大数据不见得意味着空间更大的工厂

作者：Gus Panella, Director of Interconnect Technology, Data Specialty Solutions, Molex

一提到工厂，让人联想到广阔的空间，大型设备和许多在努力工作以保持产品在生产线上运转的工人。

现代制造业带来的挑战往往无法通过扩大物理空间的方法来应对。绝大多数制造商虽然希望实现最新理念并获得最新能力，但却无力为此而拆除和重建现有工厂。

工厂需要现代化空间

现代制造意味着更多的数据、更快的分析、物联网（IoT）以及机器学习和电脑视觉等先进的嵌入式技术。这些技术共同改变了产品、零件、组件的制造过程，使制造过程的所有部分都变得“智能”。

我们因此面对着额外的挑战，我们要设法提高制造效率、有效性、灵活性和响应能力，做一些以前不可能实现的事情，同时为所需工作流程提供支持。

以前设计制造设施时所考虑的是：如何提高设施的生产能力、韧性和长久适用性。在传统IT技术方面，非常传统的设备是监控和数据采集（SCADA）网络以及物理连接的工业控制器。但与工业4.0相比，这些技术设备的带宽有限，无法利用最新科技进步带来的好处。

小型化设备在整合新功能方面发挥着重要作用。凭借小型化技术设备，我们能够更轻松跨越现有工厂空间的限制，实现重大的技术进步。

优化网络架构

很显然，要想实现新功能，我们就需要超越现有技术。但首先我们必须树立微小型化无处不在这一概念并采取相应行动，因为工厂思维模式的转变需要一种创新型的网络架构方法。

不久前，一家先进的工厂使用传感器和工业控制器从自动化机器设备中收集数据。这些数据通过专有网络传送到带有分析软件的中央服务器，并向管理人员提供报告以便进一步分析。

当前最先进的工厂采用高度分散计算的网络，该网络在控制器甚至传感器级别具有边缘计算功能。网络中嵌入专门的计算机，上面可以运行复杂软件，包括人工智能应用程序，以进行第一级数据处理。这些边缘设备将监测和控制过程转换为智能子系统的集合，这些子系统以信息的形式传递其消化的数据，进而增加了数字智能的能力。

鉴于分散计算式网络架构和远程处理系统安装在无法轻松扩建以增大空间的建筑物内，网络通道以及内外部的所有控制和监控设备必须尽可能小巧，以便在不占用更多空间的情况下提供所需等级的功能和性能。

构建强大的通信网络

在现代工厂中，我们需要跨区域收集并传输数据，然后对其进行集中处理。除此之外，工业物联网（IIoT）应用还需要使用不间断运行的可靠电源。要实现工厂设备的完全连接和集成，第一个基本步骤是构筑网络和通信能力，其中涉及到实现有效和高效的电力输送。

物联网是工业以太网的骨干，可以使用Cat5e/Cat6电缆和标准网络硬件来构建，传输速率高达1 Gbps。但是，工业以太网也有局限性，例如最大覆盖半径仅为100米。工业以太网通常使用M8或M12连接器，对于某些应用场合（例如传感器连接）来说，这些连接器的尺寸似乎太大。我们可以在网络中设置中继器，或者可以使用光纤介质进行传输，但这些方法更昂贵，更难维护和维修。当前版本的电缆可以为每个端口提供15.4或30瓦的以太网供电（PoE），有4对电缆用于千兆以太网。

对于工业物联网（IIoT）场合来说，采用单对以太网（SPE）技术是一种相对较新的选择，是一种优越的解决方案。与使用2对或4对电缆不同，单对以太网使用单根双绞线就可以完成所有工作，传输速率可达到1 Gbps，并提供高达50瓦的数据线供电（PoDL）。根据IEEE802.3ch标准，单对以太网的传输速率有可能达到10 Gbps。

导线数量因此减少且插座尺寸被优化，业界因此缩小了与插座相关的连接器和电子设备，该小型化努力使SPE端口更容易挤进狭窄的空间。此外，SPE与现有的以太网基础设施兼容，单个连接器同时连接电源和信号电路，设计被简化，器件尺寸缩小，成本降低。

添加更多端口

下一步是监控工厂车间的运转情况。产品的尺寸和形状是否合适？设备生产是否有延迟？也许工厂除了收集数据之外还想控制自动化过程或机器人。

有了合适的通信网络，就可以为现有工厂增添重要的能力。以太网兼容设备可以与SPE配合使用，因此现有设备可以连接到网络。

使用这种方法，可以相对容易地添加传感器和设备以增加能力。例如，其中一个带有可以记录振动的传感器，传感器的盒体可贴在机器设备上以测量设备的振动幅度。如果振动幅度开始增加，则预示着电机负载处于不平衡状态、零件松动或一系列其它故障。我们或可以添加一个小型视频传感器来测量红外光信号，以确定通过传送带上的农产品是否有隐藏的瘀伤。传感器可以向设备发出信号，将损坏的农产品转移到他处进行单独处理。

应对信号传输方面的挑战的另一个方案是5G通信，5G通信特别吸引人的地方在于它使用几乎免布线的方式处理高数据速率。5G技术需要在工厂中各处的单个设备上安装天线阵列，以捕获短程传输信号。

Molex莫仕深谙微小型化技术

Molex莫仕在生产电气装配件、零部件、连接器和电缆方面拥有悠久的历史和专业技能，出品各种满足众多行业需要的产品，其中包括许多微小型产品。该公司也是SPE技术的早期参与者。Molex莫仕拥有一支由经验丰富的工程师组成的庞大团队，可以通过提供小型化连接器、布线、传感器或其它技术来帮助业界扩大能力并提升智能化水平，进而打造更智能敏捷的工厂。最终，您的工厂不必因现代技术的不断变化而扩大面积。事实上，如果您采用正确的方法，工厂面积甚至可能会缩小。