作者：Gus Panella
数据专业解决方案互联技术总监
工厂的景象让人联想到一个大空间、大型机器和许多人在努力工作，保持产品在生产线上滚滚向前。
现代制造业带来了通常无法通过扩大物理空间来解决的挑战。绝大多数制造商都负担不起拆除工厂后再重建来融合最新的理念和能力。
工厂实现现代化需要空间
现代制造业利用工业 4.0 意味着更多的数据、更快的分析、物联网 (IoT) 以及机器学习和计算机视觉等先进的嵌入式技术。这些技术通过让制造工艺所有组成部分“智能”，共同转变了产品、零部件和组件的生产过程。
另一个额外挑战是让制造更加高效、有效、灵活和响应更快，做以前从未做过的事情，同时支持所需的工作流。
以前的制造设施在设计时要有生产力、弹性和经得起时间考验。在传统 IT 技术方面，监控和数据采集 (SCADA) 网络和物理连接的工业控制器很常见。相比工业 4.0，这些技术的带宽有限，可能无法充分利用最新的技术进步。
小型化在融合新功能方面发挥着重要作用。通过物理方式使这些技术小型化，它们可以更容易地适应现有工厂的占地面积，同时带来显著的技术进步。
优化网络架构规模
毫无疑问，需要超越旧技术才能实现新功能。但首先必须迈出概念性一步：小型化无处不在，这是因为工厂的根本性转变需要一种新的、创新的网络架构方法。
前不久，一家先进的工厂利用传感器和工业控制器从自动化机器和设备收集了数据。这些数据通过专有网络输送，专有网络然后将信息带到运行该软件的中央服务器进行分析，并向管理人员提供报告用于分析。
目前最先进的工厂具有高度分散的网络，在控制器甚至传感器一级采用边缘计算。嵌入式电路是一种专用的计算机系统，可以包括人工智能应用程序在内的复杂软件，以执行第一级的数据处理。这些边缘设备将监控和控制过程转换为智能子系统的集合，以信息的形式传递消化后的数据。结果是数字智能的吞吐量更高。
分散式网络架构和远程处理系统位于无法轻易扩展以提供额外空间的建筑中。网络通道以及内部和外部的所有控制和监测设备需要尽可能小，才能按所需的功能和功能水平运行。
建立鲁棒的通信网络
现代工厂需要能够将数据从一个地方输送到另一个地方，收集数据，然后集中处理数据。除此之外，还需要工业物联网 (IIoT) 应用程序来访问可靠且不间断运行的可用电源。设施实现完全连接和集成的第一个基本步骤是建立联网和通信功能，包括有效和高效的电力输送。
IOT 是工业以太网的承柱，可以使用 Cat5e/Cat6 电缆和标准网络硬件实现高达 1 Gbps 的传输速率。不过，这也有局限性，例如最大覆盖空间上限为 100 米。工业以太网通常采用 M8 或 M12 连接器，这些连接器比较大，适合连接至传感器等部分应用场合。还有中继器，或者可以通过光纤介质实现运行，但这些方案更昂贵，维护和维修更难。目前的电缆版本支持每个端口 15.4 或 30 瓦的以太网供电 (PoE)，使用 4 对千兆以太网电缆。
单对以太网 (SPE) 是工业物联网 (IIoT) 应用的一个相对较新选择，是一个出色的解决方案。双绞线没有使用 2 对或 4 对电缆，但支持 1 Gbps 传输速率，提供高达 50 瓦的数据线供电 (PoDL)。根据 IEEE 802.3ch 标准，高达 10 Gbps 的传输速率应该是可能的。
导线数量减少实现了与插座相关的连接器和电子元件的小型化，并对尺寸进行优化，从而更容易将 SPE 端口装入狭小空间。此外，SPE 兼容现有以太网架构，单个连接器既能供电也能提供信号，同时简化了设计，减小了尺寸，降低了管理成本。
添加端点
下一步是监控工厂车间发生的事情。产品尺寸和大小是否合适？ 机器产出是否出现延误？ 也许，除了收集数据以外，工厂还想控制自动化或机器人。
有了合适的通信网络，就有可能为现有工厂增加重要功能。以太网兼容的设备可以与 SPE 一起运行，这样现有设备就可以连接到网络。
通过这种方法，增添传感器和设备以提高能力就变得相对简单。例如，众多盒子中有一个带有可记录振动的传感器，那么可以将这个盒子在机器上来测量振动水平。如果振动测量值开始增加，表明可能电机负载不平衡、零件松动或表示可能存在一系列其他故障的其他状况。或者，可以添加一个小型视频传感器来测量红外光，以确定传送带上经过的农产品是否出现隐性擦伤。然后，它可以向某个设备发出信号，转移损坏的物品进行单独处理。
信号收发挑战的另一个解决方案是 5G 通信，这也带来了一个特别有吸引力的特点，即几乎不用布线即可处理较高的数据传输率。5G 技术要求在整个工厂的各个设备安装天线阵列，以捕捉短距离传输。
Molex 莫仕了解小型化
Molex 莫仕在制造小到足以满足所有要求的组件、零件、连接器和电缆方面有着悠久的专业知识和能力，拥有满足众多行业需求的广泛产品线。作为早期参与 SPE 技术的企业，Molex 莫仕拥有一支由经验丰富的工程师组成的庞大团队，他们可以通过添加小型连接器、布线、传感器或其他技术来帮助扩展能力和智能技术，从而让工厂更智能、更敏捷。底线呢？ 您的工厂不必随着现代技术不断变化的要求而变大。事实上，只要采用正确的方法，工厂甚至可以变得更小。