5G 和 TSN：携手满足实时需求
自动化。人工智能驱动的分析。自动导引车。增强现实。随着工业环境在其流程中融入更多类似的技术以进行自我监控并实时改进生产，其复杂性也日益增加。
复杂性越高，风险就越大。仅仅几秒钟的停机时间就可能对生产力、安全性和收入造成损害。考虑以下三个例子。
1.自动化流程和工作流程
协作机器人（cobots）和其他类型的 工业机器人诸如笛卡尔机器人或 Delta 机器人等机器人在现场生产过程中需要精确控制。通过智能运动控制等技术，利用传感器和执行器来管理机器人的确定性运动。
与传感器、其他机器人和设备以及网络的互连使得这些操作所需的数据处理成为可能。这对于协作机器人来说尤其重要，因为它们的设计目的是在没有障碍、警卫或围栏的情况下与人类一起工作。在此过程中的实时通信至关重要，以确保机器人安全、快速地执行其应用所需的特定功能。
与云端的低延迟、安全连接使机器人能够实时收集、分析和响应其环境中发生的事情的信息，以及接收指令和保持态势感知。
通信的短暂中断可能导致生产问题或安全事故。
2.预防设备故障
机器运行时间对于维持生产力和收入至关重要。持续收集和分析实时机器数据点，如内部温度、噪音水平和振动、旋转部件的转速等，可减少与不必要维护相关的时间和成本，同时确保机器不会出现故障。
实时数据收集和云连接有助于根据设备状况和操作以及对未来状态的预测确定需要进行哪些维护以及何时进行维护。
当在运行过程中检测到异常时，可以向机器操作员或工厂经理发送实时警报，以警告需要调查和补救的潜在问题。这使工人能够最大限度地提高设备性能、可用性和生产力。
如果没有这些实时功能， 预测性维护 这是不可能的。相反，被动维护（问题发生后才做出反应）是唯一的选择。按照这种维护方法，问题只有在影响到操作时才会得到解决。
3.第一次就打造出正确的产品
美国质量协会表示，制造商平均将其收入的 15% 至 20% 用于质量相关成本。
通过传感器和其他设备对制造过程进行实时监控，可以跟踪每个阶段的产品质量，以确保一致性、高质量和法规遵从性。它能够快速识别生产错误和违规行为，以便立即纠正，减少浪费和返工。
如果没有实时跟踪和纠正流程的能力，工人可能要花几个小时甚至更长时间才能意识到存在生产问题。有时，直到客户收到劣质产品时才会发现。
5G 与 TSN 集成支持工业 4.0
为了实现这种程度的数字化转型和工业自动化，以及提高效率的实时应用，越来越多的制造环境正在探索 5G 和 TSN（时间敏感网络）。
什么是TSN？
TSN 是 IEEE 802.1 和 IEEE 802.3 中定义的一组标准，用于引入服务质量、可靠性和配置机制。TSN 作为以太网的演进，使以太网具有确定性。它还允许不同类型的流量共享同一个网络。
从名字就可以看出，“时间”的概念就是 TSN 的全部内容。它通过计时、时间同步和数据流量控制和优先级协议确保关键任务信息在特定时间内从一个点移动到另一个点。
什么是 5G？
5G 是由 3GPP 定义的蜂窝技术，它提供更高的带宽、几乎无延迟的连接和改进的安全机制。
它可以支持移动自动化和快速漫游无线，以确保在自动化环境中以极低的延迟和高可靠性进行连接。
二者结合
5G 可以将 TSN 的实时功能带入工业通信的无线网络。TSN 支持有线连接，而 5G 支持移动和云连接。
将 5G 与 TSN 结合在一起可能是建立更加全面互联、高效的工业环境以及支持控制器到控制器、控制器到设备以及设备到计算通信的关键一步。
让 5G 上的 TSN 成为可能
5G 具备在工业自动化应用中与 TSN 协同工作所需的能力，并且 3GPP 在将 5G 系统与 TSN 集成方面取得了重大进展。例如，版本 16 引入了 5G 推动因素。但就实现这一目标而言，5G 目前仍处于落后状态。与此同时，制造环境中的容错率不断缩小。
这就是为什么 Belden 正在开发新的架构来帮助工业环境迈出这一技术集成的第一步。我们可以帮助您节省时间和资源，同时确保一致性和可靠性。
这些解决方案将通过集成 5G 和 TSN 实现无缝的有线和无线集成，帮助制造工厂构建未来。
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关于作者
Lukas Bechtel 自 2012 年起就职于 Belden，从测试自动化工程师晋升为 CTO 办公室的技术架构师。 他还是埃斯林根大学的教员和研究员，在那里他为学生讲授 IT 和网络安全以及工业网络，同时研究工业 4.0、无线通信和工业通信与安全等领域。