52、基于5G的智能制造参考网络与定位架构

基于5G的智能制造参考网络与定位架构

1 引言

工业4.0或工业物联网（IIoT）将把物理世界和现实世界融合为互联的网络物理生产系统（CPPSs），这将实现前所未有的生产效率和自动化程度，以及高度灵活和可重构的“智能”制造，包括质量管理。为了在全球市场保持竞争力，企业必须具备灵活性，能够轻松改变生产方式。

特别是中小企业（SMEs）为大型企业提供定制化零部件作为中间产品，它们采用高混合、低产量（HMLV）的小批量生产方式。在这种情况下，它们必须高效地重新配置设备并优化设置时间，因为德国电子和金属加工行业的生产工厂目前平均每次生产会损失约1.8小时的制造时间。此外，精确的货物实时定位预计将显著优化厂内物流成本。第五代移动通信（5G）将在其中发挥关键作用。

然而，引入5G，包括在专用频谱内的企业内部专用网络，面临着诸多障碍和挑战，其中一个常见问题是如何将5G网络安全地集成到现有的制造环境中。

2 功能系统需求总结

当工厂经理考虑引入新系统时，他们会权衡经济利益与资金投入（投资回报率），同时评估技术要求的满足程度。在大多数情况下，不存在单一的“杀手级”用例能够使投资立即得到回报。此外，从传统解决方案向新技术的平稳过渡是必要的，这需要系统间具备互操作性。以下是相关的需求总结：
1. 互操作性与网络/定位融合（Req - A） ：新系统应支持使用通用且可互操作的基础设施的用例，理想情况下可在全球范围内部署。中小企业通常不愿为生产场所的全面覆盖5G网络投入大量成本。灵活的小小区可以仅在需要连接的地方使用，多个小小区应作为联合系统运行，实现无中断切换。系统应能透明地集成新设备，无需进行调整以实现增量式改