隨著工業4.0，即工業物聯網（IIoT)的到來，智能互聯的優勢已經得到證明。然而，為了充分發揮工業元宇宙的優勢，并充分實現傳感器到云以太網無縫連接的愿景，必須解決關鍵的基礎設施難題，對此單對以太網技術(SPE)提供了解決方案。

讓我們審視一下元宇宙和工業物聯網所處的生態系統。假設我們將元宇宙視為物理世界的數字孿生，那么它可以充當一個有用的練習場和測試實驗室，工程師和產品開發人員可以在這里測試新設計的產品、制造策略、物流策略等更多內容所帶來的影響。它允許我們對新產品或戰略的影響進行詳盡評估，幫助利益相關者了解其戰略決策和方向，并大大減少從概念到實施所需的時間和成本。

另一方面，工業物聯網在現實世界中發揮作用，允許實時收集數據，并從機器設備上共享到整個MES和ERP系統，以記錄數據并將生產效率提高到以太網和互聯網出現之前不可能達到的水平。理想情況下，元宇宙和工業物聯網不會彼此獨立運行，而是相互聯系的。駐留在云服務器中的人工智能模型會影響工廠車間，幫助其做出一些實時決策，同時，來自工廠車間的數據可用于進一步完善上述人工智能模型和數字孿生，這有助于業界不斷開發出能夠越來越準確反映現實世界的數字模型。

有人可能會說，對由工業物聯網和元宇宙組成的數字和人工智能模型做出最關鍵貢獻的領域之一是傳感技術領域。傳感器好似眼睛、耳朵和手指，它通知MES系統何時執行命令，何時進行維護或流程改進，并向ERP系統報告生產能力。最終，元宇宙通過將數據輸入報告并把預期結果和實際結果相比較，在一定程度上判斷現實世界中功能模型的準確性。令人驚訝的是，當今工廠和過程自動化中使用的大多數傳感器和執行器并不直接駐留在以太網上，而是駐留在非基于以太網的現場總線上。

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現有工業網絡存在的問題

在物流領域，人們越來越關注所謂的“最后一公里配送問題”。隨著消費者對網購中次日交貨能力的期望值不斷提高，交貨過程中的“最后一公里配送”被認為是令顧客滿意并保持成本競爭力的最關鍵環節。在考慮產品從工廠到倉庫、到送貨卡車、再到客戶家門口的旅程時，從倉庫到客戶家門口的旅程被認為是“最后一公里”旅程。最后一公里配送會受到配送路線距離、交通、施工情況和天氣等因素的影響。另外，與交貨過程的最后一步相關的時間和成本所占總成本的比率相當可觀，估計占比在50%以上。

而工業以太網在工廠和過程自動化方面也面臨著類似的挑戰。基于TCP/IP的以太網技術通常用于連接云、ERP、MES、生產單元和機器級控制裝置。然而，這些系統的傳感器和執行器位于生態系統的最邊緣，許多工廠仍然謹慎地通過布線把它們連接到另一個現場總線，然后通過網橋或網關在以太網上傳輸。最終用戶需要額外的程序和硬件來支持這些現場總線，因而要負擔所產生的額外費用，在某些情況下，這是實施智能技術的實際障礙。因此，可以合理地說，元宇宙和工業物聯網存在著“最后一公里”的難題。

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單對以太網可扭轉乾坤

為解決這些問題，SPE工業合作伙伴網絡于2019年成立。現在，該網絡聯盟擁有50多家成員公司（都是名副其實的布線和連接器供應商），其使命是將行業組織匯集在一起，以制定新的網絡標準。? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?

SPE是“單對以太網”的英文縮寫。顧名思義，其關鍵創新是減少了布線，即：用一對雙絞線代替原來的兩對或四對。這種技術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還解決了工業網絡的其它主要痛點：帶寬、功率和覆蓋范圍問題。該技術支持在長達40米的單根電纜上傳送速率高達1Gbps的信號，數據線供電（PoDL）功率高達50瓦。相比以往的技術，單對以太網技術使用數量更少的電線，傳輸更多數據并提供更大功率的電源。

不僅如此，SPE還可支持在1000米長的線路傳輸10Mbps速率的信號，線路長度比工業以太網長10倍。更重要的是，與插座相關的電子設備在尺寸上被優化，因此我們更容易將SPE端口置入狹小空間。該技術減少了線纜的數量，并使線纜具有供電功能，可實現連接器的小型化，因此消除了將傳感器安裝到以太網上的主要障礙之一，即，以前的電纜和連接器技術受到物理空間的限制。

基線布線系統名為T1 SPE?IP20，具有堅固耐用的特點，性能符合IP20防護等級要求，工作溫度范圍是-40至+85攝氏度，可進行多達1000次的插拔。對于更惡劣的環境，可使用M12 T1 SPE IP67系統，該系統使用Molex莫仕設計的IP67防護等級連接器。

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通往未來的發展藍圖

實施SPE的核心前提是標準化。為了避免早期工業網絡發生的條塊分割問題，SPE工業合作伙伴網絡的50多個成員已承諾根據IEC 63171-6/-7來設計標準化配接面。該網絡聯盟還就如下標準積極與范圍廣泛的各標準化委員會合作：

IEEE?802.3-傳輸方法

IEC SC46C-對稱銅纜

IEC SC 48B-連接器

ISO/IEC JTC?1/SC 25/WG3-接線

IEC SC65C-工業網絡

ANSI/TIA TR042-布線系統

由于對標準化的高度關注，單對以太網有望成為工業4.0實施中的首選網絡架構。跨越多個功能領域的工業自動化進步將變得更加容易和更具成本效益。傳感器和執行器可以輕松融入現有以太網環境中，無需額外的接口。

它還允許將碎片化的傳統網絡合并到一個統一的基于以太網的解決方案中，從而實現更好的通信、更快的響應時間和更好的IT維護操作。

這種新產品可以更完美地連接到更多的物聯網基礎設施中，如智能傳感器、閥門、執行器、驅動器、控制面板和其它過程自動化設備。潛在的行業應用場合包括建筑、工廠和工廠自動化、機器對機器通信、照明系統、電梯和自動扶梯控制以及機器人。

作為SPE工業合作伙伴網絡的高級成員，Molex莫仕的SPE可在40米長的電纜上傳送速率高達1Gbps的數據，未來的版本將在1公里長電纜上傳送10Mbps速率數據。如今有了SPE系統，工業元宇宙的未來看上去比以往任何時候都更加光明和可期。

編輯：黃飛

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