實現(xiàn)製造新功能的關鍵是超越現(xiàn)有技術，首先要樹立「微小型化無所不在」的概念，並採取相應行動，由於工廠思維模式的轉變，需要創(chuàng)新型的網(wǎng)路架構方法配合支援現(xiàn)代化工作流程。

一提到工廠，讓人聯(lián)想到廣闊的空間、大型設備和許多在努力工作以維持產(chǎn)品在生產(chǎn)線上運轉的工人。

現(xiàn)代製造業(yè)帶來的挑戰(zhàn)，往往無法通過擴大工廠空間的方法來應對。絕大多數(shù)製造商雖然都希望實現(xiàn)最新的構想，並獲得最尖端的生產(chǎn)能力，但卻不能為此而拆除和重建現(xiàn)有的工廠。

工廠需要現(xiàn)代化空間

圖1 : 利用工業(yè)4.0的現(xiàn)代製造，讓過程中的所有部分都變得「智慧」。

利用工業(yè)4.0的現(xiàn)代製造意味著處理的資料更多、分析速度更快，並且採用物聯(lián)網(wǎng)（IoT）技術以及機器學習和電腦視覺等先進嵌入式技術，這些技術共同改變了產(chǎn)品、零組件、元件的製造過程，使製造過程的所有部分都變得「智慧」。

提高製造效率、有效性、靈活性和回應能力等，成為了額外要面臨的挑戰(zhàn)，我們在做一些以前不可能實現(xiàn)的事情，同時支援現(xiàn)代需要的工作流程。

以前在設計製造設施時所考慮的是如何提高設施的生產(chǎn)能力、韌性和長久適用性。在傳統(tǒng)IT技術領域，資料採集和監(jiān)控系統(tǒng)（SCADA）網(wǎng)路，以及進行實體連接的工業(yè)控制器是非常典型的設備；但是與工業(yè)4.0相較之下，這些技術設備的頻寬有限，可能無法利用最新科技進步帶來的優(yōu)勢。

小型化設備在整合新功能方面發(fā)揮著重要作用，憑藉小型化技術設備，我們能夠更輕鬆跨越現(xiàn)有工廠的空間限制，實現(xiàn)重大的技術進步。

精簡網(wǎng)路架構規(guī)模

很顯然，實現(xiàn)新功能的關鍵是超越現(xiàn)有技術，但首先要樹立「微小型化無所不在」的概念，並採取相應行動，因為工廠思維模式的轉變，需要創(chuàng)新型的網(wǎng)路架構方法以作配合。

不久以前，一家先進的工廠使用感測器和工業(yè)控制器從自動化機器設備中收集資料，這些資料通過專有網(wǎng)路傳送到能以軟體進行分析的中央伺服器，並向管理人員提供報告以利於進一步分析。

當前最先進的工廠採用高度分散計算的網(wǎng)路，該網(wǎng)路在控制器甚至感測器裝置上具有邊緣計算功能，網(wǎng)路中嵌入專門的電腦，可以協(xié)助運行複雜軟體，包括人工智慧應用程式，以進行第一級資料處理。這些邊緣設備將監(jiān)測和控制過程轉換為智慧子系統(tǒng)的集合，這些子系統(tǒng)以資訊的形式傳遞其消化的資料，進而增加了數(shù)位智慧的能力。

由於分散計算式網(wǎng)路架構和遠端處理系統(tǒng)是安裝在無法輕鬆擴建以增大空間的建築物內(nèi)，網(wǎng)路通道以及內(nèi)外部的所有控制和監(jiān)控設備必須盡可能小巧，以便在不佔用更多空間的情況下提供所需等級的功能和效能。

構建強大的通訊網(wǎng)路

在現(xiàn)代工廠中，我們需要跨區(qū)域收集並傳輸資料，然後對其進行集中處理。除此之外，工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)（Industrial Internet of Things；IIoT）應用還需要使用不間斷運行的可靠電源；要實現(xiàn)工廠設備的完全連接和整合，第一個基本步驟是構築網(wǎng)路和通訊性能，其中涉及到實現(xiàn)有效和高效的電力輸送。

物聯(lián)網(wǎng)是工業(yè)乙太網(wǎng)的骨幹，可以使用Cat5e/Cat6電纜和標準網(wǎng)路硬體來建置，傳輸速率最高可達1 Gbps。但是，工業(yè)乙太網(wǎng)也有局限性，例如最大覆蓋半徑為100公尺。工業(yè)乙太網(wǎng)通常使用M8或M12連接器，對於某些應用（例如感測器連接）來說，這些連接器的尺寸似乎太大。我們可以在網(wǎng)路中設置中繼器，或者可以使用光纖介質(zhì)進行傳輸，但這些方法更昂貴，更難以維護和維修。當前版本的電纜可以為每個連接埠提供15.4或30瓦特的乙太網(wǎng)供電（PoE）。

在工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)應用來說，單對乙太網(wǎng)（Single Pair Ethernet；SPE）技術是相對較新的選擇，也是更上乘的解決方案。與使用2對或4對電纜不同，單對乙太網(wǎng)使用單根雙絞線就可以完成所有工作，傳輸速率可達到1 Gbps，並提供最高達50瓦特的資料線供電（Power over Datalines；PoDL）。根據(jù)IEEE802.3ch標準，單對乙太網(wǎng)的傳輸速率有可能達到10 Gbps。

線數(shù)減少可使插座的連接器和電子元件小型化，因此SPE埠更易於擠進狹窄的空間；而且SPE與現(xiàn)有的乙太網(wǎng)基礎設施相容，單個連接器可同時連接電源和訊號電路，實現(xiàn)設計精簡化，降低尺寸和成本。

圖2 : 要實現(xiàn)工廠設備的完全連接和整合，構築網(wǎng)路和通訊性能是第一個基本步驟。

添加更多連接埠

下一步是監(jiān)控工廠現(xiàn)場的運轉情況。產(chǎn)品的尺寸和形狀是否合適？設備生產(chǎn)是否發(fā)生延遲？也許工廠除了收集資料之外還想控制自動化過程或機器人。

有了合適的通訊網(wǎng)路，就可以為現(xiàn)有工廠提升重要的性能。相容乙太網(wǎng)的設備可以與SPE配合使用，因此現(xiàn)有設備可以連接到網(wǎng)路。

使用這種方法，可以相對容易地添加感測器和設備來升級性能，例如其中一個帶有可以記錄振動的感測器，內(nèi)含感測器的箱體可以貼裝在機器設備上以測量設備的振動幅度。如果振動幅度開始增加，則預示著馬達負載處於不平衡狀態(tài)、零件鬆動或一系列其他故障。或者是可以添加一個小型視頻感測器來測量紅外線訊號，以確定通過傳送帶上的農(nóng)產(chǎn)品是否有隱藏的瘀傷。感測器可以向設備發(fā)出訊號，將損壞的農(nóng)產(chǎn)品轉移到他處進行個別處理。

應對訊號傳輸方面的挑戰(zhàn)的另一個方案是5G通訊，5G通訊特別吸引人的地方，在於它使用幾乎免佈線的方式處理高資料速率。5G技術需要在工廠中各處的單個設備上安裝天線陣列，以捕獲短程傳輸訊號。

深諳微小型化技術

Molex莫仕在生產(chǎn)電氣裝配組件、零組件、連接器和電纜方面擁有悠久的歷史和專業(yè)技能，該公司也是SPE技術的早期參與者。Molex莫仕可以通過提供小型化連接器、佈線、感測器或其他技術來幫助企業(yè)擴大能力，並且提升智慧化水準，進而打造更智慧敏捷的工廠。最終，工廠不必因現(xiàn)代技術的不斷變化而擴大面積。事實上，如果採用正確的方法，工廠面積甚至可以縮小。

（本文作者Gus Panella為Molex莫仕數(shù)據(jù)專業(yè)解決方案互連技術總監(jiān)）