跟着6月6日5G商用派司的发放，中国5G的成长毫无不测地最先加快。中国挪动2019年估计将投入192亿人平易近币，三年夜运营商估计本年扶植8至9万个基站（对照一下，美国今朝只要几千个 ）。相干数据注解，2026年ICT运营商5G的数字化收入估计将跨越12000亿美元，此中约2340亿美元来自响应的垂直制造范畴

工业正在迎来夸姣的通信时期，而工业4.0背后需要的通信系统，也最先浮出水面。

工业4.0的新通信

工业4.0一最先就界说了本身的顶层架构RAMI，它从三个维度对工业4.0进行了框架描写，代表了德国对工业4.0所进行的全局式思虑。有了这个模子，各个企业特别是中小企业，便可以在全部系统中寻觅到本身的位置。这是一股史无前例的大水融合，万物、人机、软硬、真假都要毗连，需要一种全新的通信不雅，才能实现这类集成。从国外的工业巨子如西门子的实践来看，根基是依照如许的通信框架进行全域建立。

图1：工业4.0架构RAMI与通信

但是，通信作为工业4.0系统中相当主要的子系统，其实不是只需要完成通信系统的及时机能便可以——这很轻易被曲解是独一主要的点。更年夜的挑战是，把通信要求所涵盖的所有收集进行无缝的集成。这些收集包罗从有严酷肯定性要求的当场节制收集，到工场内部的运转操作治理收集，到企业出产的打算调剂收集，并延长到全球毗连的跨企业的通讯，和基在收集通讯的自组态和各类收集治理的集成。同时，需要制订分歧以往的进级迁徙、集成和保护，斟酌与上下流企业的联系关系和毗连可能性等复杂的及时策略。

要从底层的传感器传送到云端，数据需要有多样化的路径。从厂房地板，到企业高管天花板，一路穿越的收集和毗连管道的数据，若何实现通信的无缝集成，将成为一个最年夜的现场挑战。

工业4.0正在呼喊一个全新的通信场合排场，OPC UA和TSN回声而出。

数字化工场的通信赢家

以往，工场处处都是机械，它们挨着多年，但生成的消息却彼此隔离，很少“扳谈”，也很少被操纵。但是在离散型工场或进程主动化工场中，消息交换有各类分歧的流量类型和传输要求。主动化节制装备与工场级系统和利用之间具有垂纵贯讯需求，而从节制器到节制器、从节制器到现场装备（例如履行器、传感器和驱动器）、输入和输出等则有程度通信需求。以往，各类类型的现场总线和工业以太网撑持这些分歧的通信需求，从而将流量划分到各个零丁的收集上。这类数据“各自为政”的数据管理场合排场的构成当然有其汗青的必定性，可是当前却正在成为限制万物互联的“桎梏”。

作为一种制造万国装备的工场级世界语，OPC UA呈现了。

近几年来， 开放平台通信同一架构OPC UA的尺度成长速度很快，一路领跑。2017年末，德国机器制造协会VDMA与弗劳恩霍夫IOSB发布了针对中小型机器制造企业若何导入OPC UA和其策略的导则。导则明白的强调，OPC UA不是主动化及时通信的另外一个尺度，而是一种为今朝尚处在消息孤岛的装备之间成立附加通信通道的东西， 为分歧出产厂商出产的成套装配、机器装备和部件之间供给一种同一的通信体例。

OPC UA不是来代替现有的通信和谈，而是实现通信进行同一对话的东西。换言之，此次来的不是抢地皮的，而是劝和使者。更主要的是，它是将装备从昏暗地带、乃至是至暗角落，带向一个高光时辰。

从传感器到装备、到云端，那是一路凶恶的火焰山。取经途中需要处理的问题包罗：同一的语义（各类通关文牒）、及时（跑得快）、年夜数据量传送（个子年夜）、海量并发（拥堵）、异构数据（分歧肤色）。OPC UA作为一种面向办事的架构SOA，为机器数据（诸如装备描写、丈量数值、参数和节制变量）消息互换的尺度化，成为西天取经的主要宝贝。但是它只处理了上层问题，对底层接连不断的数据，犹如从山谷里杀出多个军种的千军万马，收集系统若何抵挡？

时候敏感收集TSN最先登场，它特地针对分歧数据响应速度要求的特点，供给了一种收集弹性的保障机制。例如，在现代工场节制中，既有年夜量及时数据的通信与节制，也有很多监督器的监测，和各类无线数据，使得现场的数据构成了拥堵的跑道，布满了年夜量布局化及时消息和非布局化消息（如音频、视频流）等各类分歧类型的数据，对数据同步的精度要求比力高。在节制器之间进行通信时，能够操纵TSN的功能按消息传输的优先级加以调和，从而在复杂的现场环境下保障各类通信的调和分歧性。

能够说，TSN搭建了一个数字世界的龟兔竞走的新场地。这类龟兔同赛道的法则，不再是谁快谁慢，而是认可数据多样性的一种理性选择。

今朝，TSN已到达了适用所需的手艺成熟度，具有TSN功能的收集组件、通信处置器、软件和收集治理系统都已面世。其实，TSN也并不是全新的手艺，其来历在AVB（Audio Video Bridging）音视频桥接，是由AVnu同盟组织所提倡开辟的和谈。AVB和谈是为保障实现音频和视频数据供给时候同步的、低延迟的和包管带宽预留的流媒体功能。TSN是AVB的进化版，在原有规格的根本上扩年夜了尺度的规模、功能和利用法式。在2017年，工业互联网同盟（IIC）和Avnu同盟公布联手，配合鞭策TSN开放尺度装备的摆设。这也意味着TSN正在工业范畴获得普遍承认。

如许一来，OPC UA在上层，而TSN首要鄙人层，两者组成了地板与天花板之间的彼此呼应。

TSN加强了以太网的功能，也使得其更合适在工业利用。即便在高收集负载前提下，TSN也能在机械和工场之间实现加倍壮大和靠得住的以太网通信。这类靠得住性使得汽车、机器项目等行业的主动化利用具有显著劣势。

5G工场的数据不雅

OPC UA是在作为物理层和数据链路层的以太网的根本上作为利用层的和谈，而TSN则是为了改良现稀有据链路层的和谈。今朝工场里的以太网能够是有线的，也能够是无线的。今朝年夜部门的OPC UA均运转在有线以太网中。但是，对万众注视的5G，作为无线通讯的根基载体，正在引发工业范畴的全新爱好。

在以引领行业将来著称的2019年德国汉诺威工业展览会上，5G第一次以特地展区情势呈现，多家企业进行了集中展现与宣讲。5G和上一代蜂窝收集的首要区分之一是，5G能够间接利用在机械之间通信和物联网。包括5G和工业wifi6在内的无线通信，将年夜幅度提高智能工场的矫捷性、通用性和出产率。

国际尺度化组织3GPP界说了5G的三年夜场景，此中每一个场景都与制造业相干。加强型挪动宽带eMBB，能够用在加强或虚拟实际、3D/超高清视频等年夜流量高速挪动宽带营业;而海量机械类通信mMTC，用在智能抄表、智能农业、进程主动化等年夜范围物联网营业;而超靠得住低时延通信URLLC，则能够用在无人驾驶、工业主动化节制、挪动机械人，长途制造等需要低时延、高靠得住毗连的营业。而在所有工业利用中，活动节制应当是最具挑战性和高要求的。这就落在URLLC的头上。

新的数据自治次序，呼之欲出。

看上去，工场里的无线数据，正在处在预备炸锅的场合排场。5G在制造业中的利用，酿成了一种等候。一些企业最先盼愿将来把5G融到工业利用范畴中去。

不外且慢，需要泼点冷水的是，5G在工场此刻依然处在不竭测验考试，寻觅场景利用的芳华萌动期。三年夜场景频次资本，实际上是不成能同时进行的。用尺度的和谈与工业利用去做对应和适配，依然是相对实际的做法。

较之有线通信系统来讲，无线系统明显能快速冲破手艺和经济上的限制。将来会在工业出产中应用数目庞大的低本钱传感器和履行器，除利用有用的无线系统，别无它法。蓝牙和无线局域网都在开辟低本钱的布局，但至今为止唯一很是无限的机制来处理抗干扰、消息平安和响应时候等问题。单一的无线工业处理方案局限在很少的频带，因为只能容纳数目不多的传感器和履行器，不太可能有很好的经济效应。是以，可能依然需要5至10年，5G才会在工业利用中起到庞大感化。

当下ICT的乐不雅情感和宣传，不免会影响了言论的判定。那种觉得“装备+毗连+云”便可以完成年夜一统的设法，不免难免过在简单。跟着5G的成长，工业Wifi6也最先成为随时随地动身的数据军团，无缝补齐5G所留下的空白。已在商用范畴实现WiFi6手艺的装备供给商也逐步意想到了无线手艺在工业节制利用中的非凡性。这类工业现场特征的手艺差别性，是很难靠ICT厂商实现冲破的。对装备漫游的及时性和靠得住性问题，ICT公司经由过程上层软件、驱动和集中调控的体例很难处理。良多机械人、AGV更没法构成集中资本，这就必需从装备端、现场端来处理。ICT从一最先的立场，就已表示出分歧。这些收集装备，是不会关怀节制的，而这刚好是装备制造商和OT企业最为细心庇护的阵地。

在上海宝武冷轧车间无人“黑灯工场”中，重载钢卷行车在暗中而空阔的厂房高空中无声行走，搬运侧重达十几吨的钢卷，给人以震动的感受。暗中空间背后一样不成看见的则是西门子等多个主动化厂家供给的节制系统的支持。在智能制造诸多近似的现场都能够发觉，假如没有靠得住的驱动与节制、定位系统与通信系统的协同，难言通信手艺的单美金冲破，5G在工场级的利用和成长也不会破例。

今朝来看，有线框架与无线框架将持久并存。或许将来10年摆布，才能看到更好的融会点。

一样地，OPC UA也不是全能的。OPC UA素质上，只是为了����APP处理机械之间的互联互通和互操作，对更复杂的软件与软件、数据与数据、人与系统等的连接性，则是力所不及的。这意味着，OPC UA以外依然需要年夜量的连接性和谈（如DDS、oneM2M、HTTP）等加以弥补。OPC UA和TSN也是慢慢搬家到机制上。专业通信的架构，依然是工场通信的焦点关键。这需要对装备有着深切的领会。

合适工业4.0要求的通信，并没有法马上周全普和。要取得周全的利用，生怕还需要十年摆布的时候。这对急性的人们而言，也许显得有点长，但斟酌到主动化手艺的利用动辄三四十年，这已算快速的利用了。

万物互通信，让数字企业更精准

数据的魅力已获得确认。在如许一个5G时期，各类数据正在四周炸开，像是叮当散落的珠子。年夜珠小珠落玉盘，遍地溅射的数据，更需要一个聚宝盆来盛接。

物联网平台跟着而来，正在成为一个抱负的容器。与国内工业互联网平台衔接中小企业的赋能使命所分歧，国外纷纭走向年夜企业的计谋合作。德国公共汽车在本年3月公布，西门子MindSphere将成为公共工业云的集成合作火伴。其122家工场的各类机器装备将整合到工业云中进行，数据通明和数据阐发将为公共汽车进一步提高出产效力奠基手艺根本。

这个时期最使人深入的印象是，年夜的科技都是在同时并发。5G、Wifi6.0、NB-IoT等这些通信手艺，与物联网年夜平台、人工智能都交叉进步，呼应着一个数据年夜时期。

万物互联背后，恰是通信的时期。

在精益出产的系统中，水蜘蛛这个岗亭的呈现，语重心长。水蜘蛛是出产线上特地处置出产看板、物料的预备和传送的人员。这些人被昵称为“水蜘蛛”，描述其如同飘在水上的蜘蛛，步履快速，日本人称之为Mizusumashi。日本人一方面把现场力做到极致，另外一方面就是这么善于制造名词，成为日本制造背后的一种病毒式传布的工业文化。水蜘蛛是一种完成态势感知，从而填补局部工位消息不足的一个主要岗亭。

在将来智能工场中，诸如 AGV、挪动机械人等各类出产物料将与人力、机械装备和系统协同工作，机械或机械人的位置会随时变更。是以，切确供给其在工场中的位相信息，对自我指导的高效工作流程来讲相当主要。

在这类场景下，“数字水蜘蛛”呈现了。一种及时定位系统RTLS，正在最先以位置+自通信的视野，进入了数字化工场。它具有水蜘蛛的感知特征，但更能与上层的治理软件系统间接对话，并且能够批示。

一方面智能系统如挪动机械人、主动扶引车AGV会随时陈述本身的地址和时候消息;而相干对象 （如工件、工装夹具、AGV 或机械人）都能够绑定电子标签。标签旌旗灯号将由上位系统收集，并计较其位置，然后将消息反馈给主动化系统和制造单位。

及时定位系统（RTLS），能指导物料、节制挪动机械人、监测工件利用，并完全记实追溯终究产物拆卸的及时定位系统。从而实现高度矫捷、自我组织的出产与物流处理方案，提高出产与物传播统工作流程的动态机能。小批量出产，变得加倍可行。而西门子厘米级的SIMATIC RTLS，则经由过程MES系统与营业点的切确数字化映照，从而涵盖从物料入库到进一步加工和终究拆卸。

一曲万物年夜合唱的数据之歌，最先上演。而RFID、读码器，这类保守的不克不及再保守的标识东西，忽然间有了魂灵。它们不再孤傲作战，不再局部互换消息，而是组合成立了一个全厂级的兵团。这是水蜘蛛最成心义的工作了。

在宝马、奔跑的车间中，本来是经由过程单个的传送带将车体送到分歧位置进行加工。而经由过程出产工艺改良和对RTLS的利用，单轨运输的固定输送线有可能被解放出来。这意味着出产线路能够矫捷地进行调适，工场全部工艺出产结构能够快速调剂，柔性化出产将变得加倍轻易，厂房空间也能够年夜幅度紧缩。这背后需要正确捕获每一个装备、每一个工件物料的位相信息，并供给响应办事。

东西最先变得加倍有点像蓝精灵一样“狡猾”了，能够自步履手动脚了。在汽车的加工工艺中，汽车安装的时辰有良多拧紧的动作，能够收集东西活动的动作和活动次数，和阐发在某个工位若何能拆卸得更快。假设这个工位的零件需要转三圈紧固，那末工人不消去翻看操作手册，乃至也不消有回忆，而只是拿着带定位的东西。这个装备，会主动转三圈;而到了下一个工序位置，则按照定位可能主动扭转十五圈。在分歧的位置点能够分派分歧的使命。当出产线上的车型改换了，安装挨次、工艺流程分歧了，都能够轻松调剂，矫捷利用。

就如许，借助在超宽带UWB手艺和2.4G无线通信，及时定位系统只是把位相信息发给使命分派装备，使命分派装备再按照有线的或无线的通信体例把使命发送到操作东西，操作东西就主动完成工作了。

智能工场常常过度强调智能装备和软件，但工场对象的智能化，例如传感器、物料等，一样非常主要。任何数据的发出源，都能借助全新的通信系统，经由过程光学、机器和声学等手段，将工场对象，转换成智能对象。一辆辆汽车的平平无奇，因为GPS导航而从头界说车与路的关系。路盲的标签，完全地从每一个人身上撕失落。而RFID这些早已在工场默默多年的标签，忽然变得“视野坦荡”，从“标签对象”成为“智能对象”，这恰是拜及时定位系统所赐。及时定位系统激起了现场合有可能消息的释放，让一个数字化企业变得加倍触手可和。

这类数字化企业的无线定位平台，设置装备摆设简单，激活了保守存量举措措施，也激活了一个“空中之城”：那些及时、精准和动态的数据，在忙碌的物理装备的上空，也在轰轰烈烈地处置和阐发当中。

小记

万物互联激发了数据像雪崩一样地四周翻腾，将是将来数字化工场最为宏伟的一个场景。若何批示这些数据、连同各类旌旗灯号和指令，同一成一个协调的人机协同的智能工场？假如细心不雅察西门子如许的数字化急前锋，你会发觉它背后是对工业通信的一个复杂多样的周全结构。由于工业通信恰是打开智能工场年夜门的一把超等钥匙。在5G时期，让人们对智能工场有了更多的想象空间，那些看不见的数据则纷纭摆脱了装备的束厄局促，从机械的暗处纷纭走向敞亮的屏幕之上。而工业通信，这一保守的脚色正之前所未有的包涵，若无其事地在背后批示着一切数据的自在活动。