5G和TSN：合力满足实时需求
自动化、AI驱动的分析、自动导引车、增强现实。随着工业环境的流程中构建了更多此类技术以实时自我监控和改进生产，其复杂性也在增加。
复杂性增加，风险往往也随之而来。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。请考虑这三个示例。
1. 自动化流程和工作流
协作机器人（cobot）和其他类型的工业机器人（如Cartesian或Delta机器人），需要在现场生产过程中进行精确控制。通过智能运动控制等技术，传感器和执行器用于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可实现这些操作所需的数据处理。这对于协作机器人尤其重要，因为它们伴随人类一起工作，而不受障碍物、防护物或围栏阻隔。在此过程中进行实时通信对于确保机器人安全快速地执行其应用所需的特定功能至关重要。
与云的低延迟、安全连接使机器人能够实时收集、分析和响应有关其环境中正在发生的事情的信息，以及接收指令并保持态势感知。
通信的短暂中断可能导致生产问题或安全事故。
2. 防患于未然
机器运行时间对于保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，可以减少与不必要的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运行情况以及对未来状态的预测来确定必要的维护内容和维护时间。
在操作过程中检测到异常时，可以向机器操作人员或工厂经理发送实时提醒，警示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。
没有这些实时功能，就不可能进行预测性维护。相反，反应性维护（在问题发生后做出响应）将是唯一的选择。如果遵循这种维护方法，则问题直到开始影响运营才会得到解决。
3. 第一次就得以构建合适的产品
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，可以在每个阶段跟踪产品质量，以确保一致性、高质量和合规性。它可以快速识别生产错误和违规行为，以便立即纠正，从而减少浪费和返工。
如果不能实时跟踪和纠正流程，工人可能在数小时或更长时间内都无法意识到存在生产问题。有时，直到客户收到劣质产品才会被发现。
5G和TSN集成支持工业4.0
为了实现这种级别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）的集成。
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。作为以太网的演进产物，TSN使以太网具有确定性。它还允许不同类型的流量共享同一网络。
顾名思义，“时间”概念关乎TSN的一切。它通过计时、时间同步以及数据流量控制和优先排序协议，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3 GPP定义的蜂窝技术，可提供明显更高的带宽，几乎无延迟的连接和更强的安全机制。
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的实时能力引入工业通信的无线网络中。TSN支持有线连接，而5G支持移动和云连接。
结合5G和TSN可能是关键一步，有望建立更完全连接和高效的工业环境并支持控制器到控制器、控制器到设备和设备到计算通信。
立即实现超过5G的TSN
5G具有在工业自动化应用中与TSN合作所需的功能，而且3GPP在将5G系统与TSN集成方面取得了重大进展。例如，第16版引入了5G驱动功能。但是，在实现这一目标方面，5G目前仍然落后。与此同时，制造环境中的误差幅度却仍在不断缩小。
因此，Belden正在开发新的架构，以帮助工业环境朝着这一技术集成迈出第一步。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年开始就职于Belden，从测试自动化工程师逐步晋升为我们CTO办公室的技术架构师。他还是埃斯林根大学的教师和研究员，在那里他向学生教授IT和网络安全以及工业网络，同时研究工业4.0、无线通信以及工业通信与安全等领域。