郭寧：5G將如何改變工業？
http://www.debgrams.com 2019-12-12 10:58 來源：《工控百家談》公眾號 原作者：郭寧
“4G改變生活，5G改變社會。”已經成為了通信行業的流行語。在5G出現之前，移動通信領域似乎從未誕生過如此炙手可熱的寵兒。世界各國均為之矚目，各行各業都將其視為改變未來的依托。在各大會議和論壇中，5G也成為了必蹭的熱點。
這紛至沓來寵愛，都源于5G實現了前所未有的突破：推動互聯網從消費領域邁入產業互聯應用。工信部部長苗圩曾表示，5G的應用場景80%是用在物與物的通信，如工業互聯網、車聯網、遠程醫療等領域。
那么，與4G技術相比，5G最本質的變化是什么？它又將深入哪些生產場景，如何改變工業？
為什么是5G？
對于5G，華為提出了幾個特征：峰值網絡速率達到10Gbps、網絡傳輸速度比4G快10~100倍；網絡時延從4G的50毫秒縮短到1毫秒；滿足1000億量級的網絡連接、整個移動網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”的網絡，除了網速快之外，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，也創造了5G的三大應用場景：增強移動互聯網（eMBB）、海量物聯網連接（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。
圖片來源：國際電信聯盟（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代網絡中從未出現過的能力，也是5G應用于工業最為重要的基礎。海量機器連接使得工廠中大規模的人與人、人與物，物與物的互聯成為可能，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系統。
但在實際應用中，不同場景對于網絡速度、連接量和時延等網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，但不一定需要高網速；但如果同行人在看一場高清的節目直播時，則更在乎高網速帶來的高清畫質，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揮不同的功能，那這二者也有一些相似之處。
簡單來說，網絡切片就是將一個物理網絡，按應用場景切割成多個虛擬的端到端的網絡，每一個虛擬網絡都可獲得邏輯獨立的網絡資源，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網絡切出多張虛擬網絡，從而支持更多的應用場景。
網絡切片的優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絡，既節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核心網實現更細的拆分，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將深入哪些工業場景？
對于工業領域來說，當前急需通過5G來解決領域內現有無線技術的應用困境。隨著智能制造和工業4.0的推進，工廠內的智能設備和傳感器將越來越多，5G在幫助企業部署大容量物聯網和高可靠低時延應用中將扮演重要的角色，可以滿足工業環境下設備互聯和遠程交互應用需求。
通過與工業控制、物聯網、人工智能、大數據、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場景。
圖片來源：ABI Research
工業AR
工業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：數字設計協同、實現人機協作、監控生產流程、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，當網絡發出報警提示一臺設備需要維修時，遠程工程師可以通過5G網絡遠程指導現場使用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已經越來越普及，機器視覺在檢測方面對網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，核心是閉環控制系統。自動化控制需要網絡高可靠低時延。在該系統的控制周期內每個傳感器進行連續測量，測量數據傳輸給控制器以設定執行器。典型的閉環控制過程周期低至毫秒級別，所以系統通信的時延需要達到毫秒級別以保證控制系統實現精確控制，同時對可靠性也有極高的要求。5G的出現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優化操作，從而提高生產力。5G網絡的低時延和高帶寬功能可以支持不斷增大的數據流。
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、溫度和噪聲等數據。結合機器學習，這些數據可以幫助企業預測設備何時即將發生故障，從而避免設備停機。
機器人
利用高可靠性網絡的連續覆蓋，5G使得機器人在移動過程中活動區域不受限，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系統，使得系統實時監控，設備實時維穩。
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，使生產環節的原材料都具有“信息”屬性。原材料會根據“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、港口、煉油廠、飛機廠、鋼鐵廠、機械加工等行業都有了現實的案例。例如，青島港新前灣自動化碼頭成功實現了基于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，實現了從轉爐冶煉到出鋼的全流程自動化“一鍵煉鋼”。
圖片來源：中國寶武新聞中心
雖然5G的全面商用還未到來，關于網絡安全方面的質疑也頻頻出現，但不可回避的是，5G作為賦能于我們生活和工作的底層技術已經勢不可擋。作為萬眾創新的風口，當前5G的“殺手級”應用仍伏在水下，需要交給時間和聰明的你去發掘。
作者簡介
郭寧，工業媒體從業十余年，撰稿人，關注智能制造和它所創造的美好生活。愛好天文學、中國古代哲學、旅行、烹飪。喜歡新鮮事兒，對世界永遠好奇。
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