制造业常被视为高度自动化的领域，这种看法是有道理的。无论是生产饼干、电脑还是敞篷车，机器人在流程自动化中发挥着重要作用。然而，在竞争激烈的市场环境中，制造商必须在降低成本的同时提升生产能力和定制化水平。正如奥运会摔跤冠军Cael Sanderson所言：“不持续努力、发展与创新，最终将面临失败。”
因此，许多企业迫切需要引入工业4.0技术，以便部署众多物联网设备并提升IT能力，这包括人工智能(AI)、视频分析、增强现实和虚拟现实(AR/VR)、以及机器人流程自动化(RPA)等先进技术。这一切实际上是IT与OT的融合。
物联网设备是工业4.0的基石。
要实现工业4.0，采用物联网传感器、仪表和高清摄像头至关重要。这些设备可在其部署的任何地点收集信息，缺少它们，工业设施将无法正常运作。随着越来越多的设备联网，实时传输和协调大量数据成为一项重大挑战。因此，企业需要强大的解决方案来以可扩展且可靠的方式处理物联网设备中的工作负载。大多数制造商通常采用为智能工厂设计的物理以太网布线和互连系统，这些系统支持高达1Gbps和10Gbps的数据传输速度。尤其是在传输高清视频或实时运行机器和控制系统时，更高的容量显得尤为重要。
在高频段5G推出之前，通信电缆一直是连接设备和工厂系统的最快、最可靠的方法。5G将提供与以太网相媲美的通信能力，无需铺设电缆，并有望实现高达20Gbps的下载速率以及10Gbps的上传速率。5G还将有效消除网络延迟问题，理论上可将延迟缩减到一毫秒，使得所有机器和机器人能够实时同步。据5G网络规范，每平方公里最多可支持100万台设备，这一庞大数字可满足工业4.0中机器对机器通信的需求。因此，5G将提供更高的容量、速度和接近零的延迟，同时不受硬件通信线路限制。尽管高频段5G目前仍在试验阶段，但它无疑是未来的首选通信技术。
数据处理需在源头附近进行。
大量物联网设备将越来越依赖5G技术将时间敏感的流程连接到IT基础设施，但IT系统的定位至关重要。尽管物联网设备定义上是连接到互联网的，但在工业4.0中，与数百或数千公里外的超大规模云数据中心进行通信是否合适呢？对于某些技术而言，这可能是合理的，但对于其他技术则不然。工业4.0是一个复杂的领域，涉及采用多种技术共同构建系统。该系统需要将数据中心架构与内部(边缘)和外部(中央或核心)部署结合。虽然5G将带来超快速、无延迟的无线连接，但仅限于本地制造环境。用户到集中式云数据中心的传输路径涉及距离和网络“跳跃”，可能导致显著的延迟。为了实现真正的无延迟流程，工厂需要在现场进行边缘计算，这样可以在数据源附近而非集中式数据中心处理数据。
实时控制视频分析、增强现实和自主机器人技术是推动计算能力向本地边缘转移的主要技术。本地边缘将成为端点与核心IT基础设施之间的重要环节。为了实现最佳效果，边缘数据中心需紧密部署或嵌入制造环境。例如，高带宽视频将推动质量控制应用的提升。采用高清摄像头的实时视频分析每小时可产生约300GB的数据，这些数据需实时处理，而许多系统使用多个摄像头，其数据量庞大。理想情况下，用户应建立一个专用微型数据中心，以保护服务器免受灰尘、水分、热量及电源干扰。
机器之间通过5G实现信息交互。
5G还将使机器能够相互交流和共享信息，从而为基于实时数据的更高级可视化和模拟奠定基础。来自数字世界的决策和行为将转化为物理世界的动作。例如，制造机器可根据原材料可用性、机器人的性能和能源成本分析生产效率，然后决定何时及如何制造。
对于非时间关键型技术，如设备磨损或数字孪生模型的数据分析，可以通过集中式云平台有效处理。
施耐德电气与电信运营商Orange在法国Le Vaudreuil工厂进行5G工业试验，旨在促进信息技术(IT)与运营技术(OT)的融合，实现全面的协同创新。这一支持5G的室内试验将涵盖两个用例：用于维修技术人员的增强现实技术和用于远程访问的远程呈现机器人。此外，还将开发更多试验，以测试潜力巨大的新技术。由于5G是软件定义的应用程序，一些软件更新将可能带来更大的潜力。
总之，工业4.0是将信息技术(IT)与运营技术(OT)融合的数字化转型关键步骤。工业流程的自动化将高度依赖高容量、高速、低延迟且可靠的5G和边缘计算，以安全有效地实现工业4.0技术。
