淺析5G在工業製造領域的應用場景

5G（5th-Generation），即第五代移動通信標準，也稱第五代移動通信技術。與2G萌生數據、3G催生數據、4G發展數據不同，5G是跨時代的技術–5G除了更極致的時延和更大的帶寬，它還將開啓萬物互聯時代，並滲透進至各個行業。4G通過搭建移動互聯網已經極大程度改變了我們的生活；而5G即將改變我們的社會，它將和雲計算、大數據、人工智能等一起賦能千行百業，加速各行各業的數字化轉型進程，大步邁進智能化時代。

一、5G技術簡介

ITU（國際電信聯盟）爲5G通信技術規劃了三大技術特性：eMBB（Enhanced Mobile Broadband）、uRLLC（Ultra-Reliable Low-Latency Communication）、mMTC（Massive Machine Type of Communication）。eMBB要求傳輸速率達到1Gbps以上，爲4G速率的10倍以上，可用於4K超高清視頻、AR/VR圖像、工業相機高清圖像和海量數據的實時傳輸，eMBB的技術標準已經在3GPP發佈的R15中凍結了。uRLLC要求空口時延達到毫秒級，相當於4G網絡的10分之一，可靠性也是4G網絡的10倍，可用於時延和可靠性要求高的場景，如自動無人駕駛、工業機器人控制、遠程醫療手術等。mMTC要求每平方公里的連接數量達到數百萬個，爲4G網絡連接密度的10倍以上，爲萬物互聯構建可靠的網絡基礎，主要用於大規模物聯網應用。

二、5G使能工業互聯網

4G 技術以人爲中心，造就了非常輝煌的消費互聯網時代；而5G 技術打開了另一扇門，就是工業互聯網時代。工業互聯網作爲新一代信息技術與製造業深度融合的產物，正日益成爲新工業革命的關鍵支撐。工業互聯網將機器和先進的傳感器、控制和軟件應用進行連接，由標識解析、網絡、平臺、安全四大要素構成，其本質在於工業機理、經驗的固化以及生產製造資源的集中與共享。

5G 技術的突破，可以提供10 倍於4G 的峯值速率及用戶體驗速率、百萬的連接數以及超低的空口時延，是萬物互聯的重要保障；5G 不僅僅將以用戶爲中心，構建全方位的信息生態系統，而且從線上到線下、從消費到生產、從平臺到生態，有效支撐垂直行業融合發展。

5G 技術將推動雲計算、大數據、人工智能的快速發展，這些新興的信息技術又將推動實體經濟和數字經濟的發展。工業互聯網將人工智能、雲計算和大數據分析相結合，通過對物理世界的數字化映射，採集工廠內部的生產運行狀態數據並進行大數據分析，優化生產工藝流程和進行預測性維護，從而提高生產效率、降低生產運營成本、提升產品質量，促進整個產業轉型升級。根據華爲GIV預測，到2025 年，全球聯網設備總數達到1000億，全球部署的5G基站數量達到650萬。

5G 低時延、高可靠、大帶寬、海量連接的特性，是構建網絡強國的基石，是促進兩化融合的先決條件，將深刻影響社會生產生活方式，並將繼續像消費互聯網時代一樣全面使能工業互聯網時代。德勤、IHS等很多分析機構一致認爲工業將是5G最具有發展潛力的行業。

三、5G在工業製造領域的應用場景

目前看來，5G在工業製造領域的應用場景包括無人機巡檢、AGV控制、遠程設備操控、工業AR、車聯網等，未來隨着5G技術的進一步成熟和廣泛應用，還將挖掘出更多的應用場景。

1、5G+無人機巡檢

無人駕駛飛行器簡稱爲無人機，其全球市場在過去十年中大幅增長，現在已經成爲商業、政府和消費應用的重要工具。使用配備LiDAR的無人機進行基礎設施、電力線、石油管道和生態環境的密集巡檢是一項新興業務，LiDAR掃描所產生巨大的實時數據量將需要大於200 Mbps的傳輸帶寬。5G的大帶寬特性能夠有效支撐無人機巡檢業務的流暢運行。

通過部署無人機平臺可以快速實現效率提升和安全改善。5G網絡將提升自動化水平，使能分析解決方案，這將對諸多行業轉型產生影響。比如，對風力渦輪機上的轉子葉片的檢查將不再由訓練有素的工程師通過遙控無人機來完成，而是由部署在風力發電場的自動飛行無人機完成，不需要人力干預。再比如，無人機行業解決方案有助於保護石油和天然氣管道等基礎資產和資源，還可以應用於提高農業生產率。

2、5G+AGV

在AGV控制領域，目前大多數採用WiFi或4G無線通信技術，但存在以下問題：WiFi同頻干擾導致AGV難以大規模部署、WiFi短距傳輸導致難以具備遠程控制能力、WiFi 或4G上傳速率無法實時上傳高清圖像。爲了支持AGV的高清視覺導航，需要安裝4個2K的TOF深度攝像頭，大概每個AGV需要50M的帶寬進行數據實時回傳，時延要求20毫秒左右，基本上4G和WiFi在時延和帶寬上都難於滿足要求，只能利用5G的大帶寬和低時延特性才能支持AGV的高清視覺導航。

3、5G+工業AR

工業領域的AR遠程維護業務對帶寬的需求是巨大的。高質量AR內容處理走向雲端，滿足用戶日益增長的體驗要求的同時降低了設備價格，AR將成爲移動網絡最有潛力的大流量業務。雖然現有4G網絡平均吞吐量可以達到100 Mbps，但一些高階AR應用需要更高的速度和更低的延遲，需要5G網絡纔能有效支撐AR遠程運維業務的大規模推廣。

4、5G+遠程設備控制

礦山、港口行業面臨安全、招工難、效率低等問題，需要實現遠程控制挖掘機、礦車無人駕駛等，將人從惡劣環境中轉移到辦公室，降低安全風險，改善工作環境；車輛實現無人駕駛，降低成本，提高運作效率。根據實際項目驗證，遠程控制挖掘機挖礦需要端到端的時延不能30毫秒，目前的4G網絡滿足不了要求，只能使用5G網絡支撐遠程設備控制的場景。在2019年上海MWC展會上，工程師在展會現場遠程操控遠在河南礦山的挖掘機，5G的低時延保障了操作流暢度基本上等同於在現場操控挖掘機。

5、5G+車聯網

傳統汽車市場將徹底變革，因爲聯網的作用超越了傳統的娛樂和輔助功能，成爲道路安全和汽車革新的關鍵推動力。驅動汽車變革的關鍵技術—自動駕駛、編隊行駛、車輛生命週期維護、傳感器數據傳輸等都需要安全、可靠、低延遲和高帶寬的連接，這些連接特性在高速公路和密集城市中至關重要，只有5G可以同時滿足這樣嚴格的要求。

在遠控駕駛中，當端到端時延控制在10ms以內時，在時速90公里下遠程緊急制動所產生的剎車距離不超過25釐米，可見低時延在遠程駕駛領域的重要性，而目前只有5G網絡能夠實現遠程駕駛所需要的低時延。

卡車或貨車的自動編隊行駛比人類駕駛員更加安全，車輛之間靠得更近，從而節省燃油。3輛以上的車就可以組成編隊，相鄰車輛之間進行直接或車路通訊，對於較長的編隊，消息的傳播需要更長的時間。制動和同步依賴低時延的5G網絡通訊。

5G很有可能成爲統一的車聯網連接技術，滿足未來共享汽車、遠程操作、自動和協作駕駛等連接要求。