簡析5G如何應用在智慧工業(yè)園區(qū)

中國信息通信研究院廣州分院|靳欣欣

隨著產(chǎn)業(yè)互聯(lián)網(wǎng)的發(fā)展和技術(shù)革命的不斷升級以及數(shù)據(jù)量的全面爆發(fā)，智慧園區(qū)對通信技術(shù)的升級要求越來越迫切，5G網(wǎng)絡(luò)在智慧園區(qū)具備良好的應用前景。

隨著產(chǎn)業(yè)發(fā)展和技術(shù)變革的不斷深入，智慧園區(qū)建設(shè)對于通信技術(shù)提出了更高和更多的要求，筆者將從5G本身的特性和產(chǎn)業(yè)發(fā)展、技術(shù)應用的需求出發(fā)，探究智慧工業(yè)園區(qū)通信升級的必然性，分析5G在智慧工業(yè)園區(qū)中的幾個典型應用場景。

新技術(shù)推動智慧園區(qū)建設(shè)

“智慧園區(qū)”的概念出現(xiàn)在“智慧城市”之后，是“智慧城市”的重要表現(xiàn)形態(tài)和縮影。隨著城市化發(fā)展的加速，部分城市尤其是經(jīng)濟較為發(fā)達的大型城市，飽受“城市病”困擾?！爸腔鄢鞘小币辉~應運而生，包括美國、新加坡、丹麥、英國以及中國在內(nèi)的眾多國家將智慧城市作為城市發(fā)展的長期國家戰(zhàn)略。中國將北京、上海、天津等90個城市納為首批智慧城市試點建設(shè)區(qū)域，要求加快智慧城市建設(shè)，提升城市智能化、精細化、科學化管理水平。在“智慧城市”概念之后，“智慧園區(qū)”也逐步進入公眾視野，國家頒布多項政策鼓勵建設(shè)智慧園區(qū)。

智慧園區(qū)既反應了智慧城市的主要體系模式和發(fā)展特征，又具備了不同于智慧城市的發(fā)展模式的獨特性。由于園區(qū)定位于集聚產(chǎn)業(yè)發(fā)展，因此與智慧城市不同的是，智慧園區(qū)的設(shè)計和建設(shè)更加注重對產(chǎn)業(yè)鏈上中下游聯(lián)動發(fā)展的推動，更加注重服務園區(qū)企業(yè)需求。

隨著移動通信技術(shù)的發(fā)展，人類進行信息交互的手段更加高效。但互聯(lián)網(wǎng)與實體經(jīng)濟的融合還需要拓展更多的業(yè)務場景，創(chuàng)造更大的連接規(guī)模和更豐富的應用場景。4G技術(shù)不能滿足社會發(fā)展對移動通信技術(shù)的要求，亟需一種更能適應復雜場景、傳輸性能更佳的新一代通信技術(shù)來滿足產(chǎn)業(yè)發(fā)展和人們生產(chǎn)生活的需求，5G技術(shù)應運而生。

智慧園區(qū)的規(guī)劃設(shè)計和建設(shè)需要通過BIM（建筑信息模型技術(shù)）、物聯(lián)網(wǎng)、地理信息技術(shù)、云計算等技術(shù)實現(xiàn)，無人駕駛、物流追蹤、遠程管理、遠程醫(yī)療等移動和遠程管控等應用場景的需求不斷增長，需要5G網(wǎng)絡(luò)支持1～10Gbit/s的空口傳輸速率，網(wǎng)絡(luò)時延能夠從100ms（4G）降低到1ms（5G）。物聯(lián)網(wǎng)傳感技術(shù)的發(fā)展、電子設(shè)備的迅猛增多、智能辦公設(shè)備增加、工廠智能裝備發(fā)展等都要求網(wǎng)絡(luò)能夠支撐更大規(guī)模的連接。以自動駕駛為例，需要依托5G網(wǎng)絡(luò)實現(xiàn)車輛、信號燈、道路感應線圈、智能總控平臺間的無縫連接和互動，且時延在毫秒級。

5G在智慧工業(yè)園區(qū)應用的典型場景

從實際應用來看，全國各地建設(shè)的“智慧園區(qū)”很多，一定程度上實現(xiàn)了信息化和智能化。但由于技術(shù)和成本問題，目前的智慧園區(qū)只能實現(xiàn)簡單的系統(tǒng)集成，并沒有實現(xiàn)真正的“智慧”。

隨著產(chǎn)業(yè)互聯(lián)網(wǎng)的發(fā)展、技術(shù)革命的不斷升級以及數(shù)據(jù)量的全面爆發(fā)，5G網(wǎng)絡(luò)在智慧園區(qū)具有良好的應用前景。筆者總結(jié)出5G技術(shù)在智慧園區(qū)有以下幾種典型應用場景。

推動智慧工廠升級

智慧工廠是現(xiàn)代工廠信息化發(fā)展的新階段，是在數(shù)字化工廠的基礎(chǔ)上利用物聯(lián)網(wǎng)和設(shè)備監(jiān)控等技術(shù)加強信息管理和服務能力，集合智能化系統(tǒng)和技術(shù)等，全面系統(tǒng)掌握供應鏈全流程，以實現(xiàn)生產(chǎn)的高可控性、高效性，減少人工干預，及時準確地進行數(shù)據(jù)采集、合理規(guī)劃/優(yōu)化生產(chǎn)進度等，構(gòu)建一個高效節(jié)能、綠色環(huán)保、環(huán)境舒適的工廠。在工業(yè)園區(qū)中，將5G應用于智能制造中，結(jié)合人工智能、物聯(lián)網(wǎng)等技術(shù)將在以下方面助力實現(xiàn)工廠的智慧升級。

一是助推柔性制造，實現(xiàn)個性化生產(chǎn)。柔性生產(chǎn)是指主要依靠高度柔性的以計算機數(shù)控機床為主的制造設(shè)備來實現(xiàn)多品種、小批量的生產(chǎn)，這種方式更加靈活，更能夠滿足產(chǎn)品多樣化、個性化生產(chǎn)需求，成為工業(yè)生產(chǎn)的重要趨勢。首先，在工廠中應用5G網(wǎng)絡(luò)減少機器之間線纜成本的同時，利用高可靠性網(wǎng)絡(luò)連續(xù)覆蓋，可以大大拓寬機器人的移動范圍，提升其靈活度，在不同場景之間進行不間斷工作及工作內(nèi)容的平滑切換。其次，5G網(wǎng)絡(luò)可以滿足各種差異化的業(yè)務需求。大型工廠中不同生產(chǎn)場景對網(wǎng)絡(luò)特性和質(zhì)量要求有所差異，精度要求高的工序關(guān)鍵在于控制網(wǎng)絡(luò)時延、保證傳輸準確和可靠，高清監(jiān)控等還要求網(wǎng)絡(luò)具備大帶寬的特性。利用5G網(wǎng)絡(luò)端到端的切片技術(shù)，可以實現(xiàn)同一核心網(wǎng)不同的服務特性，按需靈活調(diào)整業(yè)務需求等級、類別等。最后，5G可助力構(gòu)建連接工廠內(nèi)外的信息生態(tài)系統(tǒng)，實現(xiàn)隨時隨地的信息共享，推動個性化生產(chǎn)。通過5G網(wǎng)絡(luò)消費者可跨地區(qū)參與到產(chǎn)品設(shè)計和生產(chǎn)過程中，實時查詢產(chǎn)品動態(tài)。

二是實現(xiàn)智能診斷和遠程維護，助力維護模式升級。5G的高帶寬、低延時、廣連接的特性可以使未來工廠的維護模式突破自身邊界。5G應用在設(shè)備的遠程識別、診斷、維護以及問題自動識別、修復等方面，可以大大提高工廠尤其是大型工廠/供應商的生產(chǎn)運行效率，降低成本。5G網(wǎng)絡(luò)使智能系統(tǒng)有能力對設(shè)備的狀況進行智能化地實時監(jiān)測和問題診斷。工廠的每個物體都具備一個唯一的IP，工廠內(nèi)外的相關(guān)人員也擁有了可識別的IP，智能化系統(tǒng)可根據(jù)設(shè)備狀態(tài)信息對設(shè)備進行智能診斷，“機器人端”收到信息后可進行自動維護，同時將信息實時傳輸?shù)健叭硕恕?，維護人員根據(jù)設(shè)備的狀態(tài)和機器人發(fā)出的需求信息進行交互操作。另外，5G網(wǎng)絡(luò)能夠幫助實現(xiàn)遠程如臨現(xiàn)場的“真實維修”。5G網(wǎng)絡(luò)能夠?qū)崿F(xiàn)VR和遠程感知設(shè)備的信息及時、大量傳遞，即使相隔幾萬里的不同專家也可以各自通過VR和遠程觸覺感知設(shè)備，第一時間“聚集”在故障現(xiàn)場，人在地球另一端也能把自己的動作無誤差地傳遞給工廠機器人，控制工廠中不同機器人進行下一步修復動作。

三是賦能工業(yè)機器人，提升生產(chǎn)智能化水平。5G賦予工廠系統(tǒng)更大的數(shù)據(jù)存儲能力、更快的數(shù)據(jù)處理能力，5G與大數(shù)據(jù)、云計算等技術(shù)結(jié)合能夠構(gòu)建更加智能化的工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)架構(gòu)，實現(xiàn)數(shù)據(jù)的智能處理和信息分發(fā)，這將大大縮短各個環(huán)節(jié)的處理時間，降低成本。另外，隨著人工智能技術(shù)的不斷發(fā)展，未來智慧工廠中的智能機器人將能夠代替人的工作，進行更加高級的生產(chǎn)協(xié)調(diào)/決策。

提升安防智慧水平

一直以來，由于視頻信號數(shù)據(jù)量大、實時性要求高等問題，4G在安防領(lǐng)域的應用受限于帶寬資源有限、干擾多等因素，5G技術(shù)的出現(xiàn)為智能安防提供了解決方案。以“智慧門禁+無人機+智能巡檢機器人”的智能安防方案為例，通過5G網(wǎng)絡(luò)，結(jié)合人工智能、紅外識別等技術(shù)，可實現(xiàn)無人機和機器人24小時自動巡檢，對來客進行自動識別，自動檢測煙霧、有毒氣體等異常情況，并實時監(jiān)測空氣質(zhì)量等。同時5G網(wǎng)絡(luò)賦予了智能安防系統(tǒng)優(yōu)越的傳輸和響應能力，使得不同的業(yè)務分支之間可以實現(xiàn)交互響應。以無人機和巡檢機器人的交互響應為例，當無人機發(fā)現(xiàn)地面的異常時，可“通知”巡檢機器人到現(xiàn)場進行異常復檢/確認，巡檢機器人進行響應并將確認結(jié)果發(fā)回無人機，從而決定“繼續(xù)警報”或者“消除警報”。

助力“智慧交通”發(fā)展

“借力”無人機可實現(xiàn)全范圍智能巡邏。傳統(tǒng)的交通巡邏需要人力，遇到交通事故時，只能人力駕車到達，而在交通事故出現(xiàn)后，尤其容易出現(xiàn)路段堵塞等情況，通過5G+無人機則可以實現(xiàn)24小時全路段巡邏，可實時跟進交通事故現(xiàn)場的情況，遠程協(xié)調(diào)指揮事故現(xiàn)場。未來，交通部門甚至可以借助VR技術(shù)實現(xiàn)“面對面”的事故處理。

“借力”人工智能，助力“智慧停車”。當前，以人工智能為基礎(chǔ)的人臉識別廣泛應用在跨境通關(guān)、站臺安檢等交通出行領(lǐng)域，這種一對一識別相對比較簡單，而車牌識別屬于一對多識別，信息采集系統(tǒng)需要經(jīng)過長時間的深度學習才能實現(xiàn)快速識別、精準識別。相比于4G來說，5G的網(wǎng)絡(luò)速率將達到4G的100倍，而時延則是4G的1/10，可即時實現(xiàn)云接入，同時，5G海量連接的優(yōu)勢將為智慧停車場景帶來全新體驗。應用5G網(wǎng)絡(luò)，結(jié)合物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)，可實現(xiàn)智能汽車的車-車、車-地、車-人信息交互，停車位精準定位與智能導航等場景。

社會和產(chǎn)業(yè)發(fā)展要求通信升級，其關(guān)鍵性能的提升可通過5G技術(shù)實現(xiàn)。數(shù)據(jù)量爆發(fā)式增長對網(wǎng)絡(luò)傳輸能力也提出更高要求，以5G為代表的新技術(shù)在智慧園區(qū)有著良好的應用前景，智慧園區(qū)的變革之路已開始。