0 引言

随着智能制造向深度发展，车间设备呈现多类型、高联动的特点，其协同控制对数据传输的实时性、可靠性及连接规模提出更高要求。传统工业网络存在带宽有限、延迟较高、连接能力不足等问题，难以满足多设备同步作业、工序动态联动的需求，制约了车间生产效率与智能化水平的提升。5G工业专网凭借低时延、高带宽、广连接及高可靠的技术特性，成为破解这一困境的关键支撑。在此背景下，如何实现5G工业专网与设备协同控制的深度融合，设计适配的应用架构并优化传输延迟，成为推动智能制造车间升级的核心议题。本研究围绕5G工业专网在设备协同控制中的应用与延迟优化展开，旨在形成科学可行的技术方案，助力车间生产向高效化、智能化转型。

1 5G工业专网与智能制造车间设备协同控制的适配性分析

1.1 智能制造车间设备协同控制的核心需求

从智能制造车间生产全流程出发，明确设备协同控制的三大核心需求。实时性方面，车间内数控机床、机械臂、AGV等设备需实现毫秒级数据交互，确保工序衔接、参数调整的即时响应，避免因延迟导致的生产中断或产品质量偏差；可靠性方面，要求在多设备并发通信、复杂工业环境干扰下，数据传输无丢失、无错漏，保障协同任务的稳定执行；联动性方面，需实现不同类型设备（如加工设备、检测设备、仓储设备）的跨系统协同，支持生产计划动态调整下的设备联动调度，满足柔性生产对设备协同的灵活化、一体化要求，这些需求共同构成5G工业专网应用的核心目标导向。

1.2 5G工业专网的技术特性与适配优势

依托5G技术架构与工业场景定制化优化，梳理其适配设备协同控制的关键技术特性与优势。低时延特性通过边缘计算部署与网络架构简化，将端到端传输时延降至10毫秒以内，精准匹配设备协同对实时性的高要求；高带宽能力支持每秒千兆级数据传输，可同时承载设备控制指令、高清监控画面、传感器数据等多类型信息，满足多设备并发通信需求；广连接特性能够实现每平方公里百万级设备接入，适配车间内海量传感器、智能设备的联网需求；此外，通过工业级抗干扰设计与冗余备份机制，5G工业专网具备高可靠性，可在粉尘、电磁干扰等复杂环境下稳定运行，全面契合设备协同控制的技术需求^[1]。

1.3 5G专网与设备协同控制的融合逻辑及关键技术要点

构建5G工业专网与设备协同控制的深度融合逻辑，并明确核心技术要点。融合逻辑以“需求-特性-场景”为核心，基于设备协同的实时性、可靠性、联动性需求，依托5G专网的技术特性，搭建“感知-传输-控制”一体化协同体系，实现设备数据无缝流转与控制指令精准下达。关键技术要点包括三方面：一是网络架构适配，需结合车间布局规划5G基站部署，采用室内分布系统提升信号覆盖均匀性；二是数据传输优化，通过QoS（服务质量）保障机制为控制指令、生产数据分配不同优先级，确保关键信息优先传输；三是协议兼容改造，对传统工业控制协议（如Modbus、Profinet）进行5G适配升级，实现新旧设备与5G专网的互联互通，保障融合应用的可行性与稳定性。

2 5G工业专网在设备协同控制中的应用设计与延迟优化策略

2.1 基于5G专网的设备协同控制架构设计

构建分层协同的设备控制架构，实现5G工业专网与车间设备的深度融合。感知层部署智能传感器、边缘采集终端，实时采集设备运行参数（如转速、温度、工况数据）及生产状态信息，通过5G模组将数据高效上传；传输层依托5G工业专网的切片技术，为不同优先级的控制数据划分专属传输通道，保障关键指令低时延传输，同时搭建边缘计算节点，对采集数据进行预处理与本地决策，减少数据回传时延；控制层整合云端管控平台与本地控制器，基于传输层的数据支撑，实现多设备协同指令的下发、执行状态的实时反馈及异常情况的快速调整，形成“感知-传输-控制”闭环，提升架构整体的响应效率与可靠性^[2]。

2.2 分场景协同控制应用方案

结合智能制造车间不同生产场景需求，制定针对性的5G专网协同控制方案。生产工序联动场景中，通过5G专网实现上下游设备（如数控机床、机械臂、输送线）的数据实时交互，根据前序工序进度动态调整后序设备参数，确保工序衔接无缝化，减少等待时间；多设备协同作业场景下，依托5G广连接特性，将分散的多台同类设备（如多组装配机械臂）纳入统一控制网络，通过云端平台下发协同作业指令，实现动作同步与任务分配优化；远程调控场景中，利用5G低时延与高可靠优势，支持运维人员在远程终端对车间设备进行参数配置、故障诊断及应急操作，打破空间限制，提升设备管理灵活性^[3]。

2.3 多维度延迟优化策略

从网络、资源、协议多维度出发，制定系统的延迟优化策略。网络层面采用网络切片技术，为设备协同控制业务划分独立切片，隔离不同类型数据传输，避免网络拥堵导致的延迟增加；资源调度方面，引入动态资源分配算法，根据设备控制指令的优先级（如紧急停机指令、常规参数调整指令），灵活分配网络带宽与计算资源，确保高优先级指令优先传输与处理；协议优化上，对传统工业通信协议进行轻量化改造，简化数据封装格式，减少协议开销，同时采用边缘计算与云端协同的混合架构，将部分控制逻辑下沉至边缘节点，缩短数据传输距离与处理时间，全面降低整体控制延迟，保障设备协同的实时性。 

3 结语

本研究聚焦智能制造车间设备协同控制的核心需求，完成了基于5G工业专网的协同控制架构设计、分场景应用方案制定及多维度延迟优化策略研究。该架构通过“感知-传输-控制”分层设计实现数据高效流转，分场景方案适配不同生产需求，而网络切片、动态资源调度等优化策略有效降低了传输延迟，三者协同解决了传统网络下设备协同实时性差、可靠性不足的问题，为车间智能化升级提供了完整技术路径。其应用价值在于推动5G工业专网与智能制造的深度融合，显著提升设备协同效率与生产稳定性，为制造业数字化转型提供实践支撑。受研究范围所限，方案在超大规模设备集群场景下的适配性仍需验证，未来可结合AI智能调度算法进一步优化资源分配效率，探索与6G、边缘计算的融合应用，持续拓展5G工业专网在智能制造领域的应用边界与技术深度。

参考文献

[1]王斐,丛培虎."5G+工业互联网"时代的高端装备智能制造对策[J].智慧中国, 2023(9):34-35.

[2]刘南余,江浩,张俊.基于5G技术的智能制造设备远程监控与维护方法:202410276743[P][2025-09-03].

[3]吴艳,张婷,贾燕燕.5G技术在工业互联网中的应用与探讨[J].电视技术, 2022, 46(9):3.