所謂5G，即第五代移動(dòng)通信技術(shù)。如果說(shuō)4G技術(shù)的主要優(yōu)勢(shì)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(jià)值不僅在于快，更在于能夠每平方公里連接100萬(wàn)個(gè)以上的物體、通信傳輸?shù)腻e(cuò)誤率為10的負(fù)9次方、時(shí)延可達(dá)到毫秒量級(jí)。
智能制造如何應(yīng)用5G是與5G的特點(diǎn)息息相關(guān)的，5G目前公認(rèn)的有如下幾個(gè)特點(diǎn)：
增強(qiáng)移動(dòng)寬帶：主要面向3D/超高清視頻等大流量移動(dòng)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(huì)發(fā)展在6GHz以上的頻譜。而小型基地臺(tái)將會(huì)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(tái)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(tái)來(lái)把速度沖得更快。
海量機(jī)器類(lèi)通信：主要面向大規(guī)模物聯(lián)網(wǎng)業(yè)務(wù)。mMTC將會(huì)發(fā)展在6GHz以下的頻段，其將會(huì)應(yīng)用在大規(guī)模物聯(lián)網(wǎng)上，目前較可見(jiàn)的發(fā)展是NB-IoT。以往普遍的Wi-Fi、Zigbee、藍(lán)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(shí)延：主要面向無(wú)人駕駛、工業(yè)自動(dòng)化等需要低時(shí)延、高可靠連接的業(yè)務(wù)。在智慧工廠，由于大量的機(jī)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(jī)器本身的這些過(guò)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(shí)間的目標(biāo)壓低到1毫秒以下。
未來(lái)的工廠是數(shù)字虛擬和物理現(xiàn)實(shí)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(kāi)辟新的商業(yè)模式。工廠內(nèi)部和外部之間的界限也越來(lái)越模糊，工廠不再是獨(dú)立的封閉實(shí)體，而是龐大的價(jià)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(diǎn)，5G可能支持的業(yè)務(wù)場(chǎng)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(dòng)化控制、物流追蹤、工業(yè)AR、云化機(jī)器人等應(yīng)用場(chǎng)景。
1.數(shù)據(jù)串聯(lián)：隨著數(shù)字化轉(zhuǎn)型的逐漸推進(jìn)，物聯(lián)網(wǎng)作為連接人、機(jī)、料、法、環(huán)、測(cè)等多業(yè)務(wù)元素，通過(guò)5G數(shù)據(jù)傳輸快、傳輸量大等特點(diǎn)滿足串聯(lián)制造過(guò)程中各個(gè)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(dòng)化控制：之前的工業(yè)自動(dòng)化控制都是通過(guò)工廠自動(dòng)化總線來(lái)控制，但是這種應(yīng)用模式造成傳輸距離有限，無(wú)法滿足遠(yuǎn)距離操作控制需求；5G可提供極低時(shí)延長(zhǎng)、高可靠等技術(shù)，無(wú)法工程機(jī)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(gè)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(gè)部門(mén)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(diǎn)剛好滿足該類(lèi)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(chǎng)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(yùn)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(xiǎn)。這種情形下增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)AR將發(fā)揮很關(guān)鍵作用，遠(yuǎn)程專(zhuān)家業(yè)務(wù)支撐，例如遠(yuǎn)程維護(hù)。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(hù)工作高效開(kāi)展。
5.云化機(jī)器人：在智能制造生產(chǎn)場(chǎng)景中，需要機(jī)器人有自組織和協(xié)同的能力來(lái)滿足柔性生產(chǎn)，這就帶來(lái)了機(jī)器人對(duì)云化的需求。5G網(wǎng)絡(luò)是云化機(jī)器人理想的通信網(wǎng)絡(luò)，是使能云化機(jī)器人的關(guān)鍵。
5G技術(shù)倒逼制造行業(yè)產(chǎn)業(yè)升級(jí)
當(dāng)前制造業(yè)的轉(zhuǎn)型可以看作是自動(dòng)化升級(jí)和信息技術(shù)的融合提升，這不僅僅是自動(dòng)化和機(jī)器換人，而且工廠能實(shí)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(duì)更多的市場(chǎng)變化。
人工智能和制造系統(tǒng)的結(jié)合將是必然的，利用機(jī)器學(xué)習(xí)、模式識(shí)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(guò)不同領(lǐng)域技術(shù)相互融合，才能使企業(yè)面對(duì)激烈的競(jìng)爭(zhēng)，倒逼產(chǎn)業(yè)升級(jí)。
5G技術(shù)賦能制造
1）遠(yuǎn)程設(shè)備運(yùn)維
大型企業(yè)的生產(chǎn)場(chǎng)景中，經(jīng)常涉及到跨工廠、跨地域設(shè)備維護(hù)，遠(yuǎn)程問(wèn)題定位等場(chǎng)景。5G技術(shù)在這些方面的應(yīng)用，可以提升運(yùn)行、維護(hù)效率，降低成本。5G帶來(lái)的不僅是萬(wàn)物互聯(lián)，還有萬(wàn)物信息交互，使得未來(lái)智能工廠的維護(hù)工作突破工廠邊界。工廠維護(hù)工作按照復(fù)雜程度，可根據(jù)實(shí)際情況由工業(yè)機(jī)器人或者人與工業(yè)機(jī)器人協(xié)作完成。
在未來(lái)，工廠中每個(gè)物體都是一個(gè)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(huì)根據(jù)“信息”自動(dòng)生產(chǎn)和維護(hù)。人也變成了具有自己IP的終端，人和工業(yè)機(jī)器人進(jìn)入整個(gè)生產(chǎn)環(huán)節(jié)中，和帶有唯一IP的原料、設(shè)備、產(chǎn)品進(jìn)行信息交互。工業(yè)機(jī)器人在管理工廠的同時(shí)，人在千里之外也可以第一時(shí)間接收到實(shí)時(shí)信息跟進(jìn)，并進(jìn)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(jí)，產(chǎn)線級(jí)和車(chē)間級(jí)，設(shè)備級(jí)和產(chǎn)線級(jí)對(duì)可靠性和延時(shí)要求很高，又很少移動(dòng)，因此在uRLLC完成前，目前主要還需要通過(guò)現(xiàn)場(chǎng)總線等有線方式。車(chē)間級(jí)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(lái)越多的車(chē)間設(shè)備，如機(jī)床、機(jī)器人、AGV等開(kāi)始接入工廠內(nèi)網(wǎng)，尤其是AGV等移動(dòng)設(shè)備的通信，有線網(wǎng)絡(luò)難以滿足，對(duì)工廠內(nèi)網(wǎng)的靈活性和帶寬要求越來(lái)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(wú)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(diǎn)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(cè)基于傳統(tǒng)人工檢測(cè)手段，稍微先進(jìn)一點(diǎn)的檢測(cè)方法是將待檢測(cè)產(chǎn)品與預(yù)定缺陷類(lèi)型庫(kù)進(jìn)行比較，上述方法的檢測(cè)精度和檢測(cè)效率均無(wú)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(cè)彈性，導(dǎo)致檢測(cè)精度和效率較低。而且由于計(jì)算能力較弱，4G的時(shí)延過(guò)高、帶寬較低，數(shù)據(jù)無(wú)法系統(tǒng)聯(lián)動(dòng)，處理都在線下進(jìn)行，耗費(fèi)極大的人力成本。
基于5G的大帶寬低時(shí)延，通過(guò)5G+AI+機(jī)器視覺(jué)能夠觀測(cè)微米級(jí)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(gè)質(zhì)量檢測(cè)的流程。
區(qū)別于傳統(tǒng)的人工觀察，視覺(jué)檢測(cè)能夠清晰的觀測(cè)物料的表面缺陷，視覺(jué)檢測(cè)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(jué)檢測(cè)的傳輸問(wèn)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(cāng)儲(chǔ)等方案判斷和決策，生產(chǎn)數(shù)據(jù)的采集和車(chē)間工況、環(huán)境的監(jiān)測(cè)愈發(fā)重要，能為生產(chǎn)的決策、調(diào)度、運(yùn)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(wú)法形成較為完備的數(shù)據(jù)庫(kù)。
5G技術(shù)能夠?yàn)橹悄芄S提供全云化網(wǎng)絡(luò)平臺(tái)。精密傳感技術(shù)作用于不計(jì)其數(shù)的傳感器，在極短時(shí)間內(nèi)進(jìn)行信息狀態(tài)上報(bào)，大量工業(yè)級(jí)數(shù)據(jù)通過(guò)5G網(wǎng)絡(luò)收集，龐大的數(shù)據(jù)庫(kù)開(kāi)始形成，工業(yè)機(jī)器人結(jié)合云計(jì)算的超級(jí)計(jì)算能力進(jìn)行自主學(xué)習(xí)和精確判斷，給出最佳解決方案，真正實(shí)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(cāng)儲(chǔ)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(wèn)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(gè)環(huán)節(jié)，從而讓整個(gè)物流供應(yīng)鏈體系低成本且高效的運(yùn)作是制造業(yè)面臨的重點(diǎn)和難題。
5G具有大寬帶特點(diǎn)，有利于參數(shù)估計(jì)，可以為高精度測(cè)距提供支持，實(shí)現(xiàn)精準(zhǔn)定位。5G網(wǎng)絡(luò)延時(shí)低的特點(diǎn)，可以使得物流各個(gè)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(yùn)輸、商品裝撿等數(shù)據(jù)能更為迅捷的達(dá)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(shí)間點(diǎn)由更多的AGV協(xié)同作業(yè)。
綜合來(lái)講，技術(shù)的發(fā)展會(huì)激發(fā)許多隱藏的需求，比如2G技術(shù)會(huì)激發(fā)視頻對(duì)話的需求，IT與OT的共同發(fā)展引出在線自動(dòng)化檢測(cè)；5G技術(shù)會(huì)引出更多的隱藏的需求，從個(gè)人體驗(yàn)、成本、質(zhì)量與業(yè)務(wù)范圍上全方位進(jìn)行產(chǎn)業(yè)升級(jí)。
