5G將如何改變工業(yè)

為什么是5G？

對于5G，華為提出了幾個特征：峰值網(wǎng)絡速率達到10Gbps、網(wǎng)絡傳輸速度比4G快10~100倍；網(wǎng)絡時延從4G的50毫秒縮短到1毫秒；滿足1000億量級的網(wǎng)絡連接、整個移動網(wǎng)絡的每比特能耗降低1000倍。從中我們可以看出，5G是一個擁有“多重人格”的網(wǎng)絡，除了網(wǎng)速快之外，還有具有時延低、支持海量連接、支持高速移動等特點。高速度、低時延和海量連接這三大特點，也創(chuàng)造了5G的三大應用場景：增強移動互聯(lián)網(wǎng)（eMBB）、海量物聯(lián)網(wǎng)連接（mMTC）和高可靠低時延通信（uRLLC）。這三大應用共同構建了5G的整體應用體系。

國際電信聯(lián)盟（ITU)5G愿景白皮書其中，海量機器連接和高可靠低時延應用是前4代網(wǎng)絡中從未出現(xiàn)過的能力，也是5G應用于工業(yè)最為重要的基礎。海量機器連接使得工廠中大規(guī)模的人與人、人與物，物與物的互聯(lián)成為可能，高可靠低時延應用則可以讓智能工廠擁有更加敏銳的神經(jīng)系統(tǒng)。但在實際應用中，不同場景對于網(wǎng)絡速度、連接量和時延等網(wǎng)絡特性的要求其實是不同的，有的甚至是矛盾的。譬如，在自動駕駛中，需要極低的時延，以保證安全，但不一定需要高網(wǎng)速；但如果同行人在看一場高清的節(jié)目直播時，則更在乎高網(wǎng)速帶來的高清畫質，時效上，整體延后一些是沒有影響的。所以，如果能把網(wǎng)絡拆開、細化，就可以更好、更靈活地應對不同場景的需求。這時5G的一個關鍵概念登場了——切片。嗯，不是面包的切片，但如果切出來的每一片面包都能發(fā)揮不同的功能，那這二者也有一些相似之處。簡單來說，網(wǎng)絡切片就是將一個物理網(wǎng)絡，按應用場景切割成多個虛擬的端到端的網(wǎng)絡，每一個虛擬網(wǎng)絡都可獲得邏輯獨立的網(wǎng)絡資源，且各切片之間可相互絕緣。因此，當某一個切片中產生錯誤或故障時，并不會影響其他切片。而5G切片，就是將5G網(wǎng)絡切出多張?zhí)摂M網(wǎng)絡，從而支持更多的應用場景。網(wǎng)絡切片的優(yōu)勢在于其能讓用戶自己選擇每個切片所需的特性，例如低時延、高網(wǎng)絡速度、高連接密度等等。不僅如此，用戶對切片的更改和增加，不會影響其他切片網(wǎng)絡，既節(jié)省了時間又降低了成本支出。切片大大擴展了5G的應用場景。在可以預見的未來，隨著5G核心網(wǎng)實現(xiàn)更細的拆分，更加模塊化和軟件化，5G將可以滿足越來越多的場景要求，甚至通吃所有用戶。

5G將深入哪些工業(yè)場景？

對于工業(yè)領域來說，當前急需通過5G來解決領域內現(xiàn)有無線技術的應用困境。隨著智能制造和工業(yè)4.0的推進，工廠內的智能設備和傳感器將越來越多，5G在幫助企業(yè)部署大容量物聯(lián)網(wǎng)和高可靠低時延應用中將扮演重要的角色，可以滿足工業(yè)環(huán)境下設備互聯(lián)和遠程交互應用需求。通過與工業(yè)控制、物聯(lián)網(wǎng)、人工智能、大數(shù)據(jù)、邊緣計算、云計算以及AR/VR等技術的結合，5G預計將率先進入以下工業(yè)場景。工業(yè)AR

工業(yè)AR將成為5G的重要應用，兩者結合后可以應用于幾大場景，包括：數(shù)字設計協(xié)同、實現(xiàn)人機協(xié)作、監(jiān)控生產流程、新員工崗前培訓、質量的檢測、遠程輔助操作、遠程運維的支持等。譬如，當網(wǎng)絡發(fā)出報警提示一臺設備需要維修時，遠程工程師可以通過5G網(wǎng)絡遠程指導現(xiàn)場使用5G頭戴式AR設備的技術人員，完成設備的維修過程。

機器視覺

機器視覺在制造企業(yè)已經(jīng)越來越普及，機器視覺在檢測方面對網(wǎng)絡帶寬提出了很高的要求，而5G將可以很好地滿足這一需求。

自動化控制

自動化控制是制造工廠中的基礎應用，核心是閉環(huán)控制系統(tǒng)。自動化控制需要網(wǎng)絡高可靠低時延。在該系統(tǒng)的控制周期內每個傳感器進行連續(xù)測量，測量數(shù)據(jù)傳輸給控制器以設定執(zhí)行器。典型的閉環(huán)控制過程周期低至毫秒級別，所以系統(tǒng)通信的時延需要達到毫秒級別以保證控制系統(tǒng)實現(xiàn)精確控制，同時對可靠性也有極高的要求。5G的出現(xiàn)將可以滿足自動化控制領域的無線應用，無線設備也將在智能工廠中越來越普及。運營優(yōu)化

工廠中不斷增加的智能設備和傳感器將產生比以往更多的信息。快速收集和處理這些信息可以幫助企業(yè)優(yōu)化操作，從而提高生產力。5G網(wǎng)絡的低時延和高帶寬功能可以支持不斷增大的數(shù)據(jù)流。預測性維護

5G連接的傳感器可以提供有關設備性能的實時信息，包括振動、溫度和噪聲等數(shù)據(jù)。結合機器學習，這些數(shù)據(jù)可以幫助企業(yè)預測設備何時即將發(fā)生故障，從而避免設備停機。機器人

利用高可靠性網(wǎng)絡的連續(xù)覆蓋，5G使得機器人在移動過程中活動區(qū)域不受限，按需到達各個地點，在各種場景中進行不間斷工作以及工作內容的平滑切換。此外，5G可構建連接工廠內外的人和機器為中心的全方位信息生態(tài)系統(tǒng)，使得系統(tǒng)實時監(jiān)控，設備實時維穩(wěn)。物料跟蹤在5G的幫助下，未來，工廠中每個物體都是一個有唯一“身份”的終端，使生產環(huán)節(jié)的原材料都具有“信息”屬性。原材料會根據(jù)“信息”自動生產和維護。除了上述對未來應用的預期，目前，5G在電網(wǎng)、港口、煉油廠、飛機廠、鋼鐵廠、機械加工等行業(yè)都有了現(xiàn)實的案例。例如，青島港新前灣自動化碼頭成功實現(xiàn)了基于5G連接的自動岸橋吊車控制操作、抓取和運輸集裝箱。通過5G助陣，中國寶武在千米之外、輕點按鍵，實現(xiàn)了從轉爐冶煉到出鋼的全流程自動化“一鍵煉鋼”。