Умные фабрики и применение беспроводных технологий для их построения: определения, стандарты и реализация

Само определние указывет, что умное производство имеет ряд весьма уникальных возможностей, связанных с работой различных интеллектуальных механизмов управления, контроля и мониторинга. Умная фабрика, или смарт-фабрика, — это сложная связанная сеть исполнительных механизмов, автономных машин, систем связи и вычислительных мощностей, использующая такие современные технологии, как искусственный интеллект (ИИ) и машинное обучение, для анализа данных, управления автоматизированными процессами и самообучения. Смарт-фабрики и умное производство — это часть технологической трансформации, которую называют “Индустрией 4.0”, или четвертой промышленной революцией. Каждая из предыдущих трех промышленных революций произошла в результате появления инновационной технологии, полностью изменившей наш подход к работе и производству: паровой двигатель, конвейерная линия, информационные технологии.

Четвертая революция вызвана цифровой трансформацией и интеллектуальной автоматизацией.

Умные производства для быстро меняющегося мира

В последние несколько лет руководители компаний все лучше понимают, что цифровая трансформация цепочек поставок и производственных операций является приоритетной задачей, так как это единственный способ сохранить конкурентоспособность и устойчивость в 2020-х годах. Пандемия обнажила слабые стороны глобальной цепочки поставок и отраслевые проблемы. Статья в журнале Forbes повторно признала этот факт: «COVID-19 показал всему миру то, что давно известно промышленным предприятиям. Традиционные цепочки поставок и производственные экосистемы не работают; нам необходимо перейти на более адаптируемые, гибкие решения на базе цифровых технологий».

Ожидания потребителей активно продвигают вперед развитие технологий умных производств и фабрик будущего. Все слышали об эффекте Amazon: покупатели ожидают доставки уже на следующий день после заказа, и этот запрос только растет. По данным 2019 года, опубликованным в журнале Entrepreneur, «к счастью или к сожалению, но экономика США и мировая экономика сейчас столкнулись с эффектом Amazon. […] Сфера электронной коммерции находится под постоянно растущим давлением со стороны потребителей, которые требуют, чтобы скорость доставки соответствовала скорости и эффективности доставки Amazon, и кажется, что это новая норма». Описанная тенденция стала одним из основных факторов, увеличивших спрос на технологии умных производств, поскольку устаревшие системы не могут поддерживать логистические и складские мощности, необходимые для удовлетворения этого запроса.

Производители и руководители цепочек поставок стремятся свести к минимуму зависимость от зарубежных партнеров и неизбежно сталкиваются с дополнительными рисками и сбоями в работе. Решения для смарт-фабрики, такие как производство по запросу и виртуальные запасы, помогают компаниям избежать зависимости от иностранных поставщиков и производителей. Однако, как отмечено в статье Harvard Business Review 2020 года, вернуть производство в США — это очень сложная задача. «Производители обратились к узким специалистам и субподрядчикам в одной области — но даже им приходится полагаться на многих других. Мировая потребность в определенных природных ресурсах, таких как железная руда или литий, сейчас полностью удовлетворяется за счет конкретных регионов — и на рынке труда ситуация аналогичная». Развитие отечественного производства, безусловно, снизит затраты и риски, связанные с цепочкой поставок, но оно не всегда способно устранить потребность в зарубежных партнерах или сократить общее количество звеньев в цепочке. Поэтому технологии цифровой фабрики, способные оптимизировать эффективность и прозрачность, важны как никогда.

Как работает смарт-фабрика?

Мы часто говорим об автоматизированных процессах так, как будто они появились только вместе с умными производствами, однако автоматизация и робототехника используются на заводах и фабриках на протяжении десятилетий. Многие традиционные заводы давно используют в своих операциях автоматизированную технику, например сканеры штрихкодов, камеры и цифровое производственное оборудование. Однако эти устройства не связаны между собой. Люди, активы и системы управления данными на многих традиционных производственных площадках изолированы друг от друга, из-за чего необходимо постоянно координировать и интегрировать их работу вручную.

Умные цифровые производства, или, как их еще называют, смарт-фабрики, функционируют за счет интеграции машин, людей и больших данных в рамках единой цифровой экосистемы. Смарт-фабрика не только курирует и анализирует данные, но и накапливает опыт и обучается. Она способна интерпретировать наборы данных, извлекать из них ценные сведения, прогнозировать тенденции и события, рекомендовать и внедрять умные потоки производственных операций и автоматизированные процессы. Смарт-фабрика постоянно корректирует и оптимизирует свою работу. Она может научиться (и научить людей) работать более продуктивно и безопасно, обеспечивая устойчивость.

Структура смарт-фабрики и умного производства

Три ключевые процедуры, составляющие фундамент смарт-фабрики

  1. Сбор данных. Искусственный интеллект и современные технологии для баз данных позволяют курировать и собирать разрозненные наборы полезных данных внутри компании, на протяжении цепочки поставок и по всему миру. Промышленный Интернет вещей (IIoT) позволяет подключенным к нему машинам вносить данные в систему с помощью датчиков и шлюзов. Через множество других порталов данных системы на базе ИИ могут компилировать наборы данных о производительности, рыночных тенденциях, логистике или о любых других потенциально важных аспектах.
  2. Анализ данных. Машинное обучение и интеллектуальные бизнес-системы используют расширенную аналитику и современные решения для управления данными, чтобы извлечь осмысленные выводы из собранных разрозненных данных. Датчики IIoT способны предупреждать о необходимости ремонта или обслуживания оборудования. Рыночные и операционные данные можно скомпилировать для обнаружения возможностей и рисков. Со временем, после изучения эффективности, потоки операций можно оптимизировать и проводить автоматическую корректировку. Фактически, наборы данных, доступные для сравнения и анализа, можно бесконечно комбинировать для цифровой оптимизации фабрики и прогнозирования цепочки поставок.
  3. Интеллектуальная автоматизация производства. После сбора и анализа данных создаются потоки операций, а оборудование и устройства в системе получают инструкции. Эти устройства могут находиться как в стенах завода, так и на другом конце света, в отдаленном логистическом или производственном звене цепочки поставок. Умные потоки операций и процессы постоянно отслеживаются и оптимизируются. Допустим, в новостях сообщили о скачке спроса на определенный продукт. Можно проинструктировать потоки операций 3D-принтера о повышении приоритета производства данного продукта. Если задерживается отгрузка сырья, для избежания сбоев можно использовать резервные запасы.

Преимущества смарт-фабрики

Многие компании используют для управления цепочками поставок операции и системы, которые за десятилетия практически не изменились. Но в связи с новыми ожиданиями потребителей и высокой экономической неопределенностью менеджерам по поставкам нужны решения, которые могут быстро предложить измеримые и значительные преимущества. По данным журнала Forbes, в 2017 году только 43% производителей запустили проекты по созданию умных производств. К 2019 году их число выросло до 68%. Компании, инвестирующие в цифровую трансформацию и решения для смарт-фабрики, получают значительные бизнес-преимущества, в том следующие:

  • Производительность и эффективность. На протяжении всей своей истории управление производством предполагало в первую очередь реагирование: компания замечала событие или тенденцию, которые уже произошли, и пыталась по факту скорректировать курс бизнеса. Технологии смарт-фабрики снижают потребность в методах реагирования и делают управление цепочкой поставок более устойчивым и гибким. Прогнозная аналитика и анализ больших данных позволяют выявлять и внедрять оптимизированные процессы. Своевременное управление запасами, точное прогнозирование спроса и ускорение вывода продуктов на рынок — лишь несколько повышающих эффективность преимуществ, которые предлагает умное производство. Благодаря цифровой аналитике люди, работающие на умных производственных площадках, тоже могут оптимизировать свои действия, повышая общую продуктивность операций. В своем исследовании 2019 года компания Deloitte упомянула, что «компании, инвестировавшие в проекты по внедрению смарт-фабрики, сообщают, что рост в таких областях, как производство, использование производственных мощностей и производительность труда, составил до 12%. С высокой вероятностью чистая производительность труда к 2030 году у смарт-фабрик будет на 30% выше, чем на традиционных заводах». 
  • Устойчивое развитие и безопасность. Потребители все чаще готовы потратить немного больше на продукты, о которых известно, что они производятся или закупаются с соблюдением принципов социальной и экологической ответственности. Современные технологии смарт-фабрики значительно упростили выявление и реализацию возможностей, позволяющих сделать производство более экологичным, безопасным и социально ответственным. Руководители умных производств могут использовать цифровые инструменты, такие как блокчейн и датчики RFID, для гарантированного подтверждения происхождения и контроля качества всех материалов и продуктов, поступающих из самых отдаленных звеньев цепочки поставок. Так, Международная ассоциация автоматизации утверждает, что использование роботов и автоматизированных устройств может устранить три из пяти главных причин травм на рабочем месте.
  • Качество продукции и клиентский опыт. Многие знакомы с игрой в испорченный телефон. Раньше для многих производителей она была реальностью: точная передача директив поставщикам и производителям на нижний уровень цепочки поставок составляла проблему. Облачные технологии и полная прозрачность умного производства позволяют получать аналитические данные и рекомендации в реальном времени на всех уровнях производственного процесса. Возможность быстро адаптировать процессы и реагировать на новые тенденции позволяет производить продукты, полностью соответствующие ожиданиям клиентов. Расширенный анализ системных данных помогает быстро выявлять как недостатки, так и области для улучшения. В итоге конкурентоспособность компании растет, как и количество хороших отзывов на продукты, а затраты на возвраты и отзывы сокращаются.

Технологии смарт-фабрики

Технологии смарт-фабрик отличаются высокой гибкостью. По мере развития инициатив в области цифровой трансформации для компании открываются практически бесконечные возможности масштабирования, изменения и адаптации.

  • Облачные сетевые технологии. Общедоступное, частное или гибридное облако — это канал, по которому идут все данные и информация для смарт-фабрики. Масштабное развертывание облачных технологий в компании гарантирует, что данные каждой области бизнеса будут поступать в реальном времени, а все подключенные активы и системы в цепочке поставок остаются прозрачными.
  • Искусственный интеллект. Операционные системы с интеграцией ИИ являются настолько быстрыми, мощными и гибкими, что могут не только собирать и анализировать разрозненные наборы данных, но и предоставлять аналитику и адаптивные рекомендации в реальном времени. Автоматизированные процессы и интеллектуальные системы на смарт-фабрике постоянно получают новую информацию и оптимизируются благодаря искусственному интеллекту.
  • Машинное обучение. Именно технологии машинного обучения поддерживают одно из основных преимуществ смарт-фабрики — возможность диагностического технического обслуживания. Благодаря мониторингу и анализу производственных процессов, предупреждения отправляются еще до возникновения сбоя системы. В зависимости от ситуации дальше происходит либо автоматизированный ремонт, либо может быть рекомендовано вмешательство человека.
  • Большие данные. Большие наборы достоверных данных позволяют использовать прогнозную и расширенную аналитику на смарт-фабрике. Компании давно поняли стратегическую ценность больших данных, но до недавнего времени часто не хватало систем для их эффективного использования. Цифровая трансформация в цепочках поставок и на умных производствах открыла потенциал для оптимизации и внедрения инноваций на базе аналитики больших данных.
  • Промышленный Интернет вещей (IIoT). Когда подключенные устройства и машины на смарт-фабрике получают уникальные идентификаторы и возможность отправлять и получать цифровые данные, они становятся частью сети IIoT. Современная техника зачастую имеет цифровые порталы, но даже аналоговое оборудование, которому десятки лет, можно оснастить шлюзовыми устройствами IIoT. Данные текут в двух направлениях: с устройства — данные сообщают о его состоянии и функционировании; на устройство — данные непосредственно управляют устройством, автоматизируя его действия и рабочие процессы.
  • Цифровые двойники. Цифровой двойник — это точная виртуальная копия машины или системы. Наличие двойников позволяет искать инновационные и креативные подходы к работе с минимальным операционным риском. Цифровой двойник можно запустить на пределе возможностей, можно виртуально изменить его конфигурацию или протестировать на совместимость с существующей системой — все это не создаст рисков и не навредит физическим ресурсам.
  • Аддитивная печать. Аддитивная печать, или 3D-печать, позволяет смарт-фабрике использовать интеллектуальную автоматизацию для производства по запросу. Это крайне полезно, особенно если в работе цепочки поставок возник неожиданный сбой или спрос на продукцию резко вырос. И даже в повседневной деятельности виртуальные запасы способны значительно снизить риски и отходы, позволяя осуществлять производство точно в срок.
  • Виртуальная реальность (VR) и дополненная реальность (AR). В 2019 году журнал Assembly Magazine описал ряд VR-приложений для носимых устройств на умных производствах как «возможность сопоставлять условия среды, уровни запасов, состояние процесса, данные об ошибках сборки и утилизации, а также показатели пропускной способности в зависимости от контекста (с учетом того, куда вы смотрите или что ищете)». Иммерсивный сенсорный опыт дополняет естественные ощущения пользователей актуальными данными в контексте любого места или момента, которые можно собрать в реальном времени. В итоге люди могут знать по-настоящему все о состоянии производства.
  • Блокчейн. К счастью, решения для обеспечения безопасности не отстают от технологий смарт-фабрики. Блокчейн в цепочке поставок можно применять в самых разных аспектах — от создания смарт-контрактов с поставщиками до отслеживания происхождения товаров и грузов в цепочке поставок. На умных производствах блокчейн особенно полезен в управлении доступом к подключенным активам и машинам в масштабе всего бизнеса — он защищает безопасность системы и гарантирует точность записей, хранящихся на этих устройствах.
  • Современные базы данных. Базы данных in-memory и современные ERP-системы — это «мозг» концепции «Индустрии 4.0» и всех решений для смарт-фабрик и цепочек поставок. Дисковые базы данных старого образца достигли предела своих возможностей, когда речь идет о поддержке сложных инструментов управления данными и аналитики, которые необходимы для управления смарт-фабриками и современными цепочками поставок.

Процесс трансформации производства в смарт-фабрику

2020 год вызвал колоссальные сбои и повысил операционные риски в компаниях по всему миру. До пандемии COVID-19, в 2019 году, компания Deloitte провела опрос более 600 руководителей из производственного сектора. Он показал, что 86% считают, что в ближайшие пять лет «реализация проектов смарт-фабрики станет главным фактором конкурентоспособности производства». В наши дни цифровая трансформация и модернизация цепочки поставок уже перешли из разряда долгосрочных целей в категорию неотложных задач для компаний, которые стремятся оставаться инновационными и конкурентоспособными.

Точка старта создания умного производства, или смарт-фабрики, зависит от того, на каком этапе вы находитесь сейчас и какие процессы наиболее важны для вашего бизнеса. Первым шагом на этом пути должен стать аудит и анализ существующих процессов, активов и бизнес-систем.  Прежде чем приступить к автоматизации потоков операций и производственных процессов, необходимо оценить их текущее состояние.

На начальной стадии цифровой трансформации важно помнить, что в основе процессов смарт-фабрики лежат возможности расширенного анализа данных и управления ими. Современная база данных и надежная система ERP — это мозг умного производства. Они поддерживают расширенные функциональные возможности системы. Основным фактором успеха любого проекта смарт-фабрики станет возможность существующих бизнес-систем управлять большими данными и интегрировать такие технологии, как ИИ, машинное обучение и расширенная аналитика.

Преимущество трансформации производства в смарт-фабрику заключается в том, что ее необязательно осуществлять одномоментно. Кроме того, она не требует ни полной, ни частичной остановки текущих бизнес-операций. Каждый проект компании, направленный на модернизацию и оптимизацию цифровых систем, становится еще одним шагом на пути к умному производству. Кроме того, основная задача технологий смарт-фабрики состоит в сборе и анализе данных. Это означает, что влияние и окупаемость инвестиций в новые цифровые технологии можно измерить и оценить начиная с момента установки.

Смарт-фабрики в действии

  • Узнайте, как компании Absen удалось повысить производительность, разработав более прозрачные интеллектуальные производственные процессы.
  • Узнайте как компания Arpa Industriale по производству материалов для отделки помещений построила умную фабрику, улучшила производственные показатели и уменьшила потребления энергии, воды и газа.
  • Выясните, каким образом автоматизация и подключенные технологии помогли компании WAGO разработать взаимосвязанную архитектуру, поддерживающую оборудование любого поколения.

Как вилим, “Умные фабрики” — это сложная среда использования беспроводной связи с постоянно расширяющимся кругом задач, которая побуждает к непрерывному развитию технологий Wi-Fi. Благодаря этому развитию стандарт WI-Fi по-прежнему актуален даже на самых передовых предприятиях. Изначально, когда Wi-Fi впервые интегрировался в производство, перед ним стояла простая задача — связать между собой два устройства. Сегодня ситуация совершенно иная. Можно провести такую аналогию: десять лет назад «умная фабрика» напоминала пустынную площадь, сейчас же она больше похожа на оживленный рынок. Место проведения то же самое, однако наполнение радикально изменилось.

Как и на шумном рынке, эфирное пространство перегружено, и разработчикам устройств беспроводной связи приходится прилагать усилия, чтобы их продукция работала без конфликтов.

Беспроводные технологии продолжают развиваться, и стандарт Wi-Fi не является исключением. Стремительная цифровизация предприятий и новые варианты использования повышают спрос на Wi-Fi, с помощью которого, по оценкам, передается 45% глобального IP-трафика и 60–80% беспроводного трафика.

Как развивались технологии Wi-Fi

Прошло уже много времени с тех пор, когда максимальная скорость Wi-Fi составляла 54 Мбит/с. В 2009 году был представлен Wi-Fi 4, или IEEE 802.11n. Технология получила широкую известность благодаря высокой пропускной способности после задействования дополнительного диапазона 5 ГГц (IEEE 802.11a) и более высоких скоростей передачи данных в обоих диапазонах. Ускорению внедрения точек доступа Wi-Fi 4 способствовала их обратная совместимость с устройствами, использующими устаревшие версии технологии.

В 2013 году был анонсирован Wi-Fi 5, или IEEE 802.11ac. Это поколение достигло скорости 6,8 Гбит/с, причем работа была ограничена диапазоном 5 ГГц.

С выходом Wi-Fi 6 эффективность стандарта еще больше улучшилась, стала возможной беспроблемная обработка большего объема трафика от большего числа клиентов (рис. 1), поэтому его также называют «высокопроизводительная беспроводная сеть» (High Efficiency Wireless, HEW).

Wi-Fi 6 может охватывать большее количество клиентов на более высокой скорости, чем Wi-Fi 4 или Wi-Fi 5

Рис. 1. Wi-Fi 6 может охватывать большее количество клиентов на более высокой скорости, чем Wi-Fi 4 или Wi-Fi 5

Wi-Fi 6 удовлетворяет современным требованиям к высокой пропускной способности, обеспечивая работу на больших расстояниях, низкую задержку, минимальное энергопотребление, совместное использование и быструю передачу данных (около 10 Гбит/с).

С каждым поколением стандарта Wi-Fi его рабочие параметры улучшались, поэтому технология находила применение во все более сложных и требовательных системах. Рост спроса на выполнение тех или иных задач с помощью беспроводной связи стимулирует дальнейшее развитие Wi-Fi, в том числе для промышленного использования.

Первостепенное значение для сетей в условиях работы на производстве имеет высокая доступность — ведь простои приводят к потере доходов. Для обеспечения высокой доступности требуется повышение устойчивости к помехам, что актуально для переполненного радиочастотными сигналами эфирного пространства, а также высокая пропускная способность для сокращения времени передачи и освобождения полосы пропускания после обмена каждым пакетом данных. Еще одно требование — масштабируемость, или возможность подключения дополнительных клиентов к сети без добавления точек доступа. Для систем автоматизации производственных процессов, особенно на сложных производственных линиях, необходимо более быстрое время отклика.

Другая немаловажная функция — бесшовный роуминг — ускоренное переключение беспроводных клиентов между точками доступа. К сетям подключается все больше движущихся устройств — от роботов до интеллектуальных электроинструментов, поэтому важно избежать длительных попыток повторного подключения, когда устройство попадает в зону действия новой точки доступа.

Наконец, для упрощения эксплуатации и снижения связанных затрат необходимы простой монтаж оборудования, его настройка и техническое обслуживание.

Пять преимуществ Wi-Fi 6

Если после выхода Wi-Fi 4 говорили, что он обеспечивает «высокую пропускную способность», а про Wi-Fi 5 «очень высокую пропускную способность», то при анонсе Wi-Fi 6 в 2018 году акцент был смещен в сторону «высокой эффективности». Действительно, увеличение скорости работы с 6,8 до 9,6 Гбит/с не выглядит столь впечатляющим, как скачок в предыдущем релизе стандарта (табл.). Для Wi-Fi 6 характерно более качественное использование доступного сетевого канала, что позволяет взаимодействовать с большим количеством клиентов без снижения производительности сети. Этого удалось добиться благодаря следующим технологическим нововведениям:

  • Многопользовательский множественный доступ с ортогональным разделением частот (Multi-user orthogonal frequency division multiple access, MU-OFDMA) — технология, используемая для разделения доступной полосы пропускания на отдельные ресурсные единицы различного размера, что добавляет гибкости при одновременном обслуживании нескольких клиентов. MU-OFDMA увеличивает количество клиентов, которых может обслуживать фиксированное количество точек доступа, в 4 раза.
  • Система многопользовательского множественного ввода/вывода (Multi-user multiple input multiple output, MU-MIMO) позволяет точкам доступа направлять уникальные потоки данных нескольким клиентам одновременно, как по восходящей, так и по нисходящей линиям связи.
  • Модуляция 1024-QAM позволяет каждому символу (единица передачи данных) умещать 10 битов вместо восьми. Это означает прирост к скорости до 25% по сравнению с модуляцией 256-QAM у стандарта Wi-Fi 5.
  • Система BSS Coloring для идентификации каналов «по цвету» и обеспечения отсутствия помех.
  • Механизм TWT — пробуждение устройств по таймеру только тогда, когда требуется собрать данные. Помогает сохранить заряд батареи и повысить автономность питания.
ТАБЛИЦА. РАЗВИТИЕ ПАРАМЕТРОВ WI-FI
Стандарт IEEE Wi-Fi Скорость передачи данных Частота, ГГц Полоса пропускания, МГц Год окончания разработки
802.11a 54 Мбит/с 5 20 1999
802.11b 11 Мбит/с 2,4 20 1999
802.11g 54 Мбит/с 2,4 20 2003
802.11n Wi-Fi 4 270 Мбит/с 2,4/5 20/40 2009
802.11ac Wi-Fi 5 7 Гбит/с 5 20/40/80/160 2013
802.11ax Wi-Fi 6 10 Гбит/с 2,4/5/6 20/40/80/160 2019
802.11be Wi-Fi 7 40 Гбит/с 2,4/5/6 20/40/80/160/320 2023

Кроме увеличения числа клиентов, эти технологии увеличивают пропускную способность и выполняют другие функции. MIMO, например, вместо того чтобы разделять полосу пропускания для обслуживания нескольких устройств, может объединить несколько потоков для одного клиента. MU-OFDMA также помогает избежать перегруженности сети (распространенная проблема в плотных сетях), что способствует получению данных с минимальной задержкой. Благодаря функции TWT точка доступа может управлять устройствами и переводить их в режим с низким энергопотреблением с заранее запланированным временем пробуждения. Это особенно полезно при работе с беспроводными датчиками, отправляющими собранную информацию короткими сессиями по расписанию, в итоге время автономной работы значительно увеличивается.

Wi-Fi 6E с работой на частоте 6 ГГц

Для обхода главного ограничения Wi-Fi — доступной частоты регулирующими органами было выдано разрешение на использование нижней полосы частоты 6 ГГц без обязательного лицензирования. Новый стандарт получил название Wi-Fi 6E, и с его помощью удалось открыть большое число неперекрывающихся каналов, обеспечив более стабильное и надежное беспроводное соединение. По оценкам, ширина диапазона у Wi-Fi 6E может быть больше в 2 раза, нежели ранее доступная на диапазонах 2,4 и 5 ГГц. Поскольку новый стандарт все еще не столь распространен, работа с Wi-Fi 6E характеризуется с уменьшенным количеством помех (по состоянию на февраль 2023 года стандарт Wi-Fi 6E не доступен в России. Частота 6 ГГц у нас используется для работы средств фиксированной радиосвязи и радиорелейных линий связи. Госкомиссия по радиочастотам в РФ на заседании 23 декабря 2022 года приняла решение выделить диапазон 5,9–6,4 ГГц для стандарта связи Wi-Fi 6E в закрытых помещениях, однако точные сроки реализации до сих пор не известны. — Прим. пер.).

5 систем, в которых помогает Wi-Fi 6E

Wi-Fi стал основой «умных фабрик» и часто дополняется технологией Bluetooth, а также проприетарными технологиями сотовой связи. Вот в каких технических системах сегодня незаменим Wi-Fi 6 (рис. 2):

  • Промышленные сенсорные сети. Датчики с беспроводным подключением получили широкое распространение на производстве. Они используются в различных целях, например для мониторинга степени вибрации или измерения температуры. Часто датчики работают на энергосберегающих протоколах связи, таких как Bluetooth LE или IEEE 801.15.4. Низкое энерго­потребление Wi-Fi 6 обеспечивается за счет того, что устройства переходят в спящий режим на длительное время с помощью функции TWT. Снижение энергопотребления датчиков повышает их автономность по питанию, упрощая техническое обслуживание. В то же время отключение устройств снижает насыщенность эфирного пространства.
  • Управление транспортерами. Улучшенное время отклика и качество обслуживания, предоставляемого OFDMA, делает Wi-Fi 6 многообещающей технологией беспроводной связи для использования в системах управления транспортерами.
  • Человеко-машинный интерфейс (HMI). Точки доступа Wi-Fi 6 способны взаимодействовать с большим количеством устройств, что в сочетании с низким временем задержки делает Wi-Fi 6 перспективной технологией для простого создания HMI на базе обычных планшетов или устройств дополненной реальности.
  • Дополненная реальность (AR). Естественным витком развития HMI, применяющих стандартные графические пользовательские интерфейсы, стала технология дополненной реальности. Вне зависимости от имеющегося устройства — планшета либо специальных очков AR — позволяет визуализировать любую информацию: документацию, чертежи, промышленные мнемосхемы. AR позволяет инженерам схематично оценивать работу промышленных машин и выявлять возникшие проблемы, не прерывая производственный процесс.
  • Ячеистые сети. Существует множество вариантов использования технологии ячеистых сетей в промышленности, например для централизованного управления интеллектуальным освещением на объекте или сбора данных с датчиков с последующей обработкой в облачном сервисе. Несмотря на то что Bluetooth по-прежнему остается предпочтительной беспроводной технологией для передачи данных в таких процессах, Wi-Fi лучше адаптирован для окончательного этапа передачи от шлюза к облаку. Еще предстоит выяснить, удастся ли благодаря низкому энерго­потреблению Wi-Fi 6 проложить путь к более широкому внедрению ячеистых сетей с помощью Wi-Fi в промышленности.

Системы, от которых зависит «умная фабрика»

Рис. 2. Системы, от которых зависит «умная фабрика»

Другие варианты промышленного использования Wi-Fi 6

Несмотря на то что Wi-Fi 6 превосходит Wi-Fi 4 практически по всем показателям, существует большое количество оборудования, которое отлично работает на базе более старой версии беспроводной связи. В этом случае выгода для предприятия извлекается из более низкой стоимости Wi-Fi 4 и упрощенной разработки.

Работы по повышению производительности технологии Wi-Fi не прекращаются, ориентировочно после 2024 года ожидается выпуск Wi-Fi 7. По данным организаций IEEE и Wi-Fi Alliance, которые руководят разработкой данного стандарта, в Wi-Fi 7 будет уделено большое внимание качеству передачи видео, включая детерминированную задержку, высокую надежность и качество обслуживания (QoS). В новом поколении Wi-Fi пропускная способность будет в 3 раза выше (30 Гбит/с) благодаря расширенным каналам (до 320 МГц) и более высоким порядкам модуляции QAM.

Инновации в области Wi-Fi

Поскольку «умных фабрик» становится все больше, остается зависимость промышленных технологий от стандартов беспроводной связи, основанных на Wi-Fi, Bluetooth, 4G LTE, 5G и других протоколах. Такие функции Wi-Fi 6, как более высокая скорость передачи данных, меньшие задержки, меньшее энергопотребление, увеличенная пропускная способность сети и расширенный радиус охвата, потенциально могут увеличить технологические возможности на «умных фабриках».

Автор: Пелле Свенссон (Pelle Svensson)
Источник: https://controleng.ru/, https://www.sap.com/