淺談5G技術(shù)推進工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)發(fā)展

郝 鵬

（沈陽市電信規(guī)劃設(shè)計院股份有限公司，遼寧 沈陽 110027）

1 什么是工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)

物聯(lián)網(wǎng)“工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)”（Industrial Internet）是由相互關(guān)聯(lián)的物理設(shè)備組成的全球網(wǎng)絡(luò)，是互聯(lián)網(wǎng)的重要組成部分，包括傳感器、執(zhí)行器、智能應(yīng)用程序、計算機、機械設(shè)備和人[1]。早在1999 年，其概念就被提出，并將其定義為；“所有物品通過射頻識別等信息傳感設(shè)備與互聯(lián)網(wǎng)連接起來，實現(xiàn)智能化識別和管理”。工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)把設(shè)備、生產(chǎn)線、工廠、供應(yīng)商、產(chǎn)品和客戶緊密地連接融合起來。具體則是通過紅外感應(yīng)器、全球定位系統(tǒng)等信息傳感設(shè)備，按約定的協(xié)議，把任何物品與互聯(lián)網(wǎng)相連接，進行信息的交換和通信，從而實現(xiàn)智能化識別、定位、跟蹤、監(jiān)控和管理的一種網(wǎng)絡(luò)幅。通過工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)平臺可以幫助制造業(yè)拉長產(chǎn)業(yè)鏈，形成跨設(shè)備、跨系統(tǒng)、跨廠區(qū)、跨地區(qū)的互聯(lián)互通，從而提高效率，推動整個制造服務(wù)體系智能化。還有利于推動制造業(yè)融通發(fā)展，實現(xiàn)制造業(yè)和服務(wù)業(yè)之間的跨越發(fā)展，使工業(yè)經(jīng)濟各種要素資源能夠高效共享。

2 5G技術(shù)的應(yīng)用將真正實現(xiàn)工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)

2.1 網(wǎng)絡(luò)連接方式由有線方式向無線方式轉(zhuǎn)變

目前5G主要特點優(yōu)勢高速率，低時延，廣連接。其中5G網(wǎng)絡(luò)的速率是4G網(wǎng)絡(luò)10倍以上； 5G網(wǎng)絡(luò)的時延大約幾十毫秒，比人的反應(yīng)速度還要快；最為重要的是 5G網(wǎng)絡(luò)出現(xiàn)，將配合其他技術(shù)，會打造一個全新的萬物互聯(lián)景象。所以5G技術(shù)的高速率、低延遲完全有能力取代普通用戶的有線連接，且民用上增強型移動寬帶（eMBB）將是未來的重要發(fā)展趨勢，在工業(yè)方面大規(guī)模機式通信（mMTC）、超可靠、低延遲通信（uRLLC）必然是工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)的最佳技術(shù)選擇。現(xiàn)代工業(yè)化園區(qū)、工廠有著大量的信息化設(shè)備，各種設(shè)備之間需要采集傳輸各種數(shù)據(jù)，為了保證數(shù)據(jù)的可靠穩(wěn)定抗干擾傳輸一般都采用有線傳輸方式。5G網(wǎng)絡(luò)技術(shù)有著熱點高容量，低功耗大連接的特點，設(shè)備密集度達到100萬個每平方千米，流量密度在20Tbs每平方千米，移動速度達到500km每小時。應(yīng)用5G網(wǎng)絡(luò)將把整個工廠的所有設(shè)備、人、各種配套設(shè)施連接成為一體，織成一張無形大網(wǎng)，使工廠高效運轉(zhuǎn)。

2.2 5G將加速信息技術(shù)融合使工業(yè)互聯(lián)發(fā)揮效能

打破了網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)傳輸?shù)谋趬荆I(yè)互聯(lián)網(wǎng)需要更強大的信息化技術(shù)的支撐，這包括人工智能、物聯(lián)網(wǎng)、大數(shù)據(jù)、云計算和邊緣計算等。這么多平時經(jīng)常聽到的技術(shù)這里就不深入介紹了，下面就說說他們在工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)中的作用。人工智能是對人類智能的啟發(fā)模擬，基本技術(shù)是模式識別、機器學(xué)習(xí)、數(shù)據(jù)挖掘、智能算法等，一句話就是讓機器變得聰明。物聯(lián)網(wǎng)是將各種智能設(shè)備互聯(lián)起來形成網(wǎng)絡(luò)，一句話讓機器上線。大數(shù)據(jù)是對龐大的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)進行分析處理，發(fā)現(xiàn)其中的共性關(guān)聯(lián)，找出其中的意義。云計算為工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)提供存儲和計算能力，為人工智能算法提供強大的人工智能計算能力。邊緣計算將遠離前端的數(shù)據(jù)中心的運算能力向前端遷移，為5G網(wǎng)絡(luò)提供比云計算更快更可靠的運算處理能力。邊緣計算處理實時數(shù)據(jù)，云計算處理日常積累的龐大數(shù)據(jù)，邊緣計算與云計算協(xié)同合作為5G網(wǎng)絡(luò)提供支撐。這樣通過5G與各種信息化技術(shù)的融合使工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)高效運轉(zhuǎn)，實現(xiàn)工業(yè)自動化、智能化控制，達到提高生產(chǎn)力的要求。

3 “5G+工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)” 典型應(yīng)用場景

3.1 智能制造

智能制造是先進制造技術(shù)、信息技術(shù)、智能技術(shù)的集成和融合，主要判斷標(biāo)準(zhǔn)在于能否實現(xiàn)感知、分析、推理、決策、控制等功能。智能制造裝備是智能制造的重要構(gòu)成，包括工業(yè)機器人、數(shù)控機床、智能控制軟件系統(tǒng)和以傳感器為代表的檢測設(shè)施。而工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)作為連接設(shè)備、生產(chǎn)線、工廠、供應(yīng)商、產(chǎn)品客戶的新型基礎(chǔ)設(shè)施已成為裝備制造智能化發(fā)展的核心支撐。實現(xiàn)生產(chǎn)過程智能化主要分三個方面：信號采集、網(wǎng)絡(luò)環(huán)境、工業(yè)軟件平臺。在生產(chǎn)設(shè)備中加入傳感器完成信號采集再通過5G網(wǎng)絡(luò)將采集到的生產(chǎn)設(shè)備信息數(shù)據(jù)回傳[2]。在工業(yè)領(lǐng)域需要統(tǒng)一支持5G通信的網(wǎng)絡(luò)環(huán)境，這就要求所有的設(shè)備都安裝5G通信模塊與5G網(wǎng)絡(luò)相連。工業(yè)軟件平臺是指在工業(yè)場景下進行研發(fā)設(shè)計、生產(chǎn)管理、運營管理的各類軟件。工業(yè)軟件正從復(fù)雜系統(tǒng)軟件向便捷平臺轉(zhuǎn)變，工業(yè)管理APP 將成為工業(yè)軟件的新型形態(tài)[3]。通過以上技術(shù)的融合，利用5G網(wǎng)絡(luò)、視頻監(jiān)控、VR/AR、無人機等技術(shù)實現(xiàn)制造流程可視化、智能化。

3.2 遠程控制

應(yīng)用5G網(wǎng)絡(luò)遠程控制可廣泛運用于采煤、采礦等高危險作業(yè)的行業(yè)，也可以應(yīng)用于工業(yè)生產(chǎn)、智能機器人、物流等工業(yè)領(lǐng)域。它可以提升工業(yè)生產(chǎn)效率，降低人工成本，提高作業(yè)的安全性。通過高清攝像頭、高精度傳感器獲得生產(chǎn)一線的圖像、聲音、溫度、壓力、濕度等環(huán)境數(shù)據(jù)，然后通過生產(chǎn)設(shè)備搭載的物聯(lián)網(wǎng)前端平臺把設(shè)備本身狀態(tài)數(shù)據(jù)一并采集回傳給移動邊緣計算設(shè)備進行實時處理，再通過5G網(wǎng)絡(luò)把數(shù)據(jù)傳輸?shù)酱髷?shù)據(jù)中心進行數(shù)據(jù)分析，最后把處理好的數(shù)據(jù)傳輸給操控平臺，讓后臺駕駛?cè)藛T進行判斷操控。例如有毒有害、地下隧道、礦山礦井等高危作業(yè)場景時，利用5G網(wǎng)絡(luò)低時延、大帶寬、高可靠等特性，通過遠程控制臺和現(xiàn)場實景模擬器來對工程機械進行遠程駕駛和操控。

3.3 智慧工業(yè)園區(qū)

工業(yè)園是現(xiàn)代工業(yè)聚落的常見形式，是各工廠為了分工合作達到降低成本、提高產(chǎn)能目標(biāo)的必然結(jié)果。但是由于工業(yè)區(qū)內(nèi)工廠眾多，環(huán)境復(fù)雜，信息化水平低，缺乏集中控制方式，數(shù)據(jù)庫也相對獨立，軟硬件系統(tǒng)不相互兼容，集中管理困難。如果運用物聯(lián)網(wǎng)、云計算、大數(shù)據(jù)、邊緣計算等技術(shù)，整合園區(qū)監(jiān)控視頻、局域網(wǎng)絡(luò)、門禁系統(tǒng)、停車準(zhǔn)入、信息大屏、能源監(jiān)控、智能化辦公等系統(tǒng)到一個統(tǒng)一的平臺，實現(xiàn)各個系統(tǒng)的信息交互、信息共享。再利用5G網(wǎng)絡(luò)、視頻監(jiān)控、VGA、無人機、工業(yè)傳感器及工廠各種生產(chǎn)設(shè)備實現(xiàn)工業(yè)園區(qū)智能安防、智慧制造，車輛調(diào)度，并在此基礎(chǔ)上完成園區(qū)廠區(qū)、設(shè)備、辦公樓、人員管理的數(shù)據(jù)融合、全面管理。最后為園區(qū)客戶提供個性化的安保、消防、生產(chǎn)、銷售、維護等服務(wù)，為客戶提供上下游產(chǎn)業(yè)鏈企業(yè)服務(wù)信息，達到個性化、智慧化的服務(wù)目標(biāo)。

4 結(jié)束語

當(dāng)今世界，新一輪科技革命和產(chǎn)業(yè)變革蓬勃興起，工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)作為制造業(yè)與互聯(lián)網(wǎng)深度融合的產(chǎn)物，已經(jīng)成為新工業(yè)革命的關(guān)鍵支撐和智能制造的重要基石。5G網(wǎng)絡(luò)就是工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)的神經(jīng)系統(tǒng)，將他的各個部分緊密的連接在一起。5G、物聯(lián)網(wǎng)、大數(shù)據(jù)、邊緣計算、人工智能等技術(shù)全面融合，必將推動控制系統(tǒng)的硬件、軟件和平臺向新一代“工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)”全面升級。