IMT-2020(5G) 推進(jìn)組：電子信息制造業(yè)5G應(yīng)用需求白皮書

IMT-2020(5G)推進(jìn)組電子信息制造業(yè)5G應(yīng)用需求白皮書目錄1引言P1P22電子信息制造業(yè)概述3電子信息制造業(yè)5G的應(yīng)用場景及需求4電子信息制造業(yè)5G的部署與應(yīng)用5結(jié)束語P5P18P27P286主要貢獻(xiàn)單位IMT-2020(5G)推進(jìn)組于2013年2月由中國工業(yè)和信息化部、國家發(fā)展和改革委員會(huì)、科學(xué)技術(shù)部聯(lián)合推動(dòng)成立，組織架構(gòu)基于原IMT-Advanced推進(jìn)組，成員包括中國主要的運(yùn)營商、制造商、高校和研究機(jī)構(gòu)。推進(jìn)組是聚合中國產(chǎn)學(xué)研用力量、推動(dòng)中國第五代移動(dòng)通信技術(shù)研究和開展國際交流與合作的主要平臺(tái)。IMT-2020(5G)推進(jìn)組電子信息制造業(yè)5G應(yīng)用需求白皮書1引言電子信息制造業(yè)（電子產(chǎn)業(yè)）是指研制和生產(chǎn)電子設(shè)備以及各種電子元件、器件、儀器、儀表的工業(yè)，主要由廣播電視設(shè)備、通信導(dǎo)航設(shè)備、雷達(dá)設(shè)備、電子計(jì)算機(jī)、電子元器件、電子儀器儀表和其他電子專用設(shè)備等生產(chǎn)行業(yè)組成。近年來，以智能手機(jī)、智能電器為代表的熱點(diǎn)產(chǎn)品蓬勃發(fā)展，助推電子信息制造業(yè)進(jìn)入快速發(fā)展階段，社會(huì)影響力日益擴(kuò)大,

被各國視為戰(zhàn)略性發(fā)展產(chǎn)業(yè)。目前我國電子信息制造業(yè)在產(chǎn)業(yè)規(guī)模、結(jié)構(gòu)化調(diào)整、自主創(chuàng)新等方面均取得了長足的發(fā)展。另一方面，人口紅利日趨消失，高質(zhì)量、低成本需求日益強(qiáng)烈，也推動(dòng)制造領(lǐng)域的技術(shù)革命，自動(dòng)化、智能化的生產(chǎn)升級(jí)迫在眉睫。在電子信息制造業(yè)，工業(yè)通信是整個(gè)企業(yè)的神經(jīng)系統(tǒng)，自動(dòng)化、智能化的生產(chǎn)更離不開高效、可靠的通信網(wǎng)絡(luò)。然而，在無線通信高度發(fā)達(dá)的今天，制造領(lǐng)域依然普遍采用傳統(tǒng)的有線通信，因?yàn)閭鹘y(tǒng)的無線技術(shù)，無法滿足工業(yè)場景嚴(yán)苛的要求。5G通信技術(shù)克服了傳統(tǒng)無線技術(shù)的局限性，時(shí)延、可靠性等性能取得突破進(jìn)展，為加快現(xiàn)代制造業(yè)的發(fā)展提供了可能。本文將闡述電子信息制造業(yè)的部分應(yīng)用場景，以及5G網(wǎng)絡(luò)在各場景下的需求分析，為5G研發(fā)提供指導(dǎo)方向，同時(shí)為制造企業(yè)提供參考解決方案。1IMT-2020(5G)推進(jìn)組電子信息制造業(yè)5G應(yīng)用需求白皮書2電子信息制造業(yè)概述2.1電子信息制造業(yè)發(fā)展現(xiàn)狀自改革開放以來,我國電子信息制造業(yè)發(fā)展迅猛,

對(duì)社會(huì)變革的影響逐步加大。作為全球制造大國和電子產(chǎn)品消費(fèi)大國，我國電子信息產(chǎn)業(yè)具有產(chǎn)業(yè)規(guī)模大、技術(shù)發(fā)展快、產(chǎn)業(yè)關(guān)聯(lián)度強(qiáng)等特點(diǎn)，為我國經(jīng)濟(jì)發(fā)展做出突出的貢獻(xiàn)。近年來，雖然國家整體經(jīng)濟(jì)形勢(shì)由高速增長逐步轉(zhuǎn)向平穩(wěn)增長，但電子信息產(chǎn)業(yè)仍然保持較快的增長速度，如下圖顯示（數(shù)據(jù)來源：國家工業(yè)和信息化部年份《電子信息產(chǎn)業(yè)統(tǒng)計(jì)》）。圖2-1我國電子信息制造業(yè)年增長率和出口交貨值增長率目前傳統(tǒng)的電子信息制造業(yè)，面臨著迫在眉睫的問題。首先“人口紅利”逐漸消失,新生代勞動(dòng)力對(duì)傳統(tǒng)制造工作持有附加值低、工作枯燥重復(fù)等觀點(diǎn)，導(dǎo)致制造業(yè)嚴(yán)重的用工荒。人力缺乏、人工成本增加對(duì)制造業(yè)構(gòu)成很大的壓力，正在逐步蠶食中國制造業(yè)在世界舞臺(tái)上的競爭力。其次，上游產(chǎn)業(yè)客戶的更高要求和下游產(chǎn)業(yè)的技術(shù)革新，迫使制造領(lǐng)域加快改革步伐。實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化生產(chǎn)，智能化制造是我國擺脫用工荒、增強(qiáng)競爭優(yōu)勢(shì)、提高生產(chǎn)效率、完成產(chǎn)業(yè)升級(jí)的必然選擇。電子信息制造業(yè)在人力成本、上下游壓力和通信技術(shù)發(fā)展的推動(dòng)下，正由現(xiàn)有的人工和簡單的半自動(dòng)化，升級(jí)到未來真正的自動(dòng)化、智能化制造，實(shí)現(xiàn)制造業(yè)發(fā)展的騰飛。2.2電子信息制造業(yè)網(wǎng)絡(luò)通信應(yīng)用現(xiàn)狀電子信息制造企業(yè)內(nèi)的通信網(wǎng)絡(luò)，包括：工廠內(nèi)網(wǎng)絡(luò)和工廠外網(wǎng)絡(luò)。工廠外網(wǎng)絡(luò)，用于連接智能工廠、分支機(jī)構(gòu)、上下游協(xié)作企業(yè)、工業(yè)云數(shù)據(jù)中心、智能產(chǎn)品與用戶等主體，實(shí)現(xiàn)工廠內(nèi)數(shù)據(jù)/應(yīng)用與工廠外云數(shù)據(jù)中心的互聯(lián)，以及協(xié)作企業(yè)/用戶與工廠內(nèi)或者工廠外數(shù)據(jù)中心的互聯(lián)。工廠內(nèi)網(wǎng)絡(luò)，2IMT-2020(5G)推進(jìn)組電子信息制造業(yè)5G應(yīng)用需求白皮書用于連接工廠內(nèi)的各種要素，包括人員、機(jī)器、材料、環(huán)境等，實(shí)現(xiàn)各要素與企業(yè)數(shù)據(jù)中心及應(yīng)用服務(wù)的互聯(lián)，支撐企業(yè)生產(chǎn)的業(yè)務(wù)應(yīng)用。當(dāng)前，工廠內(nèi)網(wǎng)絡(luò)呈現(xiàn)“兩層三級(jí)”的結(jié)構(gòu)，“兩層”指“工廠IT網(wǎng)絡(luò)”和“工廠OT網(wǎng)絡(luò)”，“三級(jí)”指“現(xiàn)場級(jí)”、“車間級(jí)”和“工廠級(jí)/企業(yè)級(jí)”三個(gè)層次。制造領(lǐng)域的工廠內(nèi)網(wǎng)絡(luò)普遍采用有線通信，包括：專用工業(yè)以太網(wǎng)和現(xiàn)場總線。圖2-2工廠內(nèi)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)在現(xiàn)場級(jí)，現(xiàn)場總線被大量用于連接現(xiàn)場傳感器、執(zhí)行器和工業(yè)控制器。由于安全性、可靠性和時(shí)延要求較高，只有少部分場景采用無線通信。在車間級(jí)，網(wǎng)絡(luò)通信用于完成控制器之間、控制器與本地或遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)之間以及控制器與管理系統(tǒng)之間的互聯(lián)，通常采用工業(yè)以太網(wǎng)通信，部分廠家采用的自有通信協(xié)議。由于無線通信基本滿足車間級(jí)通信需求，應(yīng)用空間較大。在工廠級(jí)，企業(yè)IT網(wǎng)絡(luò)通常采用高速以太網(wǎng)以及TCP/IP進(jìn)行互聯(lián)。如何部署無線網(wǎng)絡(luò)實(shí)現(xiàn)現(xiàn)場設(shè)備的互聯(lián)，如何利用先進(jìn)的網(wǎng)絡(luò)技術(shù)實(shí)現(xiàn)現(xiàn)場與管理系統(tǒng)的實(shí)時(shí)、可靠通信，是目前工業(yè)網(wǎng)絡(luò)研究的熱點(diǎn)問題。圖2-3工廠內(nèi)網(wǎng)絡(luò)的通信技術(shù)應(yīng)用比例3IMT-2020(5G)推進(jìn)組電子信息制造業(yè)5G應(yīng)用需求白皮書由此可見，目前無線通信在制造領(lǐng)域中的應(yīng)用較少。一方面，由于傳統(tǒng)工業(yè)生產(chǎn)設(shè)施相對(duì)靜態(tài)和持久，沒有無線連接的需求。另一方面，傳統(tǒng)無線技術(shù)達(dá)不到工業(yè)要求，特別是可靠性、時(shí)延、安全等性能。然而，隨著工業(yè)4.0的到來，柔性化、智能化生產(chǎn)的需求日益強(qiáng)烈，同時(shí)5G通信技術(shù)在可靠性和時(shí)延上的突破，為無線應(yīng)用到制造領(lǐng)域提供了可能。在未來工廠中，由無線通信提供的靈活、移動(dòng)、通用的連接，必將對(duì)制造業(yè)生命周期中的生產(chǎn)、運(yùn)輸和服務(wù)帶來革命性的發(fā)展。2.3電子信息制造業(yè)無線網(wǎng)絡(luò)通信應(yīng)用前景在未來的制造領(lǐng)域，5G通信技術(shù)，為智能制造提供無處不在的可靠連接，大數(shù)據(jù)、人工智能等技術(shù)，為智能制造提供堅(jiān)實(shí)的技術(shù)基礎(chǔ)，從而有效實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)流程、物料、管理和物流的優(yōu)化，故障智能診斷及預(yù)警，生產(chǎn)效率和產(chǎn)品質(zhì)量的提高以及生產(chǎn)成本的壓縮。另一方面，互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)推動(dòng)智能制造領(lǐng)域的數(shù)據(jù)和技術(shù)積累，建立工業(yè)云平臺(tái)，實(shí)現(xiàn)整個(gè)行業(yè)的經(jīng)驗(yàn)積累和共享,為企業(yè)提供以大數(shù)據(jù)及人工智能為基礎(chǔ)的自動(dòng)化、網(wǎng)絡(luò)化、平臺(tái)化的高效率工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)解決方案，引領(lǐng)制造業(yè)向“先進(jìn)制造+工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)”新業(yè)態(tài)的轉(zhuǎn)型升級(jí)。升級(jí)后的電子信息制造業(yè)，將人類體力勞動(dòng)的自動(dòng)化上升到了腦力勞動(dòng)的自動(dòng)化，如：分析、推理、判斷和決策等，把自動(dòng)化制造擴(kuò)展到柔性化、智能化和高度集成化。未來的智能化信息制造業(yè)生產(chǎn)，包括以下幾個(gè)方面：1）控制自動(dòng)化，基于大數(shù)據(jù)和人工智能，實(shí)現(xiàn)先進(jìn)的控制和在線優(yōu)化，從而提高生產(chǎn)質(zhì)量和生產(chǎn)效率。2）智能檢測(cè)，基于實(shí)時(shí)通信技術(shù)，實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)、物流、資產(chǎn)的全流程可監(jiān)控，建立全流程的數(shù)據(jù)采集和監(jiān)控系統(tǒng)。3）智能維護(hù)，基于大數(shù)據(jù)和人工智能，實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)設(shè)備的智能診斷和維修，如：基于虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)，提高巡檢和診斷效率。4）智能周轉(zhuǎn)/物流，基于實(shí)時(shí)通信技術(shù)和實(shí)時(shí)生產(chǎn)信息，實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)物料的智能周轉(zhuǎn)以及智能化運(yùn)輸。5）智能管理，基于大數(shù)據(jù)和機(jī)器學(xué)習(xí)，實(shí)現(xiàn)模型化分析決策、過程量化管理、成本和質(zhì)量動(dòng)態(tài)跟蹤以及一體化協(xié)同優(yōu)化，實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)經(jīng)營、管理和決策的智能優(yōu)化。未來工廠將以柔性化、自動(dòng)化、智能化的生產(chǎn)為特征，而5G通信技術(shù)的誕生為未來工廠提供靈活、低時(shí)延、高可靠的網(wǎng)絡(luò)連接，從而加快電子信息制造產(chǎn)業(yè)的轉(zhuǎn)型升級(jí)，塑造我國信息制造業(yè)競爭新優(yōu)勢(shì)。4IMT-2020(5G)推進(jìn)組電子信息制造業(yè)5G應(yīng)用需求白皮書3電子信息制造業(yè)5G的應(yīng)用場景及需求3.1工業(yè)控制工業(yè)控制系統(tǒng)是指通過計(jì)算、分析工業(yè)設(shè)備及工業(yè)傳感器的數(shù)據(jù)，實(shí)現(xiàn)工業(yè)生產(chǎn)參數(shù)和生產(chǎn)流程的自動(dòng)化控制，以提高生產(chǎn)效率和生產(chǎn)質(zhì)量的工業(yè)自動(dòng)化系統(tǒng)。在電子信息制造業(yè)，根據(jù)覆蓋區(qū)域大小，將工業(yè)控制系統(tǒng)分為三個(gè)場景：設(shè)備內(nèi)部控制、線體內(nèi)及設(shè)備間控制、整個(gè)車間內(nèi)生產(chǎn)控制。圖3-1工業(yè)控制應(yīng)用場景3.1.1設(shè)備內(nèi)控制設(shè)備內(nèi)控制，通常是由傳感器、控制器、執(zhí)行器和工作對(duì)象構(gòu)成的閉環(huán)控制系統(tǒng)，是工業(yè)控制領(lǐng)域最具挑戰(zhàn)性、要求最高的應(yīng)用場景。傳感器檢測(cè)執(zhí)行器或者工作對(duì)象的狀態(tài)，反饋給控制器，控制器根據(jù)狀態(tài)數(shù)據(jù)的實(shí)時(shí)分析，對(duì)執(zhí)行設(shè)備下發(fā)控制指令，如：移動(dòng)部件或者更改配置參數(shù)。圖3-2工業(yè)閉環(huán)控制示意圖5IMT-2020(5G)推進(jìn)組電子信息制造業(yè)5G應(yīng)用需求白皮書設(shè)備內(nèi)控制對(duì)通信鏈路的實(shí)時(shí)性、可靠性、時(shí)鐘同步要求比較嚴(yán)苛，是整個(gè)控制系統(tǒng)可靠性與安全工作的前提。傳統(tǒng)工業(yè)設(shè)備普遍采用現(xiàn)場總線或工業(yè)以太網(wǎng)等有線連接，實(shí)現(xiàn)設(shè)備內(nèi)部控制系統(tǒng)的互聯(lián)互通。下面簡單介紹中興某生產(chǎn)場景：PCB板自動(dòng)貼標(biāo)場景。在該場景中，為了提高貼標(biāo)效率，將12個(gè)PCB板按3行4列組成拼板，同時(shí)進(jìn)行貼裝。生產(chǎn)時(shí)，采取4個(gè)貼標(biāo)頭一次同步吸取4個(gè)條碼標(biāo)簽，并同步貼裝在PCB拼板的對(duì)應(yīng)位置。此時(shí)不僅需要高可靠、低時(shí)延的通信鏈路，而且需要多個(gè)貼標(biāo)頭間的時(shí)鐘嚴(yán)格同步。如果采用5G通信技術(shù)實(shí)現(xiàn)傳感器、執(zhí)行器、控制器之間互聯(lián)，以及設(shè)備內(nèi)部控制系統(tǒng)間通信，需要滿足以下條件。表3-1工業(yè)控制場景中設(shè)備內(nèi)控制的通信需求表注：SIL為安全完整性等級(jí)（Safety

Integrity

Level），由每小時(shí)發(fā)生的危險(xiǎn)失效概率定義。按照國際標(biāo)準(zhǔn)的規(guī)定，安全等級(jí)分為4級(jí)，其中：SIL3失效率為（108-10

）。7由上分析,在電子信息制造業(yè)的設(shè)備內(nèi)控制場景中，5G通信用于實(shí)現(xiàn)控制器、傳感器、執(zhí)行器之間互聯(lián)。由于設(shè)備控制直接決定生產(chǎn)的安全和可靠性，因此對(duì)通信的可靠性、安全性、確定性、時(shí)鐘同6IMT-2020(5G)推進(jìn)組電子信息制造業(yè)5G應(yīng)用需求白皮書步等性能都存在非常嚴(yán)苛的要求。如何將設(shè)備內(nèi)控制場景下的通信鏈路由當(dāng)前的現(xiàn)場總線發(fā)展到5G通信，對(duì)5G通信技術(shù)提出了巨大的挑戰(zhàn)。3.1.2線體內(nèi)及設(shè)備間控制多臺(tái)單機(jī)設(shè)備連線運(yùn)行稱為線體。線體內(nèi)及設(shè)備間控制，指線體內(nèi)部設(shè)備之間，以及相互獨(dú)立的多臺(tái)設(shè)備之間的控制系統(tǒng)。該設(shè)備間的通訊，即：控制器到控制器的通訊(C2C)，主要實(shí)現(xiàn)控制器之間的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)交換和同步，以協(xié)同完成同一任務(wù)。C2C通信，包括周期和非周期數(shù)據(jù)傳輸兩種模式。當(dāng)多臺(tái)設(shè)備必須協(xié)同工作才能完成同一任務(wù)時(shí)，C2C通信對(duì)端到端時(shí)延、業(yè)務(wù)可靠性、設(shè)備間同步有嚴(yán)格的要求，同時(shí)覆蓋區(qū)域遠(yuǎn)大于設(shè)備內(nèi)控制的場景。另一方面，在部分電子信息制造場景中，多臺(tái)設(shè)備工序之間的順序性及耦合性要求不強(qiáng)烈，屬于離散型制造，此時(shí)C2C通信對(duì)設(shè)備間通信的可靠性和時(shí)延要求較低。圖3-3SMT自動(dòng)化生產(chǎn)線示意圖傳統(tǒng)的工業(yè)領(lǐng)域多采用現(xiàn)場總線或工業(yè)以太網(wǎng)，實(shí)現(xiàn)線體內(nèi)及設(shè)備間的互聯(lián)互通。隨著工業(yè)IoT場景的引入，設(shè)備間的連接數(shù)量、交換數(shù)據(jù)量顯著增長，同時(shí)靈活的模塊化智能生產(chǎn)，對(duì)設(shè)備提出了移動(dòng)性、多功能性、即插即用性等要求，而傳統(tǒng)的有線通訊，由于布線復(fù)雜，不能動(dòng)態(tài)調(diào)整、移動(dòng)，無法滿足需求。相比之下，無線通信天然具備靈活性、移動(dòng)性等特點(diǎn)，采用無線通信實(shí)現(xiàn)線體內(nèi)及設(shè)備間的互聯(lián)，可以大大提高設(shè)備交互的有效性和靈活性，為智能化、模塊化生產(chǎn)，甚至柔性生產(chǎn)開辟道7IMT-2020(5G)推進(jìn)組基于AI的智能切片管理和協(xié)同白皮書路。以電子信息制造業(yè)中，一條完整的SMT自動(dòng)化生產(chǎn)線為例。若采用5G無線網(wǎng)絡(luò)實(shí)現(xiàn)C2C通信，完成線體內(nèi)及設(shè)備間控制，其基本要求如下。表3-2工業(yè)控制場景中線體內(nèi)及設(shè)備間控制的通信需求表3.1.3整間車間生產(chǎn)控制在電子信息制造業(yè)中，多個(gè)線體及功能單元構(gòu)成車間。整個(gè)車間內(nèi)，所有的人、機(jī)、料、法、環(huán)等關(guān)鍵因素，需要連接到工廠的控制中心，通過數(shù)據(jù)采集、數(shù)據(jù)計(jì)算等處理，實(shí)現(xiàn)整個(gè)工廠的統(tǒng)一控制、管理、協(xié)調(diào)和共享。在當(dāng)前工廠內(nèi)部，接入設(shè)備眾多、復(fù)雜，且多種接入方式、多種接口協(xié)議、多種網(wǎng)絡(luò)并存，例如：生產(chǎn)設(shè)備采用工業(yè)以太網(wǎng)接入，工人手持終端采用蜂窩無線網(wǎng)絡(luò)(4G)接入，工廠內(nèi)傳感器采用LoRa、ZigBee等無線網(wǎng)絡(luò)接入。同時(shí)，為了保證企業(yè)生產(chǎn)的安全性和隱私性，特別是危險(xiǎn)設(shè)備(污染、爆炸等)，車間內(nèi)通訊網(wǎng)絡(luò)通常要求與公共通訊網(wǎng)絡(luò)隔離部署。車間普遍采用多種通訊方式實(shí)現(xiàn)設(shè)備間的通信，目前現(xiàn)場總線及工業(yè)以太網(wǎng)扮演著重要角色。但8IMT-2020(5G)推進(jìn)組基于AI的智能切片管理和協(xié)同白皮書隨著可靠性和安全性的不斷提高，無線通信逐漸在多種電子信息制造場景中得到應(yīng)用。特別是5G通信具有覆蓋強(qiáng)、可靠性高、吞吐量大、部署靈活等優(yōu)點(diǎn)，在網(wǎng)絡(luò)安全、定制化等方面具有優(yōu)勢(shì)，可以與當(dāng)前工廠內(nèi)其它網(wǎng)絡(luò)有效融合，搭建車間乃至整個(gè)工廠的無盲區(qū)通信網(wǎng)絡(luò)，實(shí)現(xiàn)整個(gè)工廠的統(tǒng)一控制、管理、共享，建設(shè)新型的模塊化、智能化工廠。如果車間部署5G網(wǎng)絡(luò)實(shí)現(xiàn)連接與生產(chǎn)控制，其基本要求如下。表3-3工業(yè)控制場景中車間內(nèi)的通信需求表9IMT-2020(5G)推進(jìn)組電子信息制造業(yè)5G應(yīng)用需求白皮書3.2AGVAGV(自動(dòng)導(dǎo)航車輛AutomaticGuidedVehicle)作為倉庫或工廠內(nèi)的自動(dòng)運(yùn)輸車輛，自動(dòng)完成物料的進(jìn)貨和搬運(yùn)，以及制造品的出庫，在智能制造中起著至關(guān)重要的作用。如下圖所示，AGV在不中斷裝配過程的情況下，自動(dòng)通過一個(gè)制造站點(diǎn)。圖3-4工業(yè)制造中AGV的工作場景AGV自動(dòng)準(zhǔn)確的工作，離不開可靠的通信和導(dǎo)航系統(tǒng)。首先，AGV需要與控制系統(tǒng)、其它AGV以及周邊設(shè)備保持安全可靠的無線通信，對(duì)通信時(shí)延、可靠性、確定性和時(shí)鐘同步提出嚴(yán)格要求。同時(shí)AGV的移動(dòng)性，要求無線網(wǎng)絡(luò)在室內(nèi)外具備連續(xù)覆蓋，并支持無縫切換。目前常用的AGV通信系統(tǒng)是工業(yè)無線局域網(wǎng)，但由于WiFi不可避免的非連續(xù)性問題，多數(shù)AGV需要設(shè)計(jì)“迂回”方案，從而降低了AGV的工作效率。5G通信技術(shù)可以克服WiFi的不足，為AGV帶來功能和性能上的提高。其次，AGV需要準(zhǔn)確的導(dǎo)航系統(tǒng)，指導(dǎo)AGV的行駛路徑。常見的導(dǎo)航方式包括，1.彩條或磁條導(dǎo)航：在地面部署彩條或者磁條等感應(yīng)信號(hào)，實(shí)現(xiàn)導(dǎo)引功能。2.激光定位導(dǎo)航：根據(jù)發(fā)送和接收激光信號(hào)的時(shí)間差和角度，計(jì)算AGV位置，實(shí)現(xiàn)導(dǎo)航功能。3.二維碼定位導(dǎo)航:利用攝像頭掃描地面二維碼，計(jì)算AGV位置，由調(diào)度中心，完成AGV規(guī)劃和調(diào)度。這三種導(dǎo)航方式對(duì)無線網(wǎng)絡(luò)的要求較低，數(shù)據(jù)量通常大于百毫秒級(jí)。同時(shí)在某些大型倉庫中，基于二維碼定位的AGV需要在小于1萬平方米的空間內(nèi)支持幾百個(gè)AGV。另一種迅速崛起的導(dǎo)航方式是基于視覺實(shí)現(xiàn)AGV導(dǎo)航。視覺導(dǎo)航主要借助視覺傳感器，通過神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)學(xué)習(xí)實(shí)現(xiàn)定位，具有擴(kuò)展性強(qiáng)，成本低的優(yōu)點(diǎn)，但設(shè)計(jì)復(fù)雜度高。視覺導(dǎo)航對(duì)無線通訊要求10IMT-2020(5G)推進(jìn)組電子信息制造業(yè)5G應(yīng)用需求白皮書高，如果采用4K或8K攝像頭，且視頻上傳邊緣節(jié)點(diǎn)做實(shí)時(shí)分析，那么無線網(wǎng)絡(luò)需要支持幾十甚至上百M(fèi)bps的吞吐量。未來AGV導(dǎo)航趨于融合導(dǎo)航技術(shù)，如：二維碼+慣性+超聲波融合導(dǎo)航，激光+視覺融合導(dǎo)航等。同時(shí)，為了降低AGV成本、提高擴(kuò)展性，AGV會(huì)將用于處理導(dǎo)航信息的IPC

(Industrial

PC)或PLC，甚至運(yùn)動(dòng)控制單元遷移到邊緣節(jié)點(diǎn)，從而增大了數(shù)據(jù)傳輸量。由此可見，不論導(dǎo)航技術(shù)升級(jí)，還是系統(tǒng)架構(gòu)優(yōu)化，AGV均對(duì)無線通信在吞吐量和時(shí)延方面提出更高的要求。表3-4AGV場景中的通信需求表11IMT-2020(5G)推進(jìn)組電子信息制造業(yè)5G應(yīng)用需求白皮書3.3基于海量傳感器接入的工廠監(jiān)控目前國內(nèi)制造業(yè)的發(fā)展水平參差不齊，部分企業(yè)實(shí)現(xiàn)了生產(chǎn)自動(dòng)化，但是大部分企業(yè)依然停留在工業(yè)2.0水平，甚至大量設(shè)備沒有聯(lián)網(wǎng)。海量傳感器接入技術(shù)為老舊設(shè)備和車間環(huán)境升級(jí)到工業(yè)4.0提供了解決方案。另一方面，現(xiàn)代化工廠也依賴傳感器接入技術(shù)，將設(shè)備、環(huán)境和流程集成在一起，實(shí)現(xiàn)工業(yè)生產(chǎn)的智能化監(jiān)控。傳感器的種類和功能是多樣的，如：溫/濕度傳感器、壓力傳感器、二氧化碳傳感器和攝像頭等，如：富士康車間已經(jīng)部署了10萬種不同類型的傳感器。下面富士康為例，簡單介紹基于傳感器接入實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)監(jiān)控的應(yīng)用場景。能源監(jiān)控：能源是生產(chǎn)制造的關(guān)鍵成本之一，為了提高能源利用率，降低成本，富士康采用電能監(jiān)測(cè)傳感器（電流、電壓、功率、電量）、氣量監(jiān)測(cè)傳感器（氣壓、流量）、水量傳感器（水溫、流量），通過無線網(wǎng)絡(luò)，收集生產(chǎn)過程的能源數(shù)據(jù)，實(shí)現(xiàn)能源用量的實(shí)時(shí)監(jiān)控，從而達(dá)到節(jié)省能耗的目的。產(chǎn)品外觀檢測(cè)：檢測(cè)系統(tǒng)采用4個(gè)高精度攝像頭，通過旋轉(zhuǎn)加工產(chǎn)品收集產(chǎn)品的360度圖像，并利用深度學(xué)習(xí)快速準(zhǔn)確地完成外觀檢測(cè)。目前大量工業(yè)攝像頭被用于產(chǎn)品質(zhì)量檢測(cè)，包括：半成品、成品以及最終包裝。檢測(cè)項(xiàng)目包括：刮傷、臟污、組裝縫隙大、字符印刷不良、表面沾錫、針腳不良等。產(chǎn)品質(zhì)量檢測(cè)：電子信息產(chǎn)品加工經(jīng)常用到十字彈片，十字彈片在加工后，需要做白色溶膠與金屬組件密封檢測(cè)，目前產(chǎn)線大量使用AOI（Automated

Optical

Inspection）進(jìn)行檢測(cè)，但誤殺率偏高，富士康采用攝像頭，通過圖像數(shù)據(jù)完成深度學(xué)習(xí)進(jìn)行二次檢測(cè)，從而提高檢測(cè)的準(zhǔn)確度，減少誤判。圖3-5產(chǎn)品視覺檢測(cè)示意圖以上分析中，有些傳感器屬于低流量、低頻率的數(shù)據(jù)采集，如：溫/濕度傳感器，由于環(huán)境變化緩慢，可采用低采樣率上傳環(huán)境數(shù)據(jù)。有些傳感器屬于低流量、高頻率的數(shù)據(jù)采集，如：電能等能源監(jiān)控傳感器。而攝像頭傳感器則屬于高流量數(shù)據(jù)采集的典型場景，在整個(gè)生產(chǎn)監(jiān)控系統(tǒng)中應(yīng)用廣泛。未12IMT-2020(5G)推進(jìn)組電子信息制造業(yè)5G應(yīng)用需求白皮書來攝像頭將從產(chǎn)品檢測(cè)擴(kuò)展到物料、加工以及生產(chǎn)全過程的監(jiān)控中，包括：生產(chǎn)設(shè)備、移動(dòng)機(jī)器人以及員工的工作監(jiān)控，攝像頭的分辨率也從目前廣泛使用的720p，提高到1080p甚至8K。傳感器產(chǎn)生的數(shù)據(jù)流量和類型，不僅與應(yīng)用場景和傳感器種類有關(guān)，很大程度上也取決于數(shù)據(jù)的處理方式，如：過濾、壓縮、本地處理、云計(jì)算等。簡單的傳感數(shù)據(jù)，如：環(huán)境參數(shù)，可存儲(chǔ)在傳感器設(shè)備內(nèi)部，而復(fù)雜的傳感數(shù)據(jù)，如：視頻，則需由通信網(wǎng)絡(luò)上傳到外部計(jì)算資源進(jìn)行存儲(chǔ)和分析，如：邊緣節(jié)點(diǎn)。未來，當(dāng)柔性化、智能化制造在電子信息制造中成為主流，大量動(dòng)態(tài)的傳感器接入需要部署大連接、高速率和低延時(shí)的無線網(wǎng)絡(luò)作為支撐。如果在車間部署5G網(wǎng)絡(luò)實(shí)現(xiàn)海量傳感器接入，其基本要求如下。表3-5海量傳感器接入場景中的通信需求表13IMT-2020(5G)推進(jìn)組電子信息制造業(yè)5G應(yīng)用需求白皮書3.4工業(yè)VR/AR虛擬現(xiàn)實(shí)VR（Virtual

Reality），則通過計(jì)算機(jī)仿真技術(shù)生成虛擬的全沉浸式、可交互的三維場景，使用戶與現(xiàn)實(shí)世界隔離。而增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)AR（Augmented

Reality），通過在現(xiàn)實(shí)世界環(huán)境和物體中，疊加虛擬信息，實(shí)現(xiàn)對(duì)現(xiàn)實(shí)世界信息的增強(qiáng)，使用戶獲得超感知體驗(yàn)。AR作為智能制造核心的關(guān)鍵技術(shù)，被廣泛應(yīng)用于智能制造。在未來工廠，盡管大量機(jī)器代替了人類工作，但人依然占據(jù)非常重要的角色。利用VR/AR技術(shù)提高工作效率將是智能制造的一大趨勢(shì)。1990年，波音工人首次佩戴AR眼鏡，根據(jù)計(jì)算機(jī)的安裝指導(dǎo)圖像疊加至真實(shí)圖像中，解決復(fù)雜的航空線束裝配問題。未來基于AR的智能巡檢以及遠(yuǎn)程專家系統(tǒng)將迎來廣泛的應(yīng)用前景。在車間，檢修人員佩戴AR眼鏡上傳設(shè)備數(shù)據(jù)，本地或云端將當(dāng)前數(shù)據(jù)與云端數(shù)據(jù)進(jìn)行比對(duì)，分析設(shè)備的工作狀態(tài)，并在畫面中標(biāo)注故障點(diǎn)，輔助設(shè)備檢測(cè)，同時(shí)獲取故障維修指南。當(dāng)遇到疑難故障時(shí)，通過AR眼鏡以第一視角將現(xiàn)場數(shù)據(jù)，發(fā)送給遠(yuǎn)程專家，專家通過語音或?qū)崟r(shí)標(biāo)注畫面等方式，將信息疊加在檢修人員屏幕的操作對(duì)象上，從而極大地提高檢修效率。圖3-6AR工作原理示意圖在工業(yè)制造中，VR適用于3D產(chǎn)品設(shè)計(jì)、員工培訓(xùn)等場景。采用VR技術(shù)，基于3D仿真進(jìn)行產(chǎn)品設(shè)計(jì)和交互，提供設(shè)計(jì)產(chǎn)品的測(cè)試能力，既降低了驗(yàn)證成本，同時(shí)提高了設(shè)計(jì)效率。VR技術(shù)還用于員工培訓(xùn)，特別是工藝復(fù)雜、操作性強(qiáng)的制造領(lǐng)域，通過模擬真實(shí)工作場景，解決傳統(tǒng)培訓(xùn)操作性不足的缺陷。VR/AR技術(shù)存在兩大技術(shù)難點(diǎn)，一是計(jì)算量巨大，導(dǎo)致VR/AR眼鏡硬件成本過高，需要將大量計(jì)算遷移到邊緣側(cè)或者云端，即：云化VR/AR。二是VR/AR的云化依賴大量數(shù)據(jù)和計(jì)算的遷移，導(dǎo)14IMT-2020(5G)推進(jìn)組電子信息制造業(yè)5G應(yīng)用需求白皮書致傳輸數(shù)據(jù)量增大、網(wǎng)絡(luò)時(shí)延加大，從而引發(fā)用戶的暈眩感。FOV注視點(diǎn)渲染技術(shù)可降低云化VR/AR遷移的數(shù)據(jù)量，而ATW異步時(shí)間扭曲技術(shù)可以一定程度降低云化VR/AR對(duì)端到端時(shí)延的需求。如果基于5G網(wǎng)絡(luò)實(shí)現(xiàn)云化VR/AR，挑戰(zhàn)依然很大，其基本要求如下。表3-6工業(yè)AR/VR場景中的通信需求表3.5智能診斷維護(hù)診斷維護(hù)是保障生產(chǎn)設(shè)備及生產(chǎn)線可靠穩(wěn)定運(yùn)行的重要措施。日常診斷維護(hù)由設(shè)備應(yīng)用工程師在現(xiàn)場完成的，而對(duì)于復(fù)雜的疑難問題，往往需要技術(shù)工程師深度參與，實(shí)施智能診斷維護(hù)。智能診斷維護(hù)，是指利用大數(shù)據(jù)分析、機(jī)器學(xué)習(xí)和人工智能等技術(shù)，通過知識(shí)學(xué)習(xí)和問題分析，完成設(shè)備的智能監(jiān)測(cè)、診斷與預(yù)測(cè)，給出改進(jìn)策略，包括：設(shè)備日常監(jiān)測(cè)、維護(hù)及改進(jìn)，以及發(fā)生異常時(shí)，對(duì)異常位置、原因、程度的判斷和維修指導(dǎo)。15IMT-2020(5G)推進(jìn)組電子信息制造業(yè)5G應(yīng)用需求白皮書智能診斷維護(hù)的依據(jù)，包括：設(shè)備控制信息、設(shè)備狀態(tài)信息和傳感器數(shù)據(jù)等。當(dāng)設(shè)備運(yùn)行或者異常時(shí)，實(shí)時(shí)采集設(shè)備數(shù)據(jù)，傳送到云端（公有云或者私有云），在云端基于大數(shù)據(jù)和機(jī)器學(xué)習(xí)算法進(jìn)行分析，判斷設(shè)備當(dāng)前的維護(hù)、改進(jìn)策略，再把決策結(jié)果發(fā)送到設(shè)備端，從而實(shí)現(xiàn)設(shè)備的智能診斷和維護(hù)。診斷維護(hù)的依據(jù)還包括現(xiàn)場的實(shí)時(shí)情況，如：通過AR眼鏡，實(shí)時(shí)將現(xiàn)場情況傳輸?shù)皆贫?，利用云端的專家和人工智能算法，進(jìn)行分析處理和決策。圖3-7工業(yè)智能診斷維護(hù)工作流程圖在電子信息制造業(yè)，任何設(shè)備工作異常都可能導(dǎo)致整個(gè)生產(chǎn)的停滯，造成巨大的經(jīng)濟(jì)損失，因此設(shè)備的實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)和預(yù)測(cè)是及其重要的。同時(shí)，實(shí)時(shí)檢測(cè)設(shè)備狀態(tài)，調(diào)節(jié)設(shè)備參數(shù)，也是提高生產(chǎn)效率和生產(chǎn)質(zhì)量的重要手段。如：在加工制造中，準(zhǔn)確監(jiān)測(cè)和預(yù)測(cè)刀具設(shè)備的受損狀態(tài)，不僅可以提升刀具的使用和生產(chǎn)效率，還可以提高產(chǎn)品質(zhì)量，降低生產(chǎn)成本。在生產(chǎn)過程中，刀具從無損狀態(tài)逐漸磨損為受損狀態(tài)，不同的受損狀態(tài)會(huì)產(chǎn)生不同幅度和頻率的振動(dòng)。通過對(duì)設(shè)備振動(dòng)數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)采集、特征提取和計(jì)算處理，可以實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)和預(yù)測(cè)刀具磨損狀態(tài)。此外，融合傳感器技術(shù)是設(shè)備智能診斷的研究方向，如：采集攝像頭、聲音和振動(dòng)傳感器數(shù)據(jù)，發(fā)送到邊緣或云端服務(wù)器分析處理，從而實(shí)現(xiàn)電機(jī)的集中監(jiān)測(cè)和診斷。在智能診斷場景中，通信網(wǎng)絡(luò)需要提供較大的通信容量，但對(duì)于傳輸時(shí)延不敏感，AR/VR需求除外。如：富士康廠區(qū)約有16IMT-2020(5G)推進(jìn)組電子信息制造業(yè)5G應(yīng)用需求白皮書100000臺(tái)數(shù)控機(jī)床，每臺(tái)機(jī)床最大轉(zhuǎn)速約180000轉(zhuǎn)/分，數(shù)據(jù)采集頻率約15kHz，則產(chǎn)生的原始數(shù)據(jù)約720kbps。如果在車間部署5G網(wǎng)絡(luò)實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)設(shè)備的智能診斷維護(hù)，其基本要求如下。表3-7智能診斷維護(hù)場景中的通信需求表17IMT-2020(5G)推進(jìn)組電子信息制造業(yè)5G應(yīng)用需求白皮書4電子信息制造業(yè)5G的部署與應(yīng)用4.15G核心技術(shù)與傳統(tǒng)無線通信技術(shù)相比，5G融合多種關(guān)鍵技術(shù)，實(shí)現(xiàn)可靠性、時(shí)延和吞吐量等性能的突破，從而為5G在工業(yè)領(lǐng)域的應(yīng)用部署提供了可能。5G核心技術(shù)包括：增強(qiáng)移動(dòng)寬帶（eMBB）、超高可靠低時(shí)延通信（URLLC）、海量機(jī)器通信（mMTC）、網(wǎng)絡(luò)切片技術(shù)（Network

Slicing）、邊緣計(jì)算（MEC）等。圖4-15G性能指標(biāo)圖增強(qiáng)移動(dòng)寬帶（eMBB），在密集加工車間為用戶提供1Gbps體驗(yàn)速率和10Gbps峰值速率，相比于4G，提供更高速率、更低時(shí)延和更高容量。在頻域方面，5G下行引入多種子載波間隔，提高載波聚合效率，上行引入OFDMA技術(shù)，高效分配上行頻譜資源，增強(qiáng)上行傳輸性能。在時(shí)域方面，5G支持基于OFDM符號(hào)的時(shí)域分配，提升時(shí)域調(diào)度靈活性，并壓縮符號(hào)周期，從而最大限度降低傳輸時(shí)延。在空域方面，5G持續(xù)增強(qiáng)MIMO技術(shù)，引入多波束技術(shù)，提高5G在高頻段的覆蓋范圍。在碼域方面，5G引入LDPC編碼和極化碼，高效處理大帶寬數(shù)據(jù)，提高5G控制信令的傳輸可靠性。超高可靠低時(shí)延通信（URLLC）為工業(yè)制造提供低時(shí)延、高可靠的連接，實(shí)現(xiàn)0.5-1ms的空口傳輸時(shí)延。在可靠方面，為了達(dá)到99.999%的可靠性指標(biāo)，URLLC引入調(diào)制編碼組合（MCS），支持臨時(shí)將eMBB資源重新分配給URLLC業(yè)務(wù)的調(diào)度能力。在低時(shí)延方面，5G引入上行免調(diào)度技術(shù)，URLLC終端可以基于預(yù)配置的資源直接發(fā)送上行數(shù)據(jù)，從而大大縮短上行傳輸時(shí)延。18IMT-2020(5G)推進(jìn)組電子信息制造業(yè)5G應(yīng)用需求白皮書5G支持海量機(jī)器通信（mMTC），可提供超千億的網(wǎng)絡(luò)連接能力。為了實(shí)現(xiàn)海量機(jī)器連接，3GPP對(duì)NB-IoT、eMTC作了一系列增強(qiáng)。在NB-IOT基礎(chǔ)上，進(jìn)一步降低時(shí)延與能耗，增強(qiáng)隨機(jī)接入可靠性、功率控制和覆蓋范圍，縮短系統(tǒng)接入時(shí)間，支持隨機(jī)接入的小包傳輸，增強(qiáng)獨(dú)立運(yùn)營模式等。在eMTC基礎(chǔ)上，支持高速移動(dòng)、低功率終端，縮短系統(tǒng)接入時(shí)間，支持隨機(jī)接入的小包傳輸，提高數(shù)據(jù)信道頻譜效率等。5G網(wǎng)絡(luò)切片（NetworkSlicing）是指在一組共享的物理網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)架構(gòu)上，運(yùn)行多個(gè)邏輯網(wǎng)絡(luò)的資源管理方法。每個(gè)邏輯網(wǎng)絡(luò)之間是隔離的，提供定制的網(wǎng)絡(luò)特性（如帶寬、延時(shí)、容量等）、計(jì)算特性和存儲(chǔ)資源特性，以滿足不同業(yè)務(wù)在網(wǎng)絡(luò)性能方面的不同需求。在工業(yè)制造場景中，不同應(yīng)用對(duì)網(wǎng)絡(luò)的需求都不一樣，工業(yè)控制對(duì)網(wǎng)絡(luò)可靠性和時(shí)延要求高，而對(duì)吞吐量要求低，工業(yè)AR/VR對(duì)網(wǎng)絡(luò)吞吐量和時(shí)延要求高，海量傳感器接入對(duì)網(wǎng)絡(luò)接入容量和時(shí)延要求高，而對(duì)吞吐量不敏感。5G網(wǎng)絡(luò)切片通過在共享物理網(wǎng)絡(luò)上，為不同應(yīng)用劃分多個(gè)網(wǎng)絡(luò)分片，保證分片間運(yùn)行和管理的隔離性，從而使一個(gè)5G網(wǎng)絡(luò)滿足多種業(yè)務(wù)場景的需求。邊緣計(jì)算（MEC）是指在數(shù)據(jù)源頭或者靠近用戶的網(wǎng)絡(luò)邊緣側(cè)，融合網(wǎng)絡(luò)、計(jì)算、存儲(chǔ)、應(yīng)用核心能力的開放平臺(tái)，為用戶提供邊緣化智能服務(wù)，使計(jì)算、存儲(chǔ)和網(wǎng)絡(luò)資源滿足實(shí)時(shí)、數(shù)據(jù)優(yōu)化、應(yīng)用智能、安全與隱私保護(hù)等方面的關(guān)鍵需求。邊緣計(jì)算可以將工業(yè)應(yīng)用部署車間內(nèi)部或者工廠內(nèi)部，既可以降低傳輸時(shí)延，降低網(wǎng)絡(luò)負(fù)載，同時(shí)滿足用戶對(duì)工業(yè)安全和可靠性的要求。4.2網(wǎng)絡(luò)部署與運(yùn)營在電子信息制造業(yè)，不同的行業(yè)、不同的企業(yè)存在不同的應(yīng)用訴求。對(duì)于某些企業(yè)，多個(gè)車間位于同一廠區(qū)，生產(chǎn)相同產(chǎn)品，而對(duì)于其它企業(yè)，一部分車間服務(wù)于同一外部客戶，生產(chǎn)同一系列產(chǎn)品，另一部分車間生產(chǎn)另一系列產(chǎn)品，服務(wù)于另一客戶。某些車間，需要絕對(duì)的隔離，機(jī)密性和安全性至關(guān)重要。而某些車間則需要與其它廠區(qū)和企業(yè)共享生產(chǎn)數(shù)據(jù)，以完成生產(chǎn)的分析、優(yōu)化和決策。為了滿足企業(yè)多樣化的需求，可以采用物理和虛擬兩種隔離策略，完成5G網(wǎng)絡(luò)部署。虛擬隔離部署的優(yōu)勢(shì)，在于靈活性和資源共享，可以大大降低企業(yè)的運(yùn)營和維護(hù)成本，也便于大型制造企業(yè)實(shí)現(xiàn)多個(gè)異地廠區(qū)的統(tǒng)一管理。同時(shí)需要注意，當(dāng)采用第三方網(wǎng)絡(luò)運(yùn)營商時(shí)，必須提供準(zhǔn)確的SLA監(jiān)控，避免違反SLA導(dǎo)致嚴(yán)重的責(zé)任糾紛，影響企業(yè)的正常運(yùn)營。虛擬隔離部署又分為兩種模式，即：邊緣部署模式和網(wǎng)絡(luò)切片部署模式。邊緣部署模式如圖4-2所示，分為三種形態(tài)：1.業(yè)務(wù)通過邊緣計(jì)算平臺(tái)接入業(yè)務(wù)系統(tǒng)，邊緣計(jì)算平臺(tái)采用運(yùn)營商邊緣計(jì)算云平臺(tái)，即：MEC。19IMT-2020(5G)推進(jìn)組電子信息制造業(yè)5G應(yīng)用需求白皮書2.業(yè)務(wù)通過邊緣計(jì)算平臺(tái)接入業(yè)務(wù)系統(tǒng)，邊緣計(jì)算平臺(tái)采用工業(yè)企業(yè)邊緣計(jì)算云平臺(tái)，即：私有3.業(yè)務(wù)基于UPF下沉，通過5G基站接入業(yè)務(wù)系統(tǒng)，如：MES、SCADA等。云。圖4-25G虛擬隔離部署

-邊緣部署模式網(wǎng)絡(luò)切片部署模式如圖4-3所示，分為兩種形態(tài)：1.5G邊緣DC是運(yùn)營商或企業(yè)建立的5G專用核心網(wǎng)。2.5G邊緣DC是運(yùn)營商共用核心網(wǎng)。物理隔離的5G專網(wǎng)部署，可以降低外界干擾的風(fēng)險(xiǎn)，對(duì)生產(chǎn)數(shù)據(jù)的安全性和隔離性更有保證，便于廠區(qū)或者車間內(nèi)部獨(dú)立的生產(chǎn)管理。電子信息制造是高科技生產(chǎn)，制造過程中的關(guān)鍵生產(chǎn)數(shù)據(jù)對(duì)制造企業(yè)極其敏感，因此，客戶以及企業(yè)對(duì)安全保密性要求很高。圖4-35G虛擬隔離部署

-網(wǎng)絡(luò)切片部署模式20IMT-2020(5G)推進(jìn)組電子信息制造業(yè)5G應(yīng)用需求白皮書另外對(duì)于某些企業(yè)，產(chǎn)品的生產(chǎn)過程是完全孤立的，或者生產(chǎn)應(yīng)用僅局限于小區(qū)域，只需要數(shù)據(jù)的本地化處理，不需要與公共網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行交互，如：工業(yè)控制、運(yùn)動(dòng)控制等。該場景下，建議部署物理隔離網(wǎng)絡(luò)，即：私有5G基站和私有5G核心網(wǎng)。其次，當(dāng)企業(yè)有能力，且有需求由工廠自身完成網(wǎng)絡(luò)維護(hù)和管理，以便完全監(jiān)督、控制網(wǎng)絡(luò)，制定靈活的計(jì)劃表，實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)線安裝和升級(jí)時(shí)，可以部署5G物理隔離網(wǎng)絡(luò)，如圖廠區(qū)1。圖4-45G物理隔離部署當(dāng)多個(gè)產(chǎn)線生產(chǎn)同一類產(chǎn)品，或者多個(gè)無隔離要求的產(chǎn)線，同時(shí)優(yōu)化升級(jí)，或者產(chǎn)線依賴大量計(jì)算、存儲(chǔ)和低時(shí)延需求時(shí),如：AGV、工業(yè)VR/AR等，可以部署由多個(gè)產(chǎn)線共享的邊緣計(jì)算節(jié)點(diǎn)，結(jié)合核心網(wǎng)的5G網(wǎng)絡(luò)，并根據(jù)企業(yè)的自身能力和需求，選擇物理隔離或者虛擬隔離兩種部署方案。如圖4-4中廠區(qū)2、3和4，基于網(wǎng)絡(luò)切片技術(shù)，在同一網(wǎng)絡(luò)下，滿足不同業(yè)務(wù)的傳輸需求，一個(gè)網(wǎng)絡(luò)切片用于傳輸關(guān)鍵和低延遲業(yè)務(wù)，另一切片用于大規(guī)模傳感器接入業(yè)務(wù)。廠區(qū)物流一般由統(tǒng)一的后端物流系統(tǒng)管理。因?yàn)槲锪髟O(shè)備往返于廠區(qū)內(nèi)多個(gè)部門之間，活動(dòng)范圍廣，且大部分區(qū)域位于室外。因此，需要部署一個(gè)5G物流網(wǎng)絡(luò)，覆蓋整個(gè)廠區(qū)，以及不同的部門，并實(shí)現(xiàn)不同部門間物流數(shù)據(jù)共享。該網(wǎng)絡(luò)根據(jù)企業(yè)自身需求，可以選擇物理隔離或者虛擬隔離兩種部署模式。海量傳感器接入和智能診斷維護(hù)依賴于大數(shù)據(jù)分析和機(jī)器學(xué)習(xí)等算法，需要與公共網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行交互，因此，可以基于網(wǎng)絡(luò)切片技術(shù)完成虛擬隔離部署，實(shí)現(xiàn)不同業(yè)務(wù)的安全隔離，并將大數(shù)據(jù)和機(jī)器學(xué)習(xí)部署在公有云端。21IMT-2020(5G)推進(jìn)組電子信息制造業(yè)5G應(yīng)用需求白皮書4.3電子信息制造業(yè)基于5G的應(yīng)用案例4.3.1工業(yè)控制應(yīng)用案例

圖4-5SMT車間工作示意圖在電子信息制造業(yè)，對(duì)于復(fù)雜的、龐大的生產(chǎn)線，特別是涉及多重工序、多種設(shè)備，且加工區(qū)域不連續(xù)的生產(chǎn)線，部署5G通訊網(wǎng)絡(luò)，不僅可以提高工廠自動(dòng)化和智能化水平，還可以降低成本，提高生產(chǎn)效率。在該場景中，車間針對(duì)相關(guān)設(shè)備安裝傳感器，完成設(shè)備狀態(tài)的連續(xù)監(jiān)測(cè)，并將監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)發(fā)送到控制中心后，控制中心根據(jù)傳感數(shù)據(jù)進(jìn)行生產(chǎn)決策，從而實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化的閉環(huán)控制。以中興SMT加工車間為例，為了保證生產(chǎn)線的可靠運(yùn)行，工廠在各階段的相關(guān)設(shè)備上安裝傳感器，實(shí)時(shí)感知設(shè)備狀態(tài)，并上報(bào)控制中心，由控制中心實(shí)時(shí)進(jìn)行生產(chǎn)決策。如圖4-6所示，在車間通信網(wǎng)絡(luò)中，各個(gè)工序的生產(chǎn)設(shè)備，通過工業(yè)網(wǎng)關(guān)接入無線網(wǎng)絡(luò)，如：配置5G終端的周轉(zhuǎn)設(shè)備，實(shí)現(xiàn)各分離工序的生產(chǎn)流程接續(xù)；配置5G終端的工人、托盤等周轉(zhuǎn)載具，實(shí)時(shí)上報(bào)工作狀態(tài)，并更新生產(chǎn)指令。5G無線網(wǎng)絡(luò)與工業(yè)以太網(wǎng)及現(xiàn)場總線等有線通信配合，實(shí)現(xiàn)有線與無線通信的無縫集成。工業(yè)網(wǎng)關(guān)完成各工序設(shè)備有線和無線接入后，實(shí)現(xiàn)相關(guān)通信協(xié)議的適配，然后發(fā)送到邊緣計(jì)算中心，由邊緣計(jì)算中心根據(jù)當(dāng)前業(yè)務(wù)類型，將業(yè)務(wù)分流到企業(yè)私有云或者外部公有云，22IMT-2020(5G)推進(jìn)組電子信息制造業(yè)5G應(yīng)用需求白皮書在云端完成相關(guān)業(yè)務(wù)的計(jì)算、存儲(chǔ)和處理工作，最后將處理結(jié)果，即：決策信令發(fā)送回相關(guān)設(shè)備。圖4-6工業(yè)控制場景中的應(yīng)用案例4.3.2AGV應(yīng)用案例如3.2節(jié)所述，電子信息制造工廠離不開不同類型的AGV，當(dāng)前最典型的AGV是PLC/IPC、運(yùn)動(dòng)控制和馬達(dá)電機(jī)安裝在AGV車內(nèi)，如圖4-7車1,AGV的中控系統(tǒng)部署在網(wǎng)絡(luò)邊緣，由5G網(wǎng)絡(luò)實(shí)現(xiàn)AGV無線通信。未來，AGV將轉(zhuǎn)向虛擬PLC/IPC領(lǐng)域,PLC/IPC將逐漸轉(zhuǎn)移到網(wǎng)絡(luò)邊緣節(jié)點(diǎn)，如圖中車2，甚至為了更全面和通用的協(xié)調(diào)資源，將運(yùn)動(dòng)控制也轉(zhuǎn)移到邊緣節(jié)點(diǎn)，如圖中車3，從而對(duì)5G無線網(wǎng)絡(luò)在時(shí)延、吞吐量和可靠性提出較高的要求。隨著AGV的不斷升級(jí)以及VSLAM（視覺導(dǎo)航）方案的日趨成熟，AGV會(huì)安裝多個(gè)攝像頭，將基于圖像識(shí)別的導(dǎo)航算法部署在邊緣節(jié)點(diǎn)。此外，AGV機(jī)械臂技術(shù)（包括：AI、電池壽命)的發(fā)展，會(huì)真正釋放5G網(wǎng)絡(luò)潛力,將5G連接擴(kuò)展到工廠的移動(dòng)設(shè)備上，如：移動(dòng)運(yùn)輸機(jī)的機(jī)械臂、倉儲(chǔ)設(shè)備和電梯等，并在邊緣節(jié)點(diǎn)實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)數(shù)據(jù)的聚合和處理，從而將傳統(tǒng)的信息制造轉(zhuǎn)變?yōu)檎嬲闹悄苤圃臁?/p>

圖4-7AGV場景中的應(yīng)用案例23IMT-2020(5G)推進(jìn)組電子信息制造業(yè)5G應(yīng)用需求白皮書4.3.3基于海量終端接入的工廠監(jiān)控應(yīng)用案例如3.3節(jié)所述，大量傳感器被部署到生產(chǎn)環(huán)境和生產(chǎn)設(shè)備中，推動(dòng)制造領(lǐng)域向自動(dòng)化、智能化方向發(fā)展。如圖所示，分辨率高達(dá)8K的工業(yè)攝像機(jī)、聲音檢測(cè)傳感器和溫度傳感器被安裝在生產(chǎn)線上，以監(jiān)控生產(chǎn)線生產(chǎn)情況，執(zhí)行生產(chǎn)質(zhì)量檢查。傳感器還安裝在關(guān)鍵位置，用于預(yù)防意外事故（如：火災(zāi)），或者安裝在相關(guān)工具上，如：滅火器，以確保其工作狀態(tài)正常。5G海量接入和低功耗終端的特性，促進(jìn)長周期、小數(shù)據(jù)包的傳感器更