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【2020,踏上5G高速路】当工业互联网遇上5G会怎样?

发布时间:2020-03-11

随着国内5G商用牌照在2019年6月正式发放,国内商用布局浪潮继续提速。包括三大运营商就5G网络搭建、组网深入布局,芯片厂商、设备厂商的硬件及终端设备的研发跟进。与此同时,工业互联网作为近几年来物联网领域中发展最火,也是产业应用的关键方向。那么,5G的到来能为工业互联网带来怎样的变革?

工业互联网是利用基础科学、工业、信息技术、互联网等领域的综合优势,从大数据应用等软服务切入,注重软件、网络、大数据、安全,促进工业化和信息化融合带动工业全流程、全环节竞争力的整体提升。为满足工业智能化发展需求,工业互联网迫切需要具有低时延、高可靠、广覆盖特点的关键网络基础设施,5G发展恰逢其时。“5G+工业互联网”将形成新一代信息通信技术与先进制造业深度融合的新兴业态与应用模式。

据工业互联网产业联盟(AII)和5G应用产业方阵(5G AIA)联合发布的5G与工业互联网融合应用发展白皮书显示,5G 与工业互联网融合应用出现了八大类新型场景,分别为“5G+超高清视频”“5G+AR”“5G+VR”“5G+无人机”“5G+云端机器人”“5G+远程控制”“5G+机器视觉”以及 “5G+云化AGV”,这些相应的应用场景对5G网络提出了新的需求。

在应用场景发展节奏方面,5G与超高清视频的融合应用已进入应用成熟期,将成为5G在工业互联网领域的第一批应用场景;“5G+AR/VR”以及“5G+机器视觉”等应用已进入高速发展期,经济价值逐渐显现,未来1~2年将成为工业互联网的主流应用场景;“5G+云化AGV”“5G+无人机”等应用受限于与设备深度融合的需求,还需等待产品成熟,未来2~3年将有较快发展;“5G+远程控制”和“5G+云端机器人”等应用由于涉及工业核心控制环节,目前还处于探索期,有待进一步测试验证。

以“5G+AR”为例,AR是人工智能和人机交互的交叉的学科,是一种实时地计算摄影机影像的位置及角度并加上相应图像、视频、3D模型的技术,也是一种把真实世界和虚拟世界信息有机集成的技术。目前AR的应用已融入到了工业制造的交互、营销、设计、采购、生产、物流和服务等各个环节,典型的应用包括AR远程协助、AR在线检测、AR样品展示等。

随着5G时代的到来,利用基于5G的AR远程协助,后台专家可以通过语音视频通讯、AR实时标注进行远程协作,实现了现场人员和远程专家的“零距离”沟通,将大大提高工业生产、设备维修、专业培训等价值链的效率。这方面,目前我国上海飞机制造有限公司已经将“5G+AR”技术应用到工业装配领域,借助5G使AR终端在10ms以内实时与云端数据交互,实现线缆连接器插头快速定位与追踪,有效解决了每个插头几十个甚至上百个插孔和导线的适配问题,实现快速装配并保障对装配过程的关键步骤的全流程质量追溯,不但使装配效率提升了70%,且大大降低了操作人员成本。

我们知道5G网络有大带宽、低时延的特点,而我们了解到端侧一张照片约有2GB左右的大小,过去没有5G这么大的带宽,只能在本地处理,现在有了5G以后就可以通过5G大带宽、低时延的方式放到云端去处理。因此,5G+机器视觉的能力能够改变整个工业的质监环节。

至于“5G+远程控制”,这一直是工业生产中保障人员安全、提升生产效能、实现多生产单元协助的必要手段。由于远程控制会直接关系到生产环节的产品质量和生产效率,目前工业上大多数远程控制还是基于有线网络。但事实是,在工业生产中某些环境场合确实不适宜人工作业,比如高温、高空、环境指标差等场合。甚至有的工作是人工无法完成的,比如工厂内大件货物或港口集装箱的装卸等都需要远程控制机械来实现。

要实现远程控制,不仅需要足够高清晰度视频提供视觉支持,还需要实时稳定的网络保证操控的灵敏度和可靠性。这些对现有工业网络和4G技术来说是一个挑战。考虑到远程控制的需求,5G网络的优势一方面在于高速率可以满足高清视频回传的要求,另一方面也可以在保证可靠性的前提下满足远程控制对于时延的要求。

正是基于5G与工业互联网融合的发展趋势和巨大前景,美国、欧盟、韩国等发达国家运营商和设备商借助工业互联网领域的先发优势,纷纷加快了5G在工业互联网领域的应用布局,积极抢占5G产业制高点。

例如爱立信与瑞典工业巨头ABB签署了基于5G技术面向工厂自动化的谅解备忘录。两家公司此前在爱立信位于爱沙尼亚塔林的工厂已经合作实现了基于5G平台的工厂自动化,为产线提供了人工智能和机器学习能力。ABB将为5G射频设备的组装提供一套全自动的机器人解决方案。

在这之前,爱立信还和瑞典运营商Telia以及沃尔沃建筑设备公司合作开发面向工业应用的5G网络,并用于沃尔沃在瑞典Eskilstuna的研发中心。不久前,德国大众公司也展示了基于5G技术的微缩汽车组装流水线,每个零部件经过流水线时,经5G连接的传感器几乎能做到实时监测并传输数据,与现有的随机监测相比,这种生产方式的准确性和可靠性大幅提升。

韩国三大运营商SK电讯、KT和LG U+也在不久前同时推出了面向汽车制造、机械制造企业的5G服务,旨在通过启动智能工厂服务加速布局工业互联网应用,提高制造业业务效率和竞争力。三星和AT&T更是合作在德克萨斯州奥斯汀创建了美国首个以制造业为主的“5G创新区”,测试平台的目标是提供对5G如何影响制造的真实世界的理解,并提供对智能工厂未来的洞察。

相较于欧美国家,近年来我国产业界始终以创新发展为动力,坚持企业主体与政府引导、自主创新与开放合作相结合,加快推动5G、工业互联网等的研发和产业化。其中最典型的就是基础电信企业和大型工业企业强强联合,在多个行业加快布局。目前已形成20余种融合应用类型,重点聚焦工业制造、能源电网、智慧港口等领域。

在研发、生产及运维的各个环节的典型应用场景下,我们已经能初步看到5G带来的经济效益及价值。例如在研发设计环节,5G与VR/AR技术结合可实现多方远程虚拟协同设计,有效地解决了异地研发人员沟通困难、成本高昂等问题。比如海尔公司利用5G和VR/AR实现家电产品的异地研发协作,使不同地区的研发中心员工可以同时在线对产品问题进行研讨,有效地提升了沟通效率,节省了出差成本。

在生产环节,5G与超高清视频、传感器、控制系统等结合可以使工业企业实现对设备的远程操作、生产过程实时监测、设备的预测性维护等,有效提升了生产效率、改善了员工的工作条件。

比如三一重工的5G智能网联AGV将实时采集的视频数据、激光雷达及其他传感器数据通过5G传输到MEC的视觉传感服务进行视频实时计算,并与多传感器上传数据融合,为AGV提供智能决策,使得AGV具备实时感知、智慧决策的能力,改变了传统AGV需根据生产环境的不同定制不同配置的限制,节省了AGV生产成本。此外,南方电网联合中国移动、华为等公司利用5G切片技术在深圳开展5G承载配用电业务改造试点,确保企业内网便捷、高效、安全应用。

整体看,我国“5G+工业互联网”融合发展起步早、基础好,应用已逐渐由巡检、监控等外围环节向生产控制、质量检测等生产内部环节延伸。随着融合应用的不断深入,已初步形成以粤港澳大湾区、长三角地区为引领,鲁豫一带、川渝一带、湘鄂一带积极推进的“两区三带多点”集群化发展格局。

尽管5G与工业互联网融合发展迅速,但不可否认的是其在融合应用中应用依然面临困难和挑战,尤其是在我国,困难和挑战更为明显。用中国工业互联网研究院院长徐晓兰的话来说,我国5G与工业互联网融合发展存在的问题是跨界融合不充分,跨界融合专业性要求高,运营商、设备商对工业行业特性和专业壁垒的把握存在跨界鸿沟。这主要表现在运营商并没有在工厂内部署和运维5G网络的经验,商业模式、合作方式等也不是特别清晰,这大大延缓了运营商在工厂内的部署5G网络的进度,也直接导致5G融合应用的落地推广困难。

据徐晓兰介绍,我国5G与工业互联网融合发展的困难还表现在工业应用场景碎片化。工业互联网涉及的生产设备和需求多样、业务链条场、模型复杂,工业应用场景从端侧、管侧到平台侧方案定制化程度高,面对复杂的工业需求,5G需要适应不同应用场景,并提供不同场景的无线连接方案。

再次是商业模式不清晰。5G在工业互联网领域的应用模式与传统2C市场模式有较大区别,企业运营模式呈现多样性,5G网络建设及运营成本十分昂贵,移动流量业务“增量不增收”的问题尚未有效解决,短期内5G在工业互联网领域的多应用的盈利模式尚不清晰。

最后是人才,目前大部分制造业从业人员对5G技术理解不够充分,绝大部分5G技术的开发人员也很难深入理解工业机理,既懂制造业又熟悉5G,还能够进行应用开发的复合型人才凤毛麟角。

有挑战才会有进步,随着国内5G时代的正式来临以及5G部署的进一步加快,相信5G技术将带来大数据、物联网的革命性变化,并促成了工业互联网的进一步成熟。



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