5G定制网在数字工厂中的应用

5G定制网在数字工厂中的应用

黄建国

中国电信股份有限公司宁波镇海区分公司

摘要：现当今，随着我国通信行业的不断发展和进步，5G时代已经到来，为数字工厂的发展创造了有利条件。数字工厂对于网络技术有较高的要求，5G技术顺应了时代发展的潮流，对于数字工厂产生了积极影响。文章阐述了提升5G技术在数字工厂的关键技术，论述5G技术在数字工厂领域应用的策略。

关键词：5G；数字工厂；应用研究

引言

数字工厂是新一轮工业革命的关键支撑和智能制造的重要基石，中国、美国、德国等诸多制造大国已经将其上升为国家战略。5G有更低的时延，更高的速率，更好的业务体验，有感知泛在、连接泛在、智能泛在的特点，5G的发展能够推进实现信息化与工业化的深度融合，特别是移动信息化与社会各行各业的深度融合，5G将融入到研发、生产、管理、服务等环节，满足人、物等各要素之间全连接，实现泛在深度互联和个性化定制，形成全新工业生态体系。

在当前的数字经济时代，数字化、网络化、智能化是数字社会发展的趋势，通过云网融合能力赋能千行百业是产业数字化发展的新方向。作为数字中国建设的主力军，中国电信推进实施“云改数转”战略，不断推动5G网络的规模发展、技术升级与价值实现，基于云网融合优势，在2020年推出致远、比邻、如翼三类5G定制网服务模式。针对不同行业客户、不同业务需求场景，中国电信充分发挥5G高速率、低时延、高可靠等特性，提供云网融合的5G综合解决方案。

近期中国电信2021年度业绩披露中显示，中国电信的5G定制网商用项目，已经覆盖《5G应用“扬帆”行动计划（2021-2023年）》中所提及的15个重点行业，总量已经超过1200个。在助力企业开展数字化转型升级，实现生产降本增效上，中国电信走出了一条生动的创新探索之路。

1数字工厂概述

数字工厂并不是一下就提出了宏大的、脱离实际的愿景，数字工厂的雏形就是在制造业中接入了互联网，部署多种辅助生产系统，组建统一的反馈系统，使工业生产更加可控，提高管理水平，降低不良率。随着通信和工业技术水平的日益提升，数字工厂的概念渐渐清晰，在大数据、云计算、边缘计算等新兴技术的支持下，数字工厂大步朝着智能化的方向迈进。数字工厂浪潮使得工业企业朝着智能化、网络化、数字化方向转型。智能化是现代制造业生产管理的重要支撑，是企业降低人工成本、提高产品质量、提升生产效率、获取规模经济的重要手段；网络化是数字工厂的神经系统，企业内部的信息流、控制流离不开高速和稳定的网络，对于整个社会而言，网络化使得数字工厂融入移动互联网，无缝连接上下游企业，当自身需求发生改变能够迅速通知上游伙伴，下游的电子商务让企业可以搜集到定制化多样化的产品需求，让整个生产消费链更加透明；数字化让企业生产脱离经验主义，通过各种生产和管理系统，让人、物、业务的各项信息自动采集储存，以人为本，减轻人的操作负担，并提高数据的准确性。

25G在数字工厂上的应用

2.1数字工厂对5G无线环境的需求

传统模式下，制造商依靠有线技术来连接生产设施，目前固定线路在数字工厂中还是占主导，相对于有线来说，无线更适合千变万化的环境，降低线路升级需要花费的成本，近年来WIFI、蓝牙等无线解决方案也都在制造业中应用。因为生产制造企业环境多样化和无线终端类型多样化，所以无线解决方案需要考虑业务覆盖问题和带宽问题；同时企业日常工作有大量的应用系统运行，无线解决方案需要考虑可靠性和安全性等方面问题，保持移动业务的连续性。智能制造过程中，海量设备与设备之间、设备与人、设备与云端智能平台之间都可以高效信息交互，因此需要极为苛刻的性能要求和海量接入处理能力。5G在数字工厂的应用来看，一方面，无线化既减少了机器之间的线路成本，又能够在各种场景中平滑切换，使得工厂模块化生产和柔性制造成为可能。另一方面，因为5G网络广覆盖特性，使得各种跨地域协同维护、远程定位成为可能，可以使工厂和生产线的建设、改造施工更加便捷，提升了效率，降低成本。而相对于对于目前的4G技术，解决设备的广覆盖的问题是足够的，但是5G引入将解决低时延高可靠、高速率、高密度部署等问题。此外，不同生产场景对网络的QoS要求不同，有的工序环节需要低延时，有的环节需要高可靠保障，有的需要高带宽高速率，5G网络切片技术，可以在通用的网络平台上根据，按需灵活调整QoS。

2.2推动融合

产品研发和产业化发展。加快工业级5G芯片和模组、网关，以及工业多接入边缘计算（MEC）等通信设备的研发与产业化，促进5G技术与可编程逻辑控制器（PLC）、分布式控制系统（DCS）等工业控制系统的融合创新，形成特色鲜明的产业结构，为产品研发和产业进程提供支持。

2.3万物互联在数字工厂领域的应用

目前我国制造业中存在大量的不具有通信能力的机械设备，数字工厂不仅要把这些设备智能化，实现最基本的物与物连接（M2M），还要通过5G万物互联实现人、机、系统的交互。根据美国咨询机构FORRESTER的预测，2020年M2M的信息量是人与人通信量的30倍。消费者将可能在自己的智能设备上欣赏到感兴趣商品的全程制作，并有可能参与其中，5G的万物互联让

数字工厂与移动互联网密切关联，提升外部信息对企业的应用价值，发掘数字工厂新场景。

2.4双相机照相测量

在生产过程中针对大型分段进行精确测量较为困难，传统双相机照相测量需两台相机间传输超过100Mb/s的数据流量，相机同步时延要在20ms以内，只能通过有线方式进行传输，且飞机体型大，需通过多角度对飞机进行检测，有线连接极为不便。而5G具有高速率和低时延的优势，可以实现双相机随时随地部署，移动化测量。实践中将测量相机接入5G网络，并与私有云结合，改造测量软件实现云化部署，与企业信息系统对接集成，将质量检测嵌入生产过程，提升产品质量，提高检测效率。

2.5云端机器人

基于5G的云端智能机器人的大脑都在云端，机器人将成为纯粹的执行器，云化技术将昂贵的计算资源部署在云端，让机器人通过5G网络连接共享云端“大脑”。阿尔法狗这样等级的处理能力需要1202个CPU和176个GPU，安装在每个机器人上是不现实的。5G网络特性使得把复杂的处理力放在云端的架构成为可能，减少了新增控制功能的硬件成本和效率。5G网络需要实时地把机器人从外部获取的信息发送给云端，又要把云端计算出来的结果即时地返回给机器人本体。这对网络的要求是非常高的，一是低时延，人类神经系统的反应时延是100ms,机器人要达到这种反应效果，也就是在云端处理和网络传送时间相加不能超过100ms；二是高带宽，机器人需要两颗以上高清摄像头来实现对某个方向的3D视觉，5G网络要为机器人提供10Gbps以上的足够宽的带宽。

2.6 NFV技术

NFV仅使用标准服务器和相应的软件，就能完成传输专用网络设备的效果，不再受到专用硬件的局限，在标准通用设备普及的过程中，能够在很大程度上降低硬件的使用成本，推动数字工厂的有序开展。不仅如此，NFV的思想还将为数字工厂的软件定义机器技术带来突破。

结语

正如原信产部部长吴基传所说，5G的重点不是取代4G，而是在数字工厂。数字经济的发展已经从第一阶段的消费领域，快速进入到第二阶段的生产领域。5G以它移动性、高速率、低时延、大容量的优势，助力未来的数字工厂实现数字化、网络化、智能化的方式进行生产组织。而中国联通将致力于成为数字工厂领域的使能者，为工业企业赋能，助力工业企业实现数字化转型。

参考文献

[1]工业互联网赋能智能制造[J]. 王云侯.网络安全和信息化.2019(05)

[2]工业互联网赋能平台下一个产业革命[J]. 程梦瑶.软件和集成电路.2019(Z1)

[3]国际工业互联网新进展及分析[J]. 王戈,杨楠,崔粲,胡碧波.信息通信技术与政策.2018(10)