5G智能工廠離我們還有幾步之遙？

王欣

5G、物聯(lián)網(wǎng)、云計(jì)算等新興科技技術(shù)正在迅速發(fā)展，并致力于改變社會(huì)生活，而制造生產(chǎn)作為社會(huì)生活的重要方面即將迎來新一輪革命。

可以發(fā)現(xiàn)，經(jīng)濟(jì)發(fā)展瓶頸引發(fā)了“再工業(yè)化”浪潮，德國、美國、中國等國家均將 “智能制造”作為重要發(fā)展戰(zhàn)略，從國家政策出發(fā)，全力引導(dǎo)支持。

近日，愛立信與中國移動(dòng)研究院共同發(fā)布了《5G與智能工廠研究報(bào)告》（以下簡稱《報(bào)告》），進(jìn)一步推動(dòng)了智能制造的發(fā)展。據(jù)悉，該報(bào)告從智能工廠背景及趨勢、智能工廠對連接的需求與挑戰(zhàn)、5G智能工廠解決方案、智能工廠應(yīng)用案例等幾個(gè)方面，闡述5G網(wǎng)絡(luò)如何滿足智能工廠連接需求，以及智能工廠解決方案的具體實(shí)踐。

智能工廠是什么？

那么，智能工廠將是什么樣子？

據(jù)《通信產(chǎn)業(yè)報(bào)》（網(wǎng)）記者了解，智能工廠作為實(shí)現(xiàn)智能制造的重要載體，是指以先進(jìn)的信息網(wǎng)絡(luò)技術(shù)和先進(jìn)的制造技術(shù)深度融合，實(shí)現(xiàn)工廠生產(chǎn)操作、生產(chǎn)管理、管理決策三個(gè)層面全部業(yè)務(wù)流程的閉環(huán)管理，繼而實(shí)現(xiàn)整個(gè)工廠全部業(yè)務(wù)流程上下一體化業(yè)務(wù)運(yùn)作的決策、執(zhí)行自動(dòng)化。

相較傳統(tǒng)工廠，智能工廠中將大量使用各類傳感器、機(jī)器人，并基于大數(shù)據(jù)、云平臺(tái)的智能分析工具將幫助企業(yè)實(shí)現(xiàn)更為科學(xué)的決策。同時(shí)，生產(chǎn)的本地性概念不斷被弱化，由集中生產(chǎn)向網(wǎng)絡(luò)化異地協(xié)同生產(chǎn)轉(zhuǎn)變，信息網(wǎng)絡(luò)技術(shù)使不同環(huán)節(jié)的企業(yè)間實(shí)現(xiàn)信息共享，實(shí)現(xiàn)全球范圍內(nèi)的資源高效協(xié)作和配置。

《報(bào)告》指出，先有大連接才有大數(shù)據(jù)，才有智能，才有智能生產(chǎn)制造的未來?！斑B接”是智能工廠的基礎(chǔ)，網(wǎng)絡(luò)是連接的載體。網(wǎng)絡(luò)連接是智能工廠的基礎(chǔ)，打造低時(shí)延、高可靠的網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)設(shè)施是實(shí)現(xiàn)全要素各環(huán)節(jié)的泛在深度互聯(lián)的前提。

實(shí)際上，5G將為智能工廠實(shí)現(xiàn)提供堅(jiān)實(shí)基礎(chǔ)。5G的超低時(shí)延、超高可靠性、海量連接、超大帶寬等特性，以及毫米波、高階MIMO（大規(guī)模天線）、波束賦形、網(wǎng)絡(luò)切片等創(chuàng)新技術(shù)應(yīng)用，使得5G在工業(yè)領(lǐng)域關(guān)注的速率、時(shí)延、終端連接數(shù)、可靠性、安全性、電池壽命等多個(gè)指標(biāo)優(yōu)勢突出。

五大場景接入+三張切片+三朵云

值得一提的是，《報(bào)告》指出，對于一個(gè)典型的廠區(qū)，5G智能工廠解決方案為——五大場景接入+三張切片+三朵云。

據(jù)了解，一個(gè)典型的制造執(zhí)行車間主要由六類要素、五大典型生產(chǎn)制造場景構(gòu)成。五大典型場景包括：工業(yè)自動(dòng)控制、設(shè)備檢測管理、環(huán)境檢測控制、物料供應(yīng)管理、人員操作交互。六類要素包括，生產(chǎn)環(huán)境、物料、生產(chǎn)設(shè)備、PLC（可編程控制器）、制造執(zhí)行控制系統(tǒng)、人。

五大場景的每個(gè)場景都有對連接的不同需求：工業(yè)自動(dòng)控制場景，需要自動(dòng)化機(jī)械設(shè)備與PLC間的連接；設(shè)備檢測管理場景，需要生產(chǎn)設(shè)備與制造管控系統(tǒng)間的連接；環(huán)境檢測控制場景，需要生產(chǎn)環(huán)境與制造管控系統(tǒng)間的連接；物料供應(yīng)管理場景，需要物料供應(yīng)與制造管控系統(tǒng)間的連接；人員操作交互場景，需要人與制造執(zhí)行間的連接。

此外，五大場景中各終端設(shè)備、傳感器通過5G模塊接入5G網(wǎng)絡(luò)；終端根據(jù)場景的不同，選擇合適的5G模塊。如設(shè)備檢測管理、環(huán)境監(jiān)測管理、物料貨架監(jiān)測管理符合物聯(lián)網(wǎng)場景，需要低功耗終端模塊，可采用5G的NB-IoT（窄帶蜂窩物聯(lián)網(wǎng)）接入。因此，針對五大工廠場景業(yè)務(wù)需求，需要設(shè)計(jì)相應(yīng)接入方案、切片方案、部署方案。

5G采用切片網(wǎng)絡(luò)方式，對于某個(gè)工廠可提供多個(gè)網(wǎng)絡(luò)切片，根據(jù)工廠具體連接需求對網(wǎng)絡(luò)要求特點(diǎn)，可構(gòu)建工業(yè)控制切片、工業(yè)多媒體切片、工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)切片三張切片。

具體來說，工業(yè)控制切片能夠滿足uRLLC低時(shí)延高可靠通信類網(wǎng)絡(luò)連接需求，適用于對可靠性、時(shí)延敏感要求高的業(yè)務(wù)領(lǐng)域，尤其是在工業(yè)自動(dòng)化控制、機(jī)器人調(diào)度、遠(yuǎn)程操控業(yè)務(wù)領(lǐng)域。

工業(yè)多媒體切片能夠滿足eMBB增強(qiáng)型移動(dòng)寬帶網(wǎng)絡(luò)連接需求，移動(dòng)性強(qiáng)、高帶寬，適用于大數(shù)據(jù)量的業(yè)務(wù)領(lǐng)域，如人員通過AR、高清視頻交互場景。

工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)切片能夠滿足mMTC大規(guī)模物聯(lián)網(wǎng)連接需求，低成本、低能耗、小數(shù)據(jù)包、海量連接，適用于終端接入數(shù)量大的業(yè)務(wù)領(lǐng)域，如物料監(jiān)控、設(shè)備監(jiān)控、環(huán)節(jié)監(jiān)控。

此外，5G網(wǎng)絡(luò)資源深度云化，根據(jù)承載內(nèi)容及部署位置，可分為運(yùn)營商運(yùn)營的邊緣云、核心云，以及工廠或其他相關(guān)企業(yè)的遠(yuǎn)端云。

具體來說，邊緣云是距離工廠最近的云，主要承載接入網(wǎng)，及對時(shí)延、安全性要求最高的工廠應(yīng)用。核心云是距離工廠較遠(yuǎn)，主要用于承載核心網(wǎng)絡(luò)及對時(shí)延、安全性要求不高的應(yīng)用。遠(yuǎn)端云是相對于運(yùn)營商運(yùn)營的云來講，其它部署云為遠(yuǎn)端云，包括工廠自己的云，以及與工廠業(yè)務(wù)往來的設(shè)備商、上游物料供應(yīng)商、下游客戶、銷售平臺(tái)、其它工業(yè)內(nèi)容供應(yīng)商的數(shù)據(jù)云。

每年節(jié)省500萬成本

值得一提的是，中國移動(dòng)與愛立信已經(jīng)身體力行，在江蘇南京開展5G智能工廠改造應(yīng)用試點(diǎn)，打造智能制造應(yīng)用的示范基地。

具體來看，該試點(diǎn)由江蘇移動(dòng)提供網(wǎng)絡(luò)環(huán)境，愛立信南京工廠作為改造對象。該智能工廠解決方案覆蓋了設(shè)備檢測管理、環(huán)境監(jiān)測管理、物料供應(yīng)管理、人員操作交互四種場景，包括智能螺絲刀等共7個(gè)具體應(yīng)用解決方案，主要聚焦于工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)及多媒體。

由于當(dāng)前5G還沒商用，南京工廠采用平滑過渡方案，場景較多選擇物聯(lián)網(wǎng)、多媒體，在4G的網(wǎng)絡(luò)環(huán)境下即可實(shí)現(xiàn)一定效果；當(dāng)5G商用后，整體解決方案仍可延續(xù)，只通過升級(jí)終端模組等方式，便可實(shí)現(xiàn)效果提升。

目前，中國移動(dòng)——愛立信南京智能工廠在繼續(xù)測試這些用例的成熟度和進(jìn)一步產(chǎn)品化方案，同時(shí)開展更多創(chuàng)新用例的開發(fā)，結(jié)合網(wǎng)絡(luò)性能測試，打造智能制造應(yīng)用的示范基地。

5G網(wǎng)絡(luò)在智能工廠中應(yīng)用，不但能夠降低工廠投資與運(yùn)營成本，同時(shí)工廠與其供應(yīng)商及其客戶之間商業(yè)模式也將發(fā)生變化。

中國移動(dòng)——愛立信南京智能工廠項(xiàng)目計(jì)劃在2018年繼續(xù)開發(fā)更多的創(chuàng)新方案，陸續(xù)部署3000個(gè)左右的連接數(shù)量，通過降低人力，提高產(chǎn)能和改善質(zhì)量，并可以每年節(jié)約500萬元的成本，同時(shí)進(jìn)行行業(yè)推廣復(fù)制，在其他制造業(yè)領(lǐng)域探索創(chuàng)新應(yīng)用，推動(dòng)智能制造技術(shù)在工業(yè)領(lǐng)域的規(guī)模落地。