淺談5G技術(shù)推進(jìn)工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)發(fā)展

郝 鵬

（沈陽(yáng)市電信規(guī)劃設(shè)計(jì)院股份有限公司，遼寧 沈陽(yáng) 110027）

1 什么是工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)

物聯(lián)網(wǎng)“工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)”（Industrial Internet）是由相互關(guān)聯(lián)的物理設(shè)備組成的全球網(wǎng)絡(luò)，是互聯(lián)網(wǎng)的重要組成部分，包括傳感器、執(zhí)行器、智能應(yīng)用程序、計(jì)算機(jī)、機(jī)械設(shè)備和人[1]。早在1999 年，其概念就被提出，并將其定義為；“所有物品通過(guò)射頻識(shí)別等信息傳感設(shè)備與互聯(lián)網(wǎng)連接起來(lái)，實(shí)現(xiàn)智能化識(shí)別和管理”。工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)把設(shè)備、生產(chǎn)線、工廠、供應(yīng)商、產(chǎn)品和客戶緊密地連接融合起來(lái)。具體則是通過(guò)紅外感應(yīng)器、全球定位系統(tǒng)等信息傳感設(shè)備，按約定的協(xié)議，把任何物品與互聯(lián)網(wǎng)相連接，進(jìn)行信息的交換和通信，從而實(shí)現(xiàn)智能化識(shí)別、定位、跟蹤、監(jiān)控和管理的一種網(wǎng)絡(luò)幅。通過(guò)工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)平臺(tái)可以幫助制造業(yè)拉長(zhǎng)產(chǎn)業(yè)鏈，形成跨設(shè)備、跨系統(tǒng)、跨廠區(qū)、跨地區(qū)的互聯(lián)互通，從而提高效率，推動(dòng)整個(gè)制造服務(wù)體系智能化。還有利于推動(dòng)制造業(yè)融通發(fā)展，實(shí)現(xiàn)制造業(yè)和服務(wù)業(yè)之間的跨越發(fā)展，使工業(yè)經(jīng)濟(jì)各種要素資源能夠高效共享。

2 5G技術(shù)的應(yīng)用將真正實(shí)現(xiàn)工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)

2.1 網(wǎng)絡(luò)連接方式由有線方式向無(wú)線方式轉(zhuǎn)變

目前5G主要特點(diǎn)優(yōu)勢(shì)高速率，低時(shí)延，廣連接。其中5G網(wǎng)絡(luò)的速率是4G網(wǎng)絡(luò)10倍以上； 5G網(wǎng)絡(luò)的時(shí)延大約幾十毫秒，比人的反應(yīng)速度還要快；最為重要的是 5G網(wǎng)絡(luò)出現(xiàn)，將配合其他技術(shù)，會(huì)打造一個(gè)全新的萬(wàn)物互聯(lián)景象。所以5G技術(shù)的高速率、低延遲完全有能力取代普通用戶的有線連接，且民用上增強(qiáng)型移動(dòng)寬帶（eMBB）將是未來(lái)的重要發(fā)展趨勢(shì)，在工業(yè)方面大規(guī)模機(jī)式通信（mMTC）、超可靠、低延遲通信（uRLLC）必然是工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)的最佳技術(shù)選擇。現(xiàn)代工業(yè)化園區(qū)、工廠有著大量的信息化設(shè)備，各種設(shè)備之間需要采集傳輸各種數(shù)據(jù)，為了保證數(shù)據(jù)的可靠穩(wěn)定抗干擾傳輸一般都采用有線傳輸方式。5G網(wǎng)絡(luò)技術(shù)有著熱點(diǎn)高容量，低功耗大連接的特點(diǎn)，設(shè)備密集度達(dá)到100萬(wàn)個(gè)每平方千米，流量密度在20Tbs每平方千米，移動(dòng)速度達(dá)到500km每小時(shí)。應(yīng)用5G網(wǎng)絡(luò)將把整個(gè)工廠的所有設(shè)備、人、各種配套設(shè)施連接成為一體，織成一張無(wú)形大網(wǎng)，使工廠高效運(yùn)轉(zhuǎn)。

2.2 5G將加速信息技術(shù)融合使工業(yè)互聯(lián)發(fā)揮效能

打破了網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)傳輸?shù)谋趬荆I(yè)互聯(lián)網(wǎng)需要更強(qiáng)大的信息化技術(shù)的支撐，這包括人工智能、物聯(lián)網(wǎng)、大數(shù)據(jù)、云計(jì)算和邊緣計(jì)算等。這么多平時(shí)經(jīng)常聽(tīng)到的技術(shù)這里就不深入介紹了，下面就說(shuō)說(shuō)他們?cè)诠I(yè)互聯(lián)網(wǎng)中的作用。人工智能是對(duì)人類(lèi)智能的啟發(fā)模擬，基本技術(shù)是模式識(shí)別、機(jī)器學(xué)習(xí)、數(shù)據(jù)挖掘、智能算法等，一句話就是讓機(jī)器變得聰明。物聯(lián)網(wǎng)是將各種智能設(shè)備互聯(lián)起來(lái)形成網(wǎng)絡(luò)，一句話讓機(jī)器上線。大數(shù)據(jù)是對(duì)龐大的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)進(jìn)行分析處理，發(fā)現(xiàn)其中的共性關(guān)聯(lián)，找出其中的意義。云計(jì)算為工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)提供存儲(chǔ)和計(jì)算能力，為人工智能算法提供強(qiáng)大的人工智能計(jì)算能力。邊緣計(jì)算將遠(yuǎn)離前端的數(shù)據(jù)中心的運(yùn)算能力向前端遷移，為5G網(wǎng)絡(luò)提供比云計(jì)算更快更可靠的運(yùn)算處理能力。邊緣計(jì)算處理實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)，云計(jì)算處理日常積累的龐大數(shù)據(jù)，邊緣計(jì)算與云計(jì)算協(xié)同合作為5G網(wǎng)絡(luò)提供支撐。這樣通過(guò)5G與各種信息化技術(shù)的融合使工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)高效運(yùn)轉(zhuǎn)，實(shí)現(xiàn)工業(yè)自動(dòng)化、智能化控制，達(dá)到提高生產(chǎn)力的要求。

3 “5G+工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)” 典型應(yīng)用場(chǎng)景

3.1 智能制造

智能制造是先進(jìn)制造技術(shù)、信息技術(shù)、智能技術(shù)的集成和融合，主要判斷標(biāo)準(zhǔn)在于能否實(shí)現(xiàn)感知、分析、推理、決策、控制等功能。智能制造裝備是智能制造的重要構(gòu)成，包括工業(yè)機(jī)器人、數(shù)控機(jī)床、智能控制軟件系統(tǒng)和以傳感器為代表的檢測(cè)設(shè)施。而工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)作為連接設(shè)備、生產(chǎn)線、工廠、供應(yīng)商、產(chǎn)品客戶的新型基礎(chǔ)設(shè)施已成為裝備制造智能化發(fā)展的核心支撐。實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)過(guò)程智能化主要分三個(gè)方面：信號(hào)采集、網(wǎng)絡(luò)環(huán)境、工業(yè)軟件平臺(tái)。在生產(chǎn)設(shè)備中加入傳感器完成信號(hào)采集再通過(guò)5G網(wǎng)絡(luò)將采集到的生產(chǎn)設(shè)備信息數(shù)據(jù)回傳[2]。在工業(yè)領(lǐng)域需要統(tǒng)一支持5G通信的網(wǎng)絡(luò)環(huán)境，這就要求所有的設(shè)備都安裝5G通信模塊與5G網(wǎng)絡(luò)相連。工業(yè)軟件平臺(tái)是指在工業(yè)場(chǎng)景下進(jìn)行研發(fā)設(shè)計(jì)、生產(chǎn)管理、運(yùn)營(yíng)管理的各類(lèi)軟件。工業(yè)軟件正從復(fù)雜系統(tǒng)軟件向便捷平臺(tái)轉(zhuǎn)變，工業(yè)管理APP 將成為工業(yè)軟件的新型形態(tài)[3]。通過(guò)以上技術(shù)的融合，利用5G網(wǎng)絡(luò)、視頻監(jiān)控、VR/AR、無(wú)人機(jī)等技術(shù)實(shí)現(xiàn)制造流程可視化、智能化。

3.2 遠(yuǎn)程控制

應(yīng)用5G網(wǎng)絡(luò)遠(yuǎn)程控制可廣泛運(yùn)用于采煤、采礦等高危險(xiǎn)作業(yè)的行業(yè)，也可以應(yīng)用于工業(yè)生產(chǎn)、智能機(jī)器人、物流等工業(yè)領(lǐng)域。它可以提升工業(yè)生產(chǎn)效率，降低人工成本，提高作業(yè)的安全性。通過(guò)高清攝像頭、高精度傳感器獲得生產(chǎn)一線的圖像、聲音、溫度、壓力、濕度等環(huán)境數(shù)據(jù)，然后通過(guò)生產(chǎn)設(shè)備搭載的物聯(lián)網(wǎng)前端平臺(tái)把設(shè)備本身狀態(tài)數(shù)據(jù)一并采集回傳給移動(dòng)邊緣計(jì)算設(shè)備進(jìn)行實(shí)時(shí)處理，再通過(guò)5G網(wǎng)絡(luò)把數(shù)據(jù)傳輸?shù)酱髷?shù)據(jù)中心進(jìn)行數(shù)據(jù)分析，最后把處理好的數(shù)據(jù)傳輸給操控平臺(tái)，讓后臺(tái)駕駛?cè)藛T進(jìn)行判斷操控。例如有毒有害、地下隧道、礦山礦井等高危作業(yè)場(chǎng)景時(shí)，利用5G網(wǎng)絡(luò)低時(shí)延、大帶寬、高可靠等特性，通過(guò)遠(yuǎn)程控制臺(tái)和現(xiàn)場(chǎng)實(shí)景模擬器來(lái)對(duì)工程機(jī)械進(jìn)行遠(yuǎn)程駕駛和操控。

3.3 智慧工業(yè)園區(qū)

工業(yè)園是現(xiàn)代工業(yè)聚落的常見(jiàn)形式，是各工廠為了分工合作達(dá)到降低成本、提高產(chǎn)能目標(biāo)的必然結(jié)果。但是由于工業(yè)區(qū)內(nèi)工廠眾多，環(huán)境復(fù)雜，信息化水平低，缺乏集中控制方式，數(shù)據(jù)庫(kù)也相對(duì)獨(dú)立，軟硬件系統(tǒng)不相互兼容，集中管理困難。如果運(yùn)用物聯(lián)網(wǎng)、云計(jì)算、大數(shù)據(jù)、邊緣計(jì)算等技術(shù)，整合園區(qū)監(jiān)控視頻、局域網(wǎng)絡(luò)、門(mén)禁系統(tǒng)、停車(chē)準(zhǔn)入、信息大屏、能源監(jiān)控、智能化辦公等系統(tǒng)到一個(gè)統(tǒng)一的平臺(tái)，實(shí)現(xiàn)各個(gè)系統(tǒng)的信息交互、信息共享。再利用5G網(wǎng)絡(luò)、視頻監(jiān)控、VGA、無(wú)人機(jī)、工業(yè)傳感器及工廠各種生產(chǎn)設(shè)備實(shí)現(xiàn)工業(yè)園區(qū)智能安防、智慧制造，車(chē)輛調(diào)度，并在此基礎(chǔ)上完成園區(qū)廠區(qū)、設(shè)備、辦公樓、人員管理的數(shù)據(jù)融合、全面管理。最后為園區(qū)客戶提供個(gè)性化的安保、消防、生產(chǎn)、銷(xiāo)售、維護(hù)等服務(wù)，為客戶提供上下游產(chǎn)業(yè)鏈企業(yè)服務(wù)信息，達(dá)到個(gè)性化、智慧化的服務(wù)目標(biāo)。

4 結(jié)束語(yǔ)

當(dāng)今世界，新一輪科技革命和產(chǎn)業(yè)變革蓬勃興起，工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)作為制造業(yè)與互聯(lián)網(wǎng)深度融合的產(chǎn)物，已經(jīng)成為新工業(yè)革命的關(guān)鍵支撐和智能制造的重要基石。5G網(wǎng)絡(luò)就是工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)的神經(jīng)系統(tǒng)，將他的各個(gè)部分緊密的連接在一起。5G、物聯(lián)網(wǎng)、大數(shù)據(jù)、邊緣計(jì)算、人工智能等技術(shù)全面融合，必將推動(dòng)控制系統(tǒng)的硬件、軟件和平臺(tái)向新一代“工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)”全面升級(jí)。