如今，通信厂商争先开发5G技术，人们对下一代移动网络技术在工业领域的应用越来越感兴趣。电信运营商和工业运营技术(OT)参与者一直在研究5G承诺和技术能够给未来的制造业、供应链和工厂带来的使用案例和潜在价值。5G对智能工厂意味着什么?以及5G作为一个网络物理系统的运作和发展方式是什么?
5G有望成为智能工厂的关键推动者。智能工厂是什么?简单地说，这是一个数字化改造工厂或仓库的理想概念。它是一个由虚拟化和连接的资产、人员和流程组成的网络物理生态系统，构成了第四次工业革命(即工业4.0)的制造平台。
5G技术将为智能工厂带来突破性的连接和通信功能，有望通过熟悉的ITU 5G用例实现新的无线应用：
•超可靠的低延迟通信(URLLC)
•增强型移动宽带(eMBB)
•大规模机器类型通信(mMTC)
采用5G技术的一大期望是它将为智能工厂的车间带来新的灵活性，允许越来越多的移动自动机器人和车辆在制造环境中与工作人员安全地操作。5G还有望轻松重新部署设备和工具，实现生产线的快速和动态重新配置，同时保持企业资产和工作人员的工业级无线连接。最终的预期结果是当今的静态生产模型向高度动态和软件定义的生产模型的转变。
5G：不仅仅是下一代移动网络
虽然ITU 5G用例承诺为智能工厂提供新应用的变革可能性，但5G远不止这些。它也不仅仅是移动通信技术的一个步骤，而是无线通信的一个重大改变，它正变得越来越软件化，从无线电到核心网络一直到云端都是高度融合的。
移动网络基础设施的虚拟化为网络功能如何组合成软件定义的适合工作负载的服务开辟了新的可能性。3GPP 5G标准的第15版为核心网络引入了独立(SA)5G-NR(5G-New Radio)，从而实现了变革性的5G功能(端到端网络切片)成为可能。从无线电到核心网络的整个移动网络基础设施能够以新的方式动态配置和部署，以提供专用网络服务，以满足公共网络上的各种服务级别要求。
5G还通过多接入边缘计算(MEC)推动移动网络与计算和存储的高度融合，支持动态分配和实例化计算工作负载，例如跨无线网络边缘和端点设备上的人工智能和数字内容呈现，例如增强现实(AR)眼镜或物联网网关。智能工厂的数字基础设施可以采用新的分布式计算架构和部署，这些架构和部署可以智能地适应快速变化的生产需求。例如，机器学习(ML)推理现在可以部署在网络边缘或终端设备在技术和经济方面颇具意义的地方。
5G：软件定义智能工厂的关键使能器和网络物理基础设施
5G的到来正是帮助智能工厂实现新的移动无线可能性的颇佳时机，这将推动下一级别的运营适应性和灵活性。虽然人们在运营商托管的公共移动网络环境中熟悉5G，但3GPP 5G标准的第16版将包括使用许可、未许可和共享频谱的专用网络支持。为什么这会成为一个大问题?它将使制造商能够利用5G技术，通过运营商级通信基础设施、技术和服务来增强其私营或托管的工业网络。
虽然运营商级网络为智能工厂提供了高可靠性(99.999%的可用性)作为基线，但5G-NR协同多点(CoMP)的应用可以实现6个9(99.9999%可用性)的超低延迟无线连接(例如毫秒)的组合可用性，通过空间上不同的更小单元部署，实现工厂车间运营的可靠性。随着3GPP 5G标准第16版引入时间敏感网络(TSN)支持，智能工厂的5G网络将提供性能、可靠性和确定性的网络通信，与用于连接设备的有线工业以太网相同。无线行业已经采取了重大措施，以实现这一目标，今年汉诺威展会上的5G演示就是一个例证。
如今，工厂是一个异构复杂的环境，存在着严重的技术互操作性问题，这些问题阻碍了操作的灵活性、敏捷性和可扩展性。5G提供基于标准的技术和数字能力，使5G网络基础设施非常适合作为智能工厂发展的可扩展连接服务总线。5G将支持广泛的互操作功能，如WiFi共存、支持以太网的有线和无线融合，以及多址会话连续性。5G还将支持各种物联网通信和接入协议，如用于低功耗智能工厂应用的NB-IoT和LTE-M。
随着智能工厂的无线和移动化，随着工厂车间和流程中的更多事物变得软件定义并通过无线连接，网络安全成为一个越来越受关注的问题。5G带来了强大的现有和新兴安全和信任技术组合，可以加强和保护连接的智能工厂环境。诸如eSIM(嵌入式用户识别模块)和SIM之类的运营商技术可以在蜂窝网络上实现更广泛的工业物联网设备的可信配置、管理和监控。此外，基于区块链技术的双重信任框架正在兴起，它将为5G智能工厂网络上的设备提供更高的安全性，并可信任地访问设备上的数字资产，如数据和应用程序。
对业务和技术领导者的影响
业务和技术领导者需要认识到，智能工厂和智能仓库是需要运营商级数字基础设施的网络物理系统，该数字基础设施具有可靠性、可互操作性、可扩展性、弹性和软件可升级性，以实现智能工厂的动态愿景，可重新配置的车间和生产线只能通过无线连接。工业生产制造商有机会驾驭5G浪潮，这将给工厂和仓库带来持续的通信行业创新浪潮。
