物聯網 (IIOT)與資料分析,提高系統安全性,更有利於轉型為數位工廠。然而,關鍵的挑戰在於如何將數據從設備輸入(或輸出)邊緣運算(Edge Computing)系統至資料中心。

拜5G與數位科技之賜,最新一代的通訊技術能取代乙太網路,成為製造業無線網路選擇,並為工業環境帶來高速率與低延遲。行動通訊標準組織3GPP在8月宣布更新版本Release 16,可望提高可靠度及覆蓋率,同時強化數據處理量和速度。

有線網路是製造業與工廠首選,通常情況下,有線乙太網路提供快速的流通量 (Throughput),並擁有高可靠性,其中延遲尤其重要,因工業應用程式通常需要1毫秒或更低的反應時間,即便是十億位元乙太網路(GbE)也不能給予工廠作業技術足夠低的延遲。

工業部署常用循環結構、菊花鏈拓撲(Daisy chain)連接,但延遲隨著每次設備中繼段(Hop)而累積。在工廠中的設備越多,網路速度就越慢,此外在生產環境中大量布署CAT-6線使成本大幅提升。

據了解,製造業中使用無線連接仍緩慢地取代有線連接。即使Wi-Fi 6也只能產生小於40毫秒的延遲。近年來無線網路進程相當快速,其IEEE 802.15.4低速率無線個人區域網路(LR-WPANs)強調低功率、短傳輸距離及安全性。不少公司推出專有解決方案,應用在工廠製程和辦公環境,但往往布署成本高,也不利於管理。

為了滿足工廠的無線網路需求,藍牙低功耗(BLE)是製造業對於無線連接所選擇的技術之一。它提供合理的價格,以及較長的設備電池續航力。然而,流通量非常低(0.27 Mb/s),延遲為6 ms左右。Bluetooth 5利用支援網路拓撲對BLE進行改善,但藍牙通常會受到距離影響,這在大型工業環境中可能是限制因素。

5G在製造業中的新面貌

5G包含三大技術特色:增強型行動寬頻通訊(eMBB)強調傳送峰值(Peak Rate)速率與訊號接收速度,並加深VR、AR的應用,有助於工廠布署智慧化和自動化技術;大規模機器型通訊(mMTC)側重於連接數量,可望在每平方公里內支援100萬個設備,將為工廠數以萬計的機台和感測器提供動力。

除此之外,超可靠度和低延遲通訊(uRLLC)著重於低延遲的特性,解決mMTC在即時應用的延遲缺陷,在製造流程發揮至關重要的作用。


【本文由鴻海科技集團、FII新加坡商鴻運科股份有限公司台灣分公司贊助,DIGITIMES獨立報導】


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