浅析5G在工业制造领域的应用场景

浅析5G在工业制造领域的应用场景

5G（5th-Generation），即第五代移动通信标准，也称第五代移动通信技术。与2G萌生数据、3G催生数据、4G发展数据不同，5G是跨时代的技术–5G除了更极致的时延和更大的带宽，它还将开启万物互联时代，并渗透进至各个行业。4G通过搭建移动互联网已经极大程度改变了我们的生活；而5G即将改变我们的社会，它将和云计算、大数据、人工智能等一起赋能千行百业，加速各行各业的数字化转型进程，大步迈进智能化时代。

一、5G技术简介

ITU（国际电信联盟）为5G通信技术规划了三大技术特性：eMBB（Enhanced Mobile Broadband）、uRLLC（Ultra-Reliable Low-Latency Communication）、mMTC（Massive Machine Type of Communication）。eMBB要求传输速率达到1Gbps以上，为4G速率的10倍以上，可用于4K超高清视频、AR/VR图像、工业相机高清图像和海量数据的实时传输，eMBB的技术标准已经在3GPP发布的R15中冻结了。uRLLC要求空口时延达到毫秒级，相当于4G网络的10分之一，可靠性也是4G网络的10倍，可用于时延和可靠性要求高的场景，如自动无人驾驶、工业机器人控制、远程医疗手术等。mMTC要求每平方公里的连接数量达到数百万个，为4G网络连接密度的10倍以上，为万物互联构建可靠的网络基础，主要用于大规模物联网应用。

二、5G使能工业互联网

4G 技术以人为中心，造就了非常辉煌的消费互联网时代；而5G 技术打开了另一扇门，就是工业互联网时代。工业互联网作为新一代信息技术与制造业深度融合的产物，正日益成为新工业革命的关键支撑。工业互联网将机器和先进的传感器、控制和软件应用进行连接，由标识解析、网络、平台、安全四大要素构成，其本质在于工业机理、经验的固化以及生产制造资源的集中与共享。

5G 技术的突破，可以提供10 倍于4G 的峰值速率及用户体验速率、百万的连接数以及超低的空口时延，是万物互联的重要保障；5G 不仅仅将以用户为中心，构建全方位的信息生态系统，而且从线上到线下、从消费到生产、从平台到生态，有效支撑垂直行业融合发展。

5G 技术将推动云计算、大数据、人工智能的快速发展，这些新兴的信息技术又将推动实体经济和数字经济的发展。工业互联网将人工智能、云计算和大数据分析相结合，通过对物理世界的数字化映射，采集工厂内部的生产运行状态数据并进行大数据分析，优化生产工艺流程和进行预测性维护，从而提高生产效率、降低生产运营成本、提升产品质量，促进整个产业转型升级。根据华为GIV预测，到2025 年，全球联网设备总数达到1000亿，全球部署的5G基站数量达到650万。

5G 低时延、高可靠、大带宽、海量连接的特性，是构建网络强国的基石，是促进两化融合的先决条件，将深刻影响社会生产生活方式，并将继续像消费互联网时代一样全面使能工业互联网时代。德勤、IHS等很多分析机构一致认为工业将是5G最具有发展潜力的行业。

三、5G在工业制造领域的应用场景

目前看来，5G在工业制造领域的应用场景包括无人机巡检、AGV控制、远程设备操控、工业AR、车联网等，未来随着5G技术的进一步成熟和广泛应用，还将挖掘出更多的应用场景。

1、5G+无人机巡检

无人驾驶飞行器简称为无人机，其全球市场在过去十年中大幅增长，现在已经成为商业、政府和消费应用的重要工具。使用配备LiDAR的无人机进行基础设施、电力线、石油管道和生态环境的密集巡检是一项新兴业务，LiDAR扫描所产生巨大的实时数据量将需要大于200 Mbps的传输带宽。5G的大带宽特性能够有效支撑无人机巡检业务的流畅运行。

通过部署无人机平台可以快速实现效率提升和安全改善。5G网络将提升自动化水平，使能分析解决方案，这将对诸多行业转型产生影响。比如，对风力涡轮机上的转子叶片的检查将不再由训练有素的工程师通过遥控无人机来完成，而是由部署在风力发电场的自动飞行无人机完成，不需要人力干预。再比如，无人机行业解决方案有助于保护石油和天然气管道等基础资产和资源，还可以应用于提高农业生产率。

2、5G+AGV

在AGV控制领域，目前大多数采用WiFi或4G无线通信技术，但存在以下问题：WiFi同频干扰导致AGV难以大规模部署、WiFi短距传输导致难以具备远程控制能力、WiFi 或4G上传速率无法实时上传高清图像。为了支持AGV的高清视觉导航，需要安装4个2K的TOF深度摄像头，大概每个AGV需要50M的带宽进行数据实时回传，时延要求20毫秒左右，基本上4G和WiFi在时延和带宽上都难于满足要求，只能利用5G的大带宽和低时延特性才能支持AGV的高清视觉导航。

3、5G+工业AR

工业领域的AR远程维护业务对带宽的需求是巨大的。高质量AR内容处理走向云端，满足用户日益增长的体验要求的同时降低了设备价格，AR将成为移动网络最有潜力的大流量业务。虽然现有4G网络平均吞吐量可以达到100 Mbps，但一些高阶AR应用需要更高的速度和更低的延迟，需要5G网络才能有效支撑AR远程运维业务的大规模推广。

4、5G+远程设备控制

矿山、港口行业面临安全、招工难、效率低等问题，需要实现远程控制挖掘机、矿车无人驾驶等，将人从恶劣环境中转移到办公室，降低安全风险，改善工作环境；车辆实现无人驾驶，降低成本，提高运作效率。根据实际项目验证，远程控制挖掘机挖矿需要端到端的时延不能30毫秒，目前的4G网络满足不了要求，只能使用5G网络支撑远程设备控制的场景。在2019年上海MWC展会上，工程师在展会现场远程操控远在河南矿山的挖掘机，5G的低时延保障了操作流畅度基本上等同于在现场操控挖掘机。

5、5G+车联网

传统汽车市场将彻底变革，因为联网的作用超越了传统的娱乐和辅助功能，成为道路安全和汽车革新的关键推动力。驱动汽车变革的关键技术—自动驾驶、编队行驶、车辆生命周期维护、传感器数据传输等都需要安全、可靠、低延迟和高带宽的连接，这些连接特性在高速公路和密集城市中至关重要，只有5G可以同时满足这样严格的要求。

在远控驾驶中，当端到端时延控制在10ms以内时，在时速90公里下远程紧急制动所产生的刹车距离不超过25厘米，可见低时延在远程驾驶领域的重要性，而目前只有5G网络能够实现远程驾驶所需要的低时延。

卡车或货车的自动编队行驶比人类驾驶员更加安全，车辆之间靠得更近，从而节省燃油。3辆以上的车就可以组成编队，相邻车辆之间进行直接或车路通讯，对于较长的编队，消息的传播需要更长的时间。制动和同步依赖低时延的5G网络通讯。

5G很有可能成为统一的车联网连接技术，满足未来共享汽车、远程操作、自动和协作驾驶等连接要求。