隨著工業(yè)4.0，即工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)（IIoT)的到來(lái)，智能互聯(lián)的優(yōu)勢(shì)已經(jīng)得到證明。然而，為了充分發(fā)揮工業(yè)元宇宙的優(yōu)勢(shì)，并充分實(shí)現(xiàn)傳感器到云以太網(wǎng)無(wú)縫連接的愿景，必須解決關(guān)鍵的基礎(chǔ)設(shè)施難題，對(duì)此單對(duì)以太網(wǎng)技術(shù)(SPE)提供了解決方案。

讓我們審視一下元宇宙和工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)所處的生態(tài)系統(tǒng)。假設(shè)我們將元宇宙視為物理世界的數(shù)字孿生，那么它可以充當(dāng)一個(gè)有用的練習(xí)場(chǎng)和測(cè)試實(shí)驗(yàn)室，工程師和產(chǎn)品開(kāi)發(fā)人員可以在這里測(cè)試新設(shè)計(jì)的產(chǎn)品、制造策略、物流策略等更多內(nèi)容所帶來(lái)的影響。它允許我們對(duì)新產(chǎn)品或戰(zhàn)略的影響進(jìn)行詳盡評(píng)估，幫助利益相關(guān)者了解其戰(zhàn)略決策和方向，并大大減少?gòu)母拍畹綄?shí)施所需的時(shí)間和成本。

另一方面，工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)在現(xiàn)實(shí)世界中發(fā)揮作用，允許實(shí)時(shí)收集數(shù)據(jù)，并從機(jī)器設(shè)備上共享到整個(gè)MES和ERP系統(tǒng)，以記錄數(shù)據(jù)并將生產(chǎn)效率提高到以太網(wǎng)和互聯(lián)網(wǎng)出現(xiàn)之前不可能達(dá)到的水平。理想情況下，元宇宙和工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)不會(huì)彼此獨(dú)立運(yùn)行，而是相互聯(lián)系的。駐留在云服務(wù)器中的人工智能模型會(huì)影響工廠車(chē)間，幫助其做出一些實(shí)時(shí)決策，同時(shí)，來(lái)自工廠車(chē)間的數(shù)據(jù)可用于進(jìn)一步完善上述人工智能模型和數(shù)字孿生，這有助于業(yè)界不斷開(kāi)發(fā)出能夠越來(lái)越準(zhǔn)確反映現(xiàn)實(shí)世界的數(shù)字模型。

有人可能會(huì)說(shuō)，對(duì)由工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)和元宇宙組成的數(shù)字和人工智能模型做出最關(guān)鍵貢獻(xiàn)的領(lǐng)域之一是傳感技術(shù)領(lǐng)域。傳感器好似眼睛、耳朵和手指，它通知MES系統(tǒng)何時(shí)執(zhí)行命令，何時(shí)進(jìn)行維護(hù)或流程改進(jìn)，并向ERP系統(tǒng)報(bào)告生產(chǎn)能力。最終，元宇宙通過(guò)將數(shù)據(jù)輸入報(bào)告并把預(yù)期結(jié)果和實(shí)際結(jié)果相比較，在一定程度上判斷現(xiàn)實(shí)世界中功能模型的準(zhǔn)確性。令人驚訝的是，當(dāng)今工廠和過(guò)程自動(dòng)化中使用的大多數(shù)傳感器和執(zhí)行器并不直接駐留在以太網(wǎng)上，而是駐留在非基于以太網(wǎng)的現(xiàn)場(chǎng)總線上。

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現(xiàn)有工業(yè)網(wǎng)絡(luò)存在的問(wèn)題

在物流領(lǐng)域，人們?cè)絹?lái)越關(guān)注所謂的“最后一公里配送問(wèn)題”。隨著消費(fèi)者對(duì)網(wǎng)購(gòu)中次日交貨能力的期望值不斷提高，交貨過(guò)程中的“最后一公里配送”被認(rèn)為是令顧客滿意并保持成本競(jìng)爭(zhēng)力的最關(guān)鍵環(huán)節(jié)。在考慮產(chǎn)品從工廠到倉(cāng)庫(kù)、到送貨卡車(chē)、再到客戶家門(mén)口的旅程時(shí)，從倉(cāng)庫(kù)到客戶家門(mén)口的旅程被認(rèn)為是“最后一公里”旅程。最后一公里配送會(huì)受到配送路線距離、交通、施工情況和天氣等因素的影響。另外，與交貨過(guò)程的最后一步相關(guān)的時(shí)間和成本所占總成本的比率相當(dāng)可觀，估計(jì)占比在50%以上。

而工業(yè)以太網(wǎng)在工廠和過(guò)程自動(dòng)化方面也面臨著類(lèi)似的挑戰(zhàn)。基于TCP/IP的以太網(wǎng)技術(shù)通常用于連接云、ERP、MES、生產(chǎn)單元和機(jī)器級(jí)控制裝置。然而，這些系統(tǒng)的傳感器和執(zhí)行器位于生態(tài)系統(tǒng)的最邊緣，許多工廠仍然謹(jǐn)慎地通過(guò)布線把它們連接到另一個(gè)現(xiàn)場(chǎng)總線，然后通過(guò)網(wǎng)橋或網(wǎng)關(guān)在以太網(wǎng)上傳輸。最終用戶需要額外的程序和硬件來(lái)支持這些現(xiàn)場(chǎng)總線，因而要負(fù)擔(dān)所產(chǎn)生的額外費(fèi)用，在某些情況下，這是實(shí)施智能技術(shù)的實(shí)際障礙。因此，可以合理地說(shuō)，元宇宙和工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)存在著“最后一公里”的難題。

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單對(duì)以太網(wǎng)可扭轉(zhuǎn)乾坤

為解決這些問(wèn)題，SPE工業(yè)合作伙伴網(wǎng)絡(luò)于2019年成立。現(xiàn)在，該網(wǎng)絡(luò)聯(lián)盟擁有50多家成員公司（都是名副其實(shí)的布線和連接器供應(yīng)商），其使命是將行業(yè)組織匯集在一起，以制定新的網(wǎng)絡(luò)標(biāo)準(zhǔn)。? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?

SPE是“單對(duì)以太網(wǎng)”的英文縮寫(xiě)。顧名思義，其關(guān)鍵創(chuàng)新是減少了布線，即：用一對(duì)雙絞線代替原來(lái)的兩對(duì)或四對(duì)。這種技術(shù)的明顯好處是顯著減輕了電纜重量并減小了電纜直徑，電纜也明顯更靈活，更容易布線。不僅如此，SPE還解決了工業(yè)網(wǎng)絡(luò)的其它主要痛點(diǎn)：帶寬、功率和覆蓋范圍問(wèn)題。該技術(shù)支持在長(zhǎng)達(dá)40米的單根電纜上傳送速率高達(dá)1Gbps的信號(hào)，數(shù)據(jù)線供電（PoDL）功率高達(dá)50瓦。相比以往的技術(shù)，單對(duì)以太網(wǎng)技術(shù)使用數(shù)量更少的電線，傳輸更多數(shù)據(jù)并提供更大功率的電源。

不僅如此，SPE還可支持在1000米長(zhǎng)的線路傳輸10Mbps速率的信號(hào)，線路長(zhǎng)度比工業(yè)以太網(wǎng)長(zhǎng)10倍。更重要的是，與插座相關(guān)的電子設(shè)備在尺寸上被優(yōu)化，因此我們更容易將SPE端口置入狹小空間。該技術(shù)減少了線纜的數(shù)量，并使線纜具有供電功能，可實(shí)現(xiàn)連接器的小型化，因此消除了將傳感器安裝到以太網(wǎng)上的主要障礙之一，即，以前的電纜和連接器技術(shù)受到物理空間的限制。

基線布線系統(tǒng)名為T1 SPE?IP20，具有堅(jiān)固耐用的特點(diǎn)，性能符合IP20防護(hù)等級(jí)要求，工作溫度范圍是-40至+85攝氏度，可進(jìn)行多達(dá)1000次的插拔。對(duì)于更惡劣的環(huán)境，可使用M12 T1 SPE IP67系統(tǒng)，該系統(tǒng)使用Molex莫仕設(shè)計(jì)的IP67防護(hù)等級(jí)連接器。

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通往未來(lái)的發(fā)展藍(lán)圖

實(shí)施SPE的核心前提是標(biāo)準(zhǔn)化。為了避免早期工業(yè)網(wǎng)絡(luò)發(fā)生的條塊分割問(wèn)題，SPE工業(yè)合作伙伴網(wǎng)絡(luò)的50多個(gè)成員已承諾根據(jù)IEC 63171-6/-7來(lái)設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)化配接面。該網(wǎng)絡(luò)聯(lián)盟還就如下標(biāo)準(zhǔn)積極與范圍廣泛的各標(biāo)準(zhǔn)化委員會(huì)合作：

IEEE?802.3-傳輸方法

IEC SC46C-對(duì)稱(chēng)銅纜

IEC SC 48B-連接器

ISO/IEC JTC?1/SC 25/WG3-接線

IEC SC65C-工業(yè)網(wǎng)絡(luò)

ANSI/TIA TR042-布線系統(tǒng)

由于對(duì)標(biāo)準(zhǔn)化的高度關(guān)注，單對(duì)以太網(wǎng)有望成為工業(yè)4.0實(shí)施中的首選網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)?？缭蕉鄠€(gè)功能領(lǐng)域的工業(yè)自動(dòng)化進(jìn)步將變得更加容易和更具成本效益。傳感器和執(zhí)行器可以輕松融入現(xiàn)有以太網(wǎng)環(huán)境中，無(wú)需額外的接口。

它還允許將碎片化的傳統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)合并到一個(gè)統(tǒng)一的基于以太網(wǎng)的解決方案中，從而實(shí)現(xiàn)更好的通信、更快的響應(yīng)時(shí)間和更好的IT維護(hù)操作。

這種新產(chǎn)品可以更完美地連接到更多的物聯(lián)網(wǎng)基礎(chǔ)設(shè)施中，如智能傳感器、閥門(mén)、執(zhí)行器、驅(qū)動(dòng)器、控制面板和其它過(guò)程自動(dòng)化設(shè)備。潛在的行業(yè)應(yīng)用場(chǎng)合包括建筑、工廠和工廠自動(dòng)化、機(jī)器對(duì)機(jī)器通信、照明系統(tǒng)、電梯和自動(dòng)扶梯控制以及機(jī)器人。

作為SPE工業(yè)合作伙伴網(wǎng)絡(luò)的高級(jí)成員，Molex莫仕的SPE可在40米長(zhǎng)的電纜上傳送速率高達(dá)1Gbps的數(shù)據(jù)，未來(lái)的版本將在1公里長(zhǎng)電纜上傳送10Mbps速率數(shù)據(jù)。如今有了SPE系統(tǒng)，工業(yè)元宇宙的未來(lái)看上去比以往任何時(shí)候都更加光明和可期。

編輯：黃飛

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