（CWW）工業4.0，即第四次工業革命，包括工業物聯網、人工智能和機器學習、云計算和網絡安全，推動了工廠設備的智能化和可持續化轉型。智能制造可以提高產量、營業利潤率和質量，同時減少浪費和能源消耗。工業4.0需要一張全光網絡，實現機器、跨工廠車間、控制室、邊緣和云端業務數據快速傳輸和管理。無源光局域網（POL，又稱光LAN）基于光纖到機器（FTTM）架構，在制造場景的長車間產線和惡劣環境中可實現快速、可靠和安全的通信。
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邁向工業4.0
自18世紀第一次工業革命以來，隨著可編程邏輯控制器 （PLC）的出現，工廠得到不斷發展。下一步，面向工業4.0，工廠將提高效率和產出，同時堅持可持續發展，實現“綠色工廠”的目標。工業4.0將數據轉化為智能洞察和可視化優勢，如提高設備效率和質量、自動化庫存管理、降低能源消耗、減少浪費等。圖1概括了建設智能、可持續工廠的關鍵要素。
圖1：智能、可持續工廠的關鍵要素
工業4.0需要一張無縫通信網絡，連接工廠車間機器、軟件應用、數據存儲容器和邊緣計算。這一過程需要集成、處理和分析海量數據。邊緣計算也需要低時延通信網絡來支撐關鍵業務流程和應用程序。同時，底層通信網絡必須快速、安全、可靠，且不受工廠環境的影響。這種情況下，無線網絡是一種解決方案，但無線網在大型工廠和惡劣環境中速度不夠快，網絡可靠性和健壯性也較差。相比之下，全光網絡可以滿足工業4.0的要求。
解決方案—光纖到機器（FTTM）
光纖連接，或全光連接，支持大量對時間敏感、要求低時延的工業設備互聯，正成為工業4.0的骨干。在全光基礎設施中，FTTM作為關鍵部分，支持機器視覺和人工智能質量檢驗，還可用于分析低時延制造控制和管理數據。
POL技術基于無源（免供電）分光器，在工廠中非常關鍵，光纖抗腐蝕性強，且不受電磁干擾。全光網絡還支持跨大型生產線和區域通信。圖2展示了采用POL的全光智能工廠場景。
使用無源光網絡（PON）設備的POL智能工廠場景
與銅纜和無線技術相比，全光網絡具備關鍵優勢。雖然無線技術可以支持部分設備間的通信，但它難以滿足云端的低延遲數據分析和控制需求。此外，在制造場景下，無線網絡受到的干擾往往較多。
傳統的銅纜局域網（LAN）由交換機和路由器組成，設備使用五類或六類線連接。圖3展示了POL相較于傳統非光LAN的優勢。
工業4.0場景 POL vs.傳統LAN
帶寬是基于光纖的POL網絡關鍵優勢之一。大多數以太網雙絞線僅支持100M帶寬，只有少數雙絞線支持1G帶寬。而基于無源光網絡的POL可以支持高達10G的對稱帶寬，未來還可升級至50G，且網絡升級簡單，無需重復布放光纖。
與傳統LAN相比，POL節省了布線、機架和交換機，大幅降低資本支出和運營支出。同時，POL采用無源網絡，節省了電力和散熱能耗。此外，光纜體積往往小于五類和六類線，減少了布線空間。一張POL網絡可以輕松覆蓋半徑20km甚至40km的園區。
POL采用電信級設備，可靠性高達“五個9”。如有需要，底層網絡可提供冗余設計。此外，光纖不受電磁干擾、射頻和電磁脈沖的影響。無源光網絡網絡難以篡改，安全性較高，可以達到國防機構的安全需求。
目前POL方案面臨的最大問題是普及度待提升，與傳統LAN相比，光網絡較為創新，下列案例分析概述了面向工業4.0，光網絡在智能制造場景中的應用。
案例分析
比亞迪有限公司是中國的一家上市公司，主營汽車、公共汽車和卡車制造。2022年4月，比亞迪停止了燃油汽車的生產，轉投純電動和插電式混合動力汽車制造。比亞迪從2008年開始量產電動汽車，并于2021年完成100萬輛電車量產。光網絡在比亞迪實現智能制造目標的過程中發揮了重要作用。得益于POL方案，比亞迪在長生產線上實現高速、低時延的網絡連接。與傳統銅纜相比，POL將布線成本降低了50%。此外，借助無源組網和高效的網絡結構，POL還將功耗降低了40%以上。
比亞迪信息中心通信與信息安全部經理羅小平表示：“我們打造了一個工業云平臺，以確保高效高質量生產。新的通信架構將數據中心作為計算中心，實現終端設備的智能管理和控制。通信網絡必須支持快速部署、高可靠性和靈活性，而傳統網絡無法滿足這些要求。因此我們選擇了POL，以光纖作為傳輸介質，這也契合了比亞迪‘科技?綠色?明天’的戰略目標。”
陜西法士特汽車傳動集團（法士特集團）是中國最大的重型汽車自動變速器制造商之一。法士特采用了POL方案，以改善其大型制造設施的生產和質量控制。POL提供了必要的帶寬，以在整個制造過程中收集大量數據，然后快速、可靠、安全地展開邊緣和云端分析。法士特表示，工業4.0背景下，基于POL解決方案承載業務，提高了集團的產量和運營利潤率。
建議
全球許多制造商正采用全光通信網絡，實現安全、可靠的寬帶通信。全光網絡支持人工智能、機器物聯網、遠程視覺和控制以及數據分析，從而改進了制造流程，完善了效率和質量控制。全光網絡還能在惡劣的制造環境中運行，不受化學品、振動或溫度的影響。
在全光技術中，POL是實現工業4.0和軟件定義制造的關鍵驅動力，它集成了新的通信技術，同時簡化了網絡，降低了能耗。POL為制造設施提供了可靠而強大的光纖寬帶通信網絡，實現了機器間、機器到操作人員以及公司所有團隊和部門的全網絡覆蓋。
因此，建議制造商研究POL技術，了解其能力，以擁抱工業4.0和軟件定義制造的趨勢。
