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5分钟了解5G与智能工厂的联系

2019-11-14 分享 字体显示: 返回列表

2019年10月31日至11月3月,由工业和信息化部主办的2019年中国国际信息通信展览会(简称“PT展”)将在北京举行。眼下全球5G进入商用部署关键期,我国也已正式发放5G商用牌照,在5G网络、应用、模式、业态等领域的探索不断深入。从本届展会“5G融合,共建万物互联的智能世界”的主题上可窥见一斑。其中,又以5G与工业制造领域的融合交汇最具典型性,成为本届展会的重点内容之一。下面介绍一下5G与工业将碰撞出怎样的火花?

 

 

智能制造为什么需要无线通信?

 
 

 

显而易见,智能制造过程中云平台和工厂生产设施的实时通信、以及海量传感器和人工智能平台的信息交互,和人机界面的高效交互,对通信网络有多样化的需求以及极为苛刻的性能要求,并且需要引入高可靠的无线通信技术。

 

高可靠无线通信技术在工厂的应用来看,一方面,生产制造设备无线化使得工厂模块化生产和柔性制造成为可能。另一方面,因为无线网络可以使工厂和生产线的建设、改造施工更加便捷,并且通过无线化可减少大量的维护工作降低成本。

 

 

无线通信在智能制造应用面临哪些挑战?

 
 

 

在智能制造自动化控制系统中,低时延的应用尤为广泛,比如对环境敏感高精度的生产制造环节、化学危险品生产环节等。智能制造闭环控制系统中传感器(如压力、温度等)获取到的信息需要通过极低时延的网络进行传递,最终数据需要传递到系统的执行器件(如:机械臂、电子阀门、加热器等)完成高精度生产作业的控制,并且在整个过程需要网络极高可靠性,来确保生产过程的安全高效。

 

此外,在工厂自动化控制系统和传感系统的工作范围,可以是或者几百平方公里到几万平方公里,甚至可能是分布式部署。根据生产场景的不同,制造工厂的生产区域内可能有数以万计传感器和执行器,需要通信网络的海量连接能力作为支撑。

 

 

5G网络具备的能力

 
 

 

华为在北京怀柔率先完成了由IMT-2020(5G)推进组组织的中国5G技术研发试验无线技术第二阶段测试。在C-Band的测试环节中,利用200MHz带宽,通过5G新空口及大规模多入多出等技术进行测试,小区峰值超过20Gbps,空口时延在0.5ms以内,单小区大于1000万连接。

 

和传统的移动通信技术相比,5G将进一步提升用户体验:在容量方面,5G通信技术将比4G实现单位面积移动数据流量增长1000倍;在传输速率方面,单用户典型数据速率提升10到100倍,峰值传输速率可达10Gbps(相当于4G网络速率的100倍);端到端时延缩短5倍;在可接入性方面:可联网设备的数量增加10到100倍;在可靠性和能耗方面:每比特能源消耗应降至千分之一,低功率电池续航时间增加10倍。


 

 

5G典型制造业应用场景

 
 

 

5G赋能仓库物流

 

从仓库管理到物流配送均需要广覆盖、深覆盖、低功耗、大连接、低成本的连接技术。此外,虚拟工厂的端到端整合跨越产品的整个生命周期,要连接分布广泛的已售出的商品,也需要低功耗、低成本和广覆盖的网络,企业内部或企业之间的横向集成也需要无所不在的网络,5G网络能很好的满足这类需求。

 

5G赋能工厂无线自动化控制

 

目前传统初步做了数字化工厂的企业也会经常由于网络时延过长,或者控制信息在数据传送时发生错误可能导致生产停机,这会造成巨大的财务损失。此外,在规模生产的工厂中,大量生产环节都用到自动控制过程,所以将有高密度海量的控制器、传感器、执行器需要通过无线网络进行连接。

 

自动化控制是智能工厂中最基础的应用,核心是闭环控制系统。5G赋能工厂云化机器人。5G可提供极低时延长、高可靠,海量连接的网络,使得闭环控制应用通过无线网络连接成为可能。

 

5G赋能工厂云化机器人

 

和传统的机器人相比,云化机器人需要通过网络连接到云端的控制中心,基于超高计算能力的平台,并通过大数据和人工智能对生产制造过程进行实时运算控制。通过云技术机器人将大量运算功能和数据存储功能移到云端,这将大大降低机器人本身的硬件成本和功耗。并且为了满足柔性制造的需求,机器人需要满足可自由移动的要求。

 

因此在机器人云化的过程中,需要无线通信网络具备极低时延和高可靠的特征。5G网络是云化机器人理想的通信网络,是使能云化机器人的关键。5G切片网络能够为云化机器人应用提供端到端定制化的网络支撑。5G网络可以达到低至1ms的端到端通信时延,并且支持99.999%的连接可靠性,强大的网络能力能够极大满足云化机器人对时延和可靠性的挑战。

 

5G赋能工业AR

 

在智能工厂生产过程中,人发挥更重要的作用。由于未来工厂具有高度的灵活性和多功能性,这对工厂车间工作人员有更高的要求。为快速满足新任务和生产活动的需求,增强现实AR将发挥很关键作用,在智能制造过程中可用于如下场景:如:监控流程和生产流程。生产任务分步指引,例如手动装配过程指导;远程专家业务支撑,例如远程维护。在这些应用中,辅助AR设施需要最大程度具备灵活性和轻便性,以便维护工作高效开展。

 

在这些应用中,辅助AR设施需要最大程度具备灵活性和轻便性,以便维护工作高效开展。因此需要将设备信息处理功能上移到云端,AR设备仅仅具备连接和显示的功能,AR设备和云端通过无线网络连接。AR设备将通过网络实时获取必要的信息(例如,生产环境数据、生产设备数据、以及故障处理指导信息)。在这种场景下AR眼镜的显示内容必须与AR设备中摄像头的运动同步,以避免视觉范围失步现象。