5G技術(shù)能為智能制造賦能哪些？
2020-12-18 13:37閱讀數(shù)：1457
所謂5G，即第五代移動通信技術(shù)。如果說4G技術(shù)的主要優(yōu)勢在于數(shù)據(jù)傳輸速度快，能夠以50倍于3G的速度在網(wǎng)上瀏覽，那么，作為網(wǎng)速約20倍于4G的5G技術(shù)，其價值不僅在于快，更在于能夠每平方公里連接100萬個以上的物體、通信傳輸?shù)腻e誤率為10的負(fù)9次方、時延可達到毫秒量級。
智能制造如何應(yīng)用5G是與5G的特點息息相關(guān)的，5G目前公認(rèn)的有如下幾個特點:增強移動寬帶：主要面向3D/超高清視頻等大流量移動寬帶業(yè)務(wù)，eMBB除了在6GHz以下的頻譜發(fā)展相關(guān)技術(shù)，也會發(fā)展在6GHz以上的頻譜。而小型基地臺將會是發(fā)展eMBB的重要設(shè)備，由于目前6GHz以下的頻譜，大多是以大型基地臺發(fā)展的傳統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)模式為主，而較以6GHz以上頻譜的毫米波技術(shù)，便須要小型基地臺來把速度沖得更快。海量機器類通信：主要面向大規(guī)模物聯(lián)網(wǎng)業(yè)務(wù)。mMTC將會發(fā)展在6GHz以下的頻段，其將會應(yīng)用在大規(guī)模物聯(lián)網(wǎng)上，目前較可見的發(fā)展是NB-IoT。以往普遍的Wi-Fi、Zigbee、藍牙等，較屬于家庭用的小范圍技術(shù)，回傳線路主要都是靠LTE，近期隨著大范圍覆蓋的NB-IoT、LoRa等技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)的出爐，可望讓物聯(lián)網(wǎng)的發(fā)展更為廣泛。超可靠低時延：主要面向無人駕駛、工業(yè)自動化等需要低時延、高可靠連接的業(yè)務(wù)。在智慧工廠，由于大量的機器都內(nèi)建傳感器，從傳感器、后端網(wǎng)絡(luò)、下指令，再傳送回機器本身的這些過程，若以現(xiàn)有的網(wǎng)絡(luò)傳輸，將出現(xiàn)很明顯的延遲，可能引發(fā)工安事故。有鑒于此，URLLC將網(wǎng)絡(luò)等待時間的目標(biāo)壓低到1毫秒以下。未來的工廠是數(shù)字虛擬和物理現(xiàn)實相融合，ICT技術(shù)與現(xiàn)代制造業(yè)相融合，以提高工業(yè)生產(chǎn)的靈活性、可追溯性、多功能性和生產(chǎn)效率，為制造業(yè)開辟新的商業(yè)模式。工廠內(nèi)部和外部之間的界限也越來越模糊，工廠不再是獨立的封閉實體，而是龐大的價值鏈和生態(tài)系統(tǒng)的一部分，這就是所謂的“虛擬工廠”。
那么根據(jù)5G的技術(shù)特點，5G可能支持的業(yè)務(wù)場景包含：5G技術(shù)與傳統(tǒng)制造企業(yè)的應(yīng)用需求相結(jié)合，可以產(chǎn)生物聯(lián)網(wǎng)、工業(yè)自動化控制、物流追蹤、工業(yè)AR、云化機器人等應(yīng)用場景。1. 數(shù)據(jù)串聯(lián)：隨著數(shù)字化轉(zhuǎn)型的逐漸推進，物聯(lián)網(wǎng)作為連接人、機、料、法、環(huán)、測等多業(yè)務(wù)元素，通過5G數(shù)據(jù)傳輸快、傳輸量大等特點滿足串聯(lián)制造過程中各個環(huán)節(jié)的需求，用于智能工廠當(dāng)中數(shù)據(jù)串聯(lián)與正反向追溯。
2. 自動化控制：之前的工業(yè)自動化控制都是通過工廠自動化總線來控制，但是這種應(yīng)用模式造成傳輸距離有限，無法滿足遠(yuǎn)距離操作控制需求；5G可提供極低時延長、高可靠等技術(shù)，無法工程機械操作成為可能。3. 端到端集成：由于數(shù)字化轉(zhuǎn)型盛行，部分企業(yè)將業(yè)務(wù)范疇由制造端拓展到服務(wù)端，則需要端到端整合跨越產(chǎn)品的整個生命周期，要連接分布廣泛的已售出的商品，需要低功耗、低成本和廣覆蓋的網(wǎng)絡(luò)，企業(yè)內(nèi)部各個部門與企業(yè)之間（上下游企業(yè)）的橫向集成也網(wǎng)絡(luò)傳輸數(shù)據(jù)，5G的技術(shù)特點剛好滿足該類需求。4. 工業(yè)AR：在流程式生產(chǎn)企業(yè)中，需要人為到現(xiàn)場巡檢、設(shè)備監(jiān)控等，但是由于部分設(shè)備所處環(huán)境惡劣，比如核電廠設(shè)備巡檢，但為了保障設(shè)備的正常運轉(zhuǎn)、監(jiān)控工藝的貫徹執(zhí)行（溫度、壓力等），需要人為頻繁涉險。這種情形下增強現(xiàn)實AR將發(fā)揮很關(guān)鍵作用，遠(yuǎn)程專家業(yè)務(wù)支撐，例如遠(yuǎn)程維護。在這些應(yīng)用中，輔助AR設(shè)施需要最大程度具備靈活性和輕便性，以便維護工作高效開展。5. 云化機器人：在智能制造生產(chǎn)場景中，需要機器人有自組織和協(xié)同的能力來滿足柔性生產(chǎn)，這就帶來了機器人對云化的需求。5G網(wǎng)絡(luò)是云化機器人理想的通信網(wǎng)絡(luò)，是使能云化機器人的關(guān)鍵。
5G技術(shù)倒逼制造行業(yè)產(chǎn)業(yè)升級：當(dāng)前制造業(yè)的轉(zhuǎn)型可以看作是自動化升級和信息技術(shù)的融合提升，這不僅僅是自動化和機器換人，而且工廠能實現(xiàn)自主化決策，靈活生產(chǎn)出多樣化的產(chǎn)品，并能快速應(yīng)對更多的市場變化。人工智能和制造系統(tǒng)的結(jié)合將是必然的，利用機器學(xué)習(xí)、模式識別、認(rèn)知分析等算法模型，可以提升工廠質(zhì)量控制與生產(chǎn)管理能力，通過不同領(lǐng)域技術(shù)相互融合，才能使企業(yè)面對激烈的競爭，倒逼產(chǎn)業(yè)升級。
5G技術(shù)賦能制造：
1）遠(yuǎn)程設(shè)備運維
大型企業(yè)的生產(chǎn)場景中，經(jīng)常涉及到跨工廠、跨地域設(shè)備維護，遠(yuǎn)程問題定位等場景。5G技術(shù)在這些方面的應(yīng)用，可以提升運行、維護效率，降低成本。5G帶來的不僅是萬物互聯(lián)，還有萬物信息交互，使得未來智能工廠的維護工作突破工廠邊界。工廠維護工作按照復(fù)雜程度，可根據(jù)實際情況由工業(yè)機器人或者人與工業(yè)機器人協(xié)作完成。在未來，工廠中每個物體都是一個有唯一IP的終端，使生產(chǎn)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(chǎn)和維護。人也變成了具有自己IP的終端，人和工業(yè)機器人進入整個生產(chǎn)環(huán)節(jié)中，和帶有唯一IP的原料、設(shè)備、產(chǎn)品進行信息交互。工業(yè)機器人在管理工廠的同時，人在千里之外也可以第一時間接收到實時信息跟進，并進行交互操作。
2）設(shè)備聯(lián)網(wǎng)
提到工廠內(nèi)的應(yīng)用，最容易想到的還是控制。工業(yè)控制大致分為設(shè)備級，產(chǎn)線級和車間級，設(shè)備級和產(chǎn)線級對可靠性和延時要求很高，又很少移動，因此在uRLLC完成前，目前主要還需要通過現(xiàn)場總線等有線方式。車間級網(wǎng)絡(luò)的布置和控制倒是有5G應(yīng)用的空間。隨著工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)的發(fā)展，越來越多的車間設(shè)備，如機床、機器人、AGV等開始接入工廠內(nèi)網(wǎng)，尤其是AGV等移動設(shè)備的通信，有線網(wǎng)絡(luò)難以滿足，對工廠內(nèi)網(wǎng)的靈活性和帶寬要求越來越高。傳統(tǒng)工廠有線網(wǎng)絡(luò)可靠性帶寬高，但是靈活性較差，無線網(wǎng)絡(luò)靈活性較高，但是可靠性，覆蓋范圍，接入數(shù)量等都存在不足。兼具靈活性、高帶寬和多終端接入特點的5G，成為承載工廠內(nèi)設(shè)備接入和通信的新選擇。
3）質(zhì)量控制
現(xiàn)階段工業(yè)品的質(zhì)量檢測基于傳統(tǒng)人工檢測手段，稍微先進一點的檢測方法是將待檢測產(chǎn)品與預(yù)定缺陷類型庫進行比較，上述方法的檢測精度和檢測效率均無法滿足現(xiàn)階段高質(zhì)量生產(chǎn)的要求，缺乏一定的學(xué)習(xí)能力和檢測彈性，導(dǎo)致檢測精度和效率較低。而且由于計算能力較弱，4G 的時延過高、帶寬較低，數(shù)據(jù)無法系統(tǒng)聯(lián)動，處理都在線下進行，耗費極大的人力成本。基于 5G 的大帶寬低時延，通過 5G+AI+機器視覺能夠觀測微米級的目標(biāo)；獲得的信息量是全面且可追溯的，相關(guān)信息可以方便的集成和留存，從而改變整個質(zhì)量檢測的流程。區(qū)別于傳統(tǒng)的人工觀察， 視覺檢測能夠清晰的觀測物料的表面缺陷，視覺檢測包含更大的數(shù)據(jù)量、需要更快的傳輸速度，5G 能夠完全解決視覺檢測的傳輸問題。
4）可視化工廠
在智能工廠生產(chǎn)的環(huán)節(jié)中涉及到物流、上料、倉儲等方案判斷和決策，生產(chǎn)數(shù)據(jù)的采集和車間工況、環(huán)境的監(jiān)測愈發(fā)重要，能為生產(chǎn)的決策、調(diào)度、運維提供可靠的依據(jù)。傳統(tǒng)的 4G 通訊條件下，工業(yè)數(shù)據(jù)采集在傳輸速率、覆蓋范圍、延遲、可靠性和安全性等方面存在各自的局限性，無法形成較為完備的數(shù)據(jù)庫。5G 技術(shù)能夠為智能工廠提供全云化網(wǎng)絡(luò)平臺。精密傳感技術(shù)作 用于不計其數(shù)的傳感器，在極短時間內(nèi)進行信息狀態(tài)上報，大量工業(yè)級數(shù)據(jù)通過 5G 網(wǎng)絡(luò)收集，龐大的數(shù)據(jù)庫開始形成，工業(yè)機器人結(jié)合云計算的超級計算能力進行自主學(xué)習(xí)和精確判斷，給出最佳解決方案，真正實現(xiàn)可視化的全透明工廠。
5）物流管理
在 RFID、EDI 等技術(shù)的應(yīng)用下, 智能物流供應(yīng)的發(fā)展幾乎改善了傳統(tǒng)物流倉儲的種種難題。但現(xiàn)階段 AGV 調(diào)度往往采用 WIFI 通信方式，存在著易干擾、切換和覆蓋能力不足問題。4G 網(wǎng)絡(luò)已經(jīng)難 以支撐智慧物流信息化建設(shè)，如何高效快速的利用數(shù)據(jù)區(qū)協(xié)調(diào)物流供應(yīng)鏈的各個環(huán)節(jié)，從而讓整個物流供應(yīng)鏈體系低成本且高效的運作是制造業(yè)面臨的重點和難題。5G 具有大寬帶特點，有利于參數(shù)估計，可以為高精度測距提供支持，實現(xiàn)精準(zhǔn)定位。5G 網(wǎng)絡(luò)延時低的特點，可以使得物流各個環(huán)境都能夠更加快速、直觀、準(zhǔn)確的獲取相關(guān)的數(shù)據(jù)，物流運輸、商品裝撿等數(shù)據(jù)能更為迅捷的達到用戶端、管理端以及作業(yè)端。5G 高并發(fā)特性還可以在同一工段同一時間點由更多的 AGV 協(xié)同作業(yè)。
綜合來講，技術(shù)的發(fā)展會激發(fā)許多隱藏的需求，比如2G技術(shù)會激發(fā)視頻對話的需求，IT與OT的共同發(fā)展引出在線自動化檢測；5G技術(shù)會引出更多的隱藏的需求，從個人體驗、成本、質(zhì)量與業(yè)務(wù)范圍上全方位進行產(chǎn)業(yè)升級。
