5G技術(shù)在工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)領(lǐng)域中的應(yīng)用

徐建偉

（中海油信息科技有限公司湛江分公司，廣東湛江 524000）

5G 技術(shù)是目前最為先進(jìn)、快速、穩(wěn)定的移動(dòng)通信技術(shù)，其與工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)的良好融入，拓寬了工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)的網(wǎng)絡(luò)渠道。5G 技術(shù)作為基礎(chǔ)網(wǎng)絡(luò)，實(shí)現(xiàn)工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)大規(guī)模業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)的承載傳輸，從而催生了一大批工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)相關(guān)應(yīng)用，為企業(yè)的生產(chǎn)賦能，加速企業(yè)的數(shù)字化轉(zhuǎn)型。

1 5G技術(shù)概述

在新一代信息技術(shù)革命浪潮中，5G 技術(shù)真正實(shí)現(xiàn)了萬物互聯(lián)，成為領(lǐng)銜新一輪基礎(chǔ)網(wǎng)絡(luò)建設(shè)的排頭兵。5G 作為新一代移動(dòng)通信系統(tǒng)，與工業(yè)融合后，逐步成為支撐工業(yè)生產(chǎn)的基礎(chǔ)設(shè)施。5G 與工業(yè)生產(chǎn)中既有研發(fā)設(shè)計(jì)系統(tǒng)、生產(chǎn)控制系統(tǒng)及服務(wù)管理系統(tǒng)等相結(jié)合，可以全面推動(dòng)5G 垂直行業(yè)的研發(fā)設(shè)計(jì)、生產(chǎn)制造、管理服務(wù)等生產(chǎn)流程的深刻變革，實(shí)現(xiàn)企業(yè)向智能化、服務(wù)化、高端化轉(zhuǎn)型。隨著工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)的發(fā)展，5G 技術(shù)低時(shí)延、大帶寬、高速率的特性可以承載工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)的龐大的數(shù)據(jù)量，而5G 更大的價(jià)值在于與云計(jì)算、大數(shù)據(jù)、人工智能、區(qū)塊鏈等數(shù)字技術(shù)的深度融合，推動(dòng)與各行各業(yè)的結(jié)合，從而促進(jìn)經(jīng)濟(jì)社會(huì)的數(shù)字化轉(zhuǎn)型，助力數(shù)字中國和智慧社會(huì)的發(fā)展。

2 5G技術(shù)在工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)領(lǐng)域中的應(yīng)用

5G 技術(shù)的大帶寬、低時(shí)延及高速率特性，以及在網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)上的靈活性，讓它相比于以往任何一代無線通信技術(shù)都更能滿足行業(yè)所需。而工業(yè)對(duì)于無線連接的訴求，直接影響著生產(chǎn)網(wǎng)絡(luò)的變革，以及包括柔性化生產(chǎn)、預(yù)測性維護(hù)、服務(wù)化延伸等在內(nèi)的關(guān)鍵行業(yè)價(jià)值的兌現(xiàn)。在供給側(cè)和需求側(cè)的雙輪驅(qū)動(dòng)下，5G 在工業(yè)領(lǐng)域前景非常廣闊且意義深遠(yuǎn)。

3 具體應(yīng)用場景探析

3.1 基于5G+工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)的閥門智能巡檢應(yīng)用

在傳統(tǒng)的閥門巡檢中，企業(yè)需要耗費(fèi)大量人力和物力，由于受限于網(wǎng)絡(luò)環(huán)境，無法很好地實(shí)現(xiàn)現(xiàn)場數(shù)據(jù)的回傳?；?G+工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)，設(shè)備建立了完整的數(shù)據(jù)鏈和信息化系統(tǒng)，打造了自主創(chuàng)新的工業(yè)閥門全生命周期管理系統(tǒng)。為實(shí)現(xiàn)工業(yè)閥門的5G+智能化的目標(biāo)，在閥門的巡檢修服務(wù)過程中，利用5G+技術(shù)，采用契合閥門檢維修過程的智能巡檢修系統(tǒng)，將長時(shí)間積累的巡檢修經(jīng)驗(yàn)進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)化、數(shù)字化和智能化，優(yōu)化巡檢修過程的準(zhǔn)確性、及時(shí)性和高效性，提升客戶滿意度和降低自身的運(yùn)營成本；通過服務(wù)過程中采用的5G+移動(dòng)式檢測設(shè)備，搜集閥門本體運(yùn)行的基本物理參數(shù)信息，為下一步完成5G+智慧閥門的開發(fā)和生產(chǎn)奠定良好基礎(chǔ)和數(shù)據(jù)支撐；同時(shí)，充分應(yīng)用大數(shù)據(jù)技術(shù)，打通閥門制造和維修行業(yè)的數(shù)據(jù)孤島，積極將閥門的研發(fā)、制造和維修服務(wù)信息相結(jié)合，通過研發(fā)、制造信息來支撐和指導(dǎo)產(chǎn)品維修，通過維修服務(wù)信息來優(yōu)化產(chǎn)品的研發(fā)制造，打造了一個(gè)可持續(xù)發(fā)展的集閥門研發(fā)、制造、銷售、維護(hù)為一體的全生命周期管理體系。

3.2 基于5G+工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)的智能工廠應(yīng)用

5G+MEC 技術(shù)替代工廠原有的有線無線網(wǎng)絡(luò)，規(guī)避原有網(wǎng)絡(luò)在工業(yè)生產(chǎn)現(xiàn)場環(huán)節(jié)存在的種種弊端，實(shí)現(xiàn)PTL 料車控制、AGV 自動(dòng)化調(diào)度運(yùn)行、PLC 到PLC（C2C）自動(dòng)協(xié)同控制、焊裝群控電腦IPC 無線化控制焊機(jī)等功能。

基于5G 技術(shù)，工業(yè)總裝線PTL（亮燈選揀）小車，單小區(qū)每分鐘近萬次的通信，5G 的大并發(fā)能力能很好地滿足該需求。焊裝車間AGV 在密集的機(jī)械臂、電焊電弧環(huán)境下工作，能有效體現(xiàn)5G 抗干擾、無切換的能力，5G 的高可靠性可很好地滿足復(fù)雜工業(yè)環(huán)境下的此類需求。工島控制器之間的C2C 控制，實(shí)現(xiàn)5G 商用網(wǎng)絡(luò)下E2E 的C2C 控制15 ms 低時(shí)延，不斷向工業(yè)控制10 ms 實(shí)時(shí)控制靠近。而且消除了工島之前的有線連接，實(shí)現(xiàn)了柔性制造。群控IPC 無線化，實(shí)現(xiàn)了現(xiàn)場工人移動(dòng)辦公，極大提高工作效率。

5G+工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)貫穿了制造的全過程，場景應(yīng)用覆蓋了倉儲(chǔ)物流、AGV、柔性制造、生產(chǎn)過程控制、機(jī)器人協(xié)作等各個(gè)環(huán)節(jié)。這些5G 智能制造應(yīng)用將顯著降低企業(yè)運(yùn)營成本，提高生產(chǎn)效率，優(yōu)化制造資源配置，提升產(chǎn)品高端化、裝備高端化和生產(chǎn)智能化水平，推動(dòng)制造業(yè)實(shí)現(xiàn)質(zhì)量效益提高、產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)優(yōu)化、發(fā)展方式轉(zhuǎn)變、增長動(dòng)力轉(zhuǎn)換，為構(gòu)建工業(yè)經(jīng)濟(jì)體系提供有力保障。

3.3 基于5G+工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)的智慧碼頭應(yīng)用

智慧碼頭通過信息技術(shù)綜合應(yīng)用于碼頭各業(yè)務(wù)環(huán)節(jié)和管理工作中，使碼頭業(yè)務(wù)和管理深度融合，促進(jìn)碼頭逐步走上集約、高效、便捷、安全、綠色的可持續(xù)發(fā)展道路。

智慧碼頭將先進(jìn)的信息技術(shù)和自動(dòng)化技術(shù)包括云計(jì)算、大數(shù)據(jù)、物聯(lián)網(wǎng)、GIS、RFID、實(shí)時(shí)監(jiān)控系統(tǒng)、船舶配載系統(tǒng)、智能監(jiān)控技術(shù)、作業(yè)自動(dòng)調(diào)度等通過網(wǎng)絡(luò)的連接應(yīng)用到整個(gè)碼頭物流作業(yè)、運(yùn)輸服務(wù)及碼頭管理中，在信息全面感知和互聯(lián)的基礎(chǔ)上，實(shí)現(xiàn)碼頭集疏運(yùn)體系、生產(chǎn)操作、倉庫管理、物流跟蹤等方面的智能化，實(shí)現(xiàn)車、船、人、物與碼頭各功能系統(tǒng)之間無縫連接與協(xié)同聯(lián)動(dòng)的智能自感知、自適應(yīng)、自優(yōu)化，最終使碼頭形成安全、高效、便捷、綠色可持續(xù)發(fā)展的形態(tài)。

5G 網(wǎng)絡(luò)在智慧港口的建設(shè)運(yùn)行中，能夠充分發(fā)揮差異化性能優(yōu)勢，突破以往傳統(tǒng)方式的局限性，能夠極大提升自動(dòng)化碼頭的運(yùn)營效率，為傳統(tǒng)人工碼頭的改造注入新動(dòng)力，助力打造“綠色、環(huán)保、高效”的智慧港口。

3.3.1 碼頭智能安防

港口現(xiàn)場實(shí)時(shí)監(jiān)控是建設(shè)智慧港口的基礎(chǔ)保障。智慧港口需要實(shí)現(xiàn)對(duì)生產(chǎn)運(yùn)營過程全面安全監(jiān)控，包括港口人員、車輛、船舶和貨物等進(jìn)行實(shí)時(shí)跟蹤和不安全因素監(jiān)測。5G 的超大帶寬特性可實(shí)現(xiàn)港區(qū)多路高清監(jiān)控視頻回傳，結(jié)合高精度定位能力，基于港口已安裝及新安裝高清攝像頭，可部署邊緣服務(wù)器，增加對(duì)視頻內(nèi)容的識(shí)別分析，并且利用5G 超大帶寬特性及無線優(yōu)勢，可靈活部署監(jiān)控點(diǎn)位，實(shí)現(xiàn)港口區(qū)域全時(shí)（白天、倍晚、凌晨、夜晚）、全方位（無死角覆蓋）、全氣候（大霧、雨天等）條件下的視頻監(jiān)控。在車輛經(jīng)過的關(guān)鍵點(diǎn)位架設(shè)卡口設(shè)備，可實(shí)現(xiàn)對(duì)港區(qū)車輛的遠(yuǎn)程監(jiān)督、遠(yuǎn)程調(diào)度、超速報(bào)警、逆行分析、定位追蹤等功能；5G+無人機(jī)+高清攝像頭對(duì)港口關(guān)鍵基礎(chǔ)設(shè)施、電力線路和環(huán)境等進(jìn)行超視距密集巡檢和安防，并通過5G 網(wǎng)絡(luò)回傳超高清視頻：5G+AR 全景相機(jī)可滿足港口生產(chǎn)作業(yè)調(diào)度、安全作業(yè)防范、海事等監(jiān)管部門對(duì)全港區(qū)視頻監(jiān)控系統(tǒng)的監(jiān)管和應(yīng)急處置等應(yīng)用需求。5G+8K+VR 即攝即傳，可構(gòu)建港區(qū)實(shí)景立體作戰(zhàn)指揮平臺(tái)，完成港區(qū)作業(yè)線實(shí)時(shí)指揮、作業(yè)方式調(diào)整等功能，形成港區(qū)集成一體化智能綜合安防解決方案。將港口的出入口、堆場、海陸側(cè)裝卸區(qū)、作業(yè)區(qū)、停車場、港區(qū)道路、查驗(yàn)平臺(tái)等統(tǒng)一納入港口可視化、智能化的安全管控體系，為港務(wù)局、海關(guān)、港口公安局、海事局、邊防、國檢、港口經(jīng)營人等港區(qū)相關(guān)業(yè)務(wù)單位提供全方位可視化的綜合監(jiān)管手段，從而實(shí)現(xiàn)創(chuàng)建一個(gè)安全、方便、快捷、高效的港口營運(yùn)環(huán)境的目標(biāo)。

3.3.2 無人運(yùn)輸

港口相對(duì)封閉，運(yùn)行車輛相對(duì)規(guī)則，是5G+自動(dòng)駕駛的重要應(yīng)用場景：此外，港口是勞動(dòng)密集型產(chǎn)業(yè)區(qū)域，一般7×24h 作業(yè)，集卡駕駛員工作強(qiáng)度大，疲勞駕駛現(xiàn)象突出，存在安全隱患；同時(shí)集卡駕駛員培養(yǎng)周期長等，人才較為短缺。目前港區(qū)自動(dòng)駕駛主要有地磁AGV 和單車智能集卡兩種技術(shù)路線，但是地磁AGV 要求地面鋪設(shè)地磁設(shè)備，對(duì)原有港區(qū)路面改造較大，同時(shí)因?yàn)椴捎靡罁?jù)預(yù)先設(shè)定好的毫米波雷達(dá)探測距離為1～280 m，紅外線傳感器探測距離為0.2～120 m，視覺攝像頭探測距離為0～80 m，中短距毫米波雷達(dá)探測距離為0.2～120 m，短距毫米波雷達(dá)探測距離為0.2～30 m，激光雷達(dá)探測距離為80～150 m，車端感知范圍還受到障礙物限制存在感知盲區(qū)，面對(duì)持殊道路情況會(huì)有“猶豫不決”的情況，無法在安全、效率等多個(gè)維度滿足業(yè)主方需求。自動(dòng)駕駛是港區(qū)重點(diǎn)應(yīng)用的場景，其對(duì)信號(hào)傳輸、協(xié)同互通、定位精度等要求較高，需高精度定位、車路協(xié)同、5G 等技術(shù)的融合應(yīng)用。基于5G 近實(shí)時(shí)的高清視頻傳輸，讓自動(dòng)駕駛能“看得更遠(yuǎn)更清楚”，實(shí)現(xiàn)更高安全性。5G 網(wǎng)絡(luò)切片技術(shù)提供始終如一的QoS 保障，能優(yōu)先保障汽車通信的高速率和低時(shí)延性能。5G 邊緣計(jì)算則是自動(dòng)駕駛的未來，5G 核心網(wǎng)控制面與數(shù)據(jù)面徹底分離，網(wǎng)絡(luò)虛擬化技術(shù)令網(wǎng)絡(luò)部署更加靈活，從而使能分布式的邊緣計(jì)算部署，邊緣計(jì)算將更多的數(shù)據(jù)計(jì)算和存儲(chǔ)從“核心”下沉到“邊緣”，部署于接近數(shù)據(jù)源的地方，一些數(shù)據(jù)不必再經(jīng)過網(wǎng)絡(luò)到達(dá)云端處理，從而降低時(shí)延和網(wǎng)絡(luò)負(fù)荷，也提升了數(shù)據(jù)安全性和隱私性。這對(duì)于時(shí)延要求極高、數(shù)據(jù)處理和存儲(chǔ)量極大的自動(dòng)駕駛領(lǐng)域而言，重要性不言而喻。未來對(duì)于靠近港口集卡車輛的移動(dòng)通信設(shè)備，如基站路邊單元等或均將部署車聯(lián)網(wǎng)的邊緣計(jì)算，完成本地端的數(shù)據(jù)處理、加密和決策，并提供實(shí)時(shí)、高可靠通信能力的5G-V2X 通信技術(shù)結(jié)合高精度定位，能有效建立車車/車路低時(shí)延、高可靠的數(shù)據(jù)交互通路，精準(zhǔn)規(guī)劃與監(jiān)測車輛行駛路徑，減輕單車智能實(shí)現(xiàn)難度，降低港區(qū)自動(dòng)駕駛單車智能化改造的成本，實(shí)現(xiàn)港區(qū)集卡自動(dòng)駕駛、AGV 小車自動(dòng)駕駛等應(yīng)用。

3.3.3 AI人員行為管理

港口司機(jī)行為管理系統(tǒng)主要利用5G 回傳駕駛員的面部特征、眼部信號(hào)、頭部運(yùn)動(dòng)特征等全天候監(jiān)測駕駛員的疲勞狀態(tài)、駕駛行為等，在發(fā)現(xiàn)駕駛員出現(xiàn)疲勞、打哈欠、分神、抽煙、打電話及其他錯(cuò)誤駕駛狀態(tài)后，預(yù)警系統(tǒng)將會(huì)對(duì)此類行為進(jìn)行及時(shí)的分析，并進(jìn)行語音燈光提示，達(dá)到警示駕駛員，糾正錯(cuò)誤駕駛行為的方式。通過對(duì)司機(jī)行為的管控，并進(jìn)行報(bào)警提示和采取相應(yīng)措施，有利于駕駛員更直觀地判斷車輛狀態(tài)，對(duì)駕乘者給予主動(dòng)智能的安全保障，提升碼頭現(xiàn)場作業(yè)安全。

3.4 基于5G+工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)的智慧風(fēng)電應(yīng)用

近年來，風(fēng)電上網(wǎng)電價(jià)正在逐年下降，如何緩解成本壓力，提高風(fēng)電機(jī)組發(fā)電效率逐漸成為行業(yè)關(guān)注的焦點(diǎn)。在此背景下，以信息流貫穿風(fēng)電機(jī)組生產(chǎn)、服役、運(yùn)維等關(guān)鍵環(huán)節(jié)的智慧風(fēng)電應(yīng)運(yùn)而生。智慧風(fēng)電作為風(fēng)電行業(yè)在新形勢下發(fā)展的必然選擇，以高效可靠的通信網(wǎng)絡(luò)為載體，正逐步形成驅(qū)動(dòng)風(fēng)電機(jī)組全生命周期智能化、數(shù)字化的良性發(fā)展模式。智慧風(fēng)電應(yīng)充分發(fā)揮5G 低時(shí)延、大帶寬、海量連接的特性，在風(fēng)電場部署5G 網(wǎng)絡(luò)，實(shí)現(xiàn)風(fēng)電場海量數(shù)據(jù)上云，動(dòng)風(fēng)電場大數(shù)據(jù)在風(fēng)電行業(yè)的升級(jí)和落地。5G 作為面向工業(yè)領(lǐng)域的新一代通信技術(shù)，實(shí)現(xiàn)“信息物理融合”，助力風(fēng)電行業(yè)實(shí)現(xiàn)新的跨越式發(fā)展。

3.4.1 高空無人機(jī)巡檢

風(fēng)場偏遠(yuǎn)，環(huán)境惡劣，人工巡檢存在成本較高、效率低下的問題，并伴隨一定的安全風(fēng)險(xiǎn)。針對(duì)此問題，利用5G 大帶寬、高速率的傳輸特性，結(jié)合網(wǎng)聯(lián)無人機(jī)、全景VR 相機(jī)等專業(yè)的巡檢輔助設(shè)備，可實(shí)現(xiàn)智能化巡檢。無人機(jī)與控制臺(tái)均與就近的5G 基站連接，在5G 基站側(cè)部署邊緣計(jì)算服務(wù)，實(shí)現(xiàn)視頻、圖片、控制信息的本地卸載，保障通信時(shí)延在毫秒級(jí)。同時(shí)還可利用5G 高速移動(dòng)切換的特性，使無人機(jī)在相鄰基站快速切換的同時(shí)，保障業(yè)務(wù)的連續(xù)性，從而擴(kuò)大巡線范圍到數(shù)公里范圍以外，提升巡線效率。

3.4.2 風(fēng)機(jī)吊裝協(xié)同

風(fēng)機(jī)吊裝場景是采用多臺(tái)起重機(jī)對(duì)塔筒、機(jī)艙進(jìn)行安裝，操作人員通過對(duì)講機(jī)將安裝情況與后臺(tái)指揮平臺(tái)同步，但該方式的實(shí)時(shí)性、準(zhǔn)確性差，存在信息不對(duì)等的風(fēng)險(xiǎn)。針對(duì)風(fēng)機(jī)吊裝現(xiàn)場多臺(tái)吊機(jī)協(xié)同工作的場景，利用無人機(jī)實(shí)時(shí)采集現(xiàn)場高清畫面，并通過5G 網(wǎng)絡(luò)將現(xiàn)場環(huán)境全景無死角地反饋給指揮平臺(tái)，由后臺(tái)吊裝專家進(jìn)行集中管理和實(shí)時(shí)調(diào)度，從而實(shí)現(xiàn)風(fēng)機(jī)的安全快速吊裝

3.4.3 風(fēng)機(jī)AR遠(yuǎn)程運(yùn)維

在風(fēng)電場建立5G 通信網(wǎng)絡(luò)，利用AR 技術(shù)實(shí)現(xiàn)風(fēng)機(jī)的遠(yuǎn)程診斷和遠(yuǎn)程維修指導(dǎo)。風(fēng)電場操作人員佩戴AR 眼鏡，通過5G 網(wǎng)絡(luò)將現(xiàn)場環(huán)境及故障情況實(shí)時(shí)反饋至異地專家，異地專家通過視頻畫面，對(duì)現(xiàn)場人員進(jìn)行指導(dǎo)，最大化復(fù)用專家的能力。風(fēng)電場AR遠(yuǎn)程運(yùn)維提高了效率，降低了成本，解決了技術(shù)專家緊缺的難題。

4 結(jié)束語

分析了5G 技術(shù)在工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)領(lǐng)域的應(yīng)用，明晰了5G 技術(shù)對(duì)工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)發(fā)展的重要作用和深遠(yuǎn)意義。相信隨著企業(yè)數(shù)字化轉(zhuǎn)型浪潮，5G+工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)勢必能催生更多的應(yīng)用。