5G環境下的工業互聯網應用探討

徐 健

（中國交通建設股份有限公司，北京 100088）

第四次工業革命誕生了工業互聯網，將互聯網技術與工業生產相結合，實現了工業架構的創新，使工業制造邁向智能化和網絡化。5G移動通信系統的覆蓋廣、延時低、功耗小等多種優點促進了互聯網的發展，對工業互聯網的影響深遠。在應用該技術的過程中，需要從不同角度出發，采取有效的方法來完善相應的工業技術體系，調整工業互聯網組織結構，實現信息多層面控制的效果，使工業生產技術結構清晰，有效提升工業互聯網的使用效率。

1 工業互聯網的定義及內涵

工業互聯網又被稱為工業物聯網或者IIOT，簡單地理解為工業與新一代通信技術的結合產物，是現代化工業朝著智能化發展的基礎，一些專家學者認為，工業互聯網的覆蓋聯接范圍比工業物聯網更加廣泛。工業物聯網的重心聯接物，而工業互聯網還會聯接其他相關要素，在有的國家和地區將兩者統稱為“工聯網”。工業互聯網將工業的全系統、全產業鏈和全價值鏈聯系在儀器，為工業智能化奠定了基礎，深度地將新一代信息技術融入到工業生產制造當中，從而形成一種全新模式的新型工業，互聯網是生產者和消費者之間的載體，將虛擬經濟過渡到實體經濟。工業互聯網是機器、人、物料、信息系統之間連接的基礎性網絡，全面感知工業生產數據，并實現動態傳輸和實時分析，優化制造資源配置，對企業制定科學的決策和生產智能化控制起到了積極的推動作用，已經成為企業在激烈的競爭市場上立足的關鍵，使我國工業面向全球化發展，朝著國際化的制造大國努力。

2 工業互聯網的發展對5G技術的需求

5G技術除了連接著人與人之，還是物與物、人與物之間的聯系，根據工業互聯網的發展趨勢來看，5G系統需要滿足以下幾種技術要求：一是傳輸速率需要提高10至100倍，用戶體驗速率達到0.1～1Gb/s，用戶峰值速率達到10Gb/s。二是延時降低5～10倍，達到毫秒量級。三是設備連接密度要求提高10～100倍，達到每平方千米600萬個。四是流量密度要求提高100～1000倍，達到每平方千米20Tb/s。五是為了提高用戶體驗，移動性要求超過每小時500km。

3 工業互聯網在5G環境下的應用情況分析

3.1 工業智能傳感器

工業互聯網通過射頻識別、傳感器等對工業生產的全生命周期實現不同維度的信息監控和收集，包含人員、流程、設備、原料、生產環境等多種數據信息，在這個過程中成千上萬各傳感器和執行器，功能型號隨生產場景的不同而存在一定的差異，它們之間的聯系需要依靠5G技術的支持。傳感器由轉換元件、敏感元件和轉換電路組成，分為內部和外部兩種傳感器類型，相當于人體的器官。一臺工業智能化機器人身上綜合應用了觸覺、視覺、力覺、超聲波、聽覺等多種傳感器，以便對生產過程中的參數實現全方位的監視及控制，從而確保生產出高質量的工業產品。當生產制造環節對環境敏感程度要去較高時，傳感器收集信息后需要進行極低延時的信息傳遞，信息快速到達執行器件進行高精度的生產制造，這個過程5G技術能夠很好地實現低延時、高可靠的需求，有效提高網絡可靠性，為安全高效的生產提供保障。

3.2 云AR/VR與5G相結合

工廠智能化生產通過AR/VR大大提升生產效率并減少安全隱患，例如：在進行工業裝配、工業維護的智能化制造時，進行虛擬裝配培訓，通過VR技術實現圖紙向VR工廠的轉化。這個過程要去輔助AR設施具有極強的靈活性，使維護工作更加高效，僅要求AR設備具有顯示和連接的功能，借助無線網絡將AR設備與云端聯系，在云端實現設備信息的處理過程，有效減小硬件成本的投入。經過計算，無線網絡雙向傳輸的延時只有控制在10ms之內，才可以有較好的實時體驗效果，LTE網絡無法達到這種延時要求，將5G與VR/AR相結合能夠拓展交互性，滿足相關要求，這種結合方式具有較強的通用型，被廣泛地應用在各個領域。

3.3 云端機器人

5G環境下的機器人是純粹的執行器，智能處理功能都集中在云端，通過5G網絡使機器人共享云端處理指令。阿爾法狗這一級別的需要176 個GPU和1202個CPU才能實現相應的處理能力，在每個機器人上都裝入這些是不切實際的，而5G技術將這種復雜的處理轉移到云端，將機器人獲取的信息發送至云端，然后將云端處理結果反饋到機器人本體，有效控制新增硬件的成本并提高處理效率。為了整個處理過程高質、高效地完成，對網絡的要求較為嚴格，首先要求網絡傳送時間和遠端處理時間相加在100ms以內，其次，為了實現3D視覺，機器人需要安裝兩個以上的高清攝像頭，5G網絡的帶寬應不低于10Gb/s。

3.4 遠程操控

在危險系數較高的生產環節，通過精準操控實現使智能設備代替人為活動，大大降低安全風險，最典型的當屬煤礦、油田的開采，開采設備采集現場情景，輸送到后端設備，實現操作大型裝備的遠程管理和操作。5G網絡的低延時、高可靠的特性大大提升了操控系統的精準度，遠程控制管線閥門，精細控制開度。

3.5 資產跟蹤

在線購購物增長速度越來越快，實現資產跟蹤十分重要，預計到2025年，全球狀態監測連接將達到8800萬個。從物流角度來講，自倉儲管理開始到物流配送，覆蓋既要深入又要廣泛，且需要有效控制成本和功耗，5G環境下，這種連接成本得到有效降低，資產定位跟蹤效率也顯著提升。

4 結束語

工業互聯網是一種新型工業架構，是智能化工業的關鍵，當今前沿的5G技術具有延時低、覆蓋廣、功耗小等特點，促進了互聯網的高速發展，對工業互聯網具有積極的推動作用。