5G時代下的智能工廠將是什么樣？

5G的超高無線速度，將給社會的一切帶來一場升級革命，這就是由量變引起質變的社會變革。那么，5G通訊技術將給智能制造帶來哪些影響，5G時代下的與智能工廠又將是什么樣的呢？

智能制造對5G網絡有哪些需求？

高可靠無線通信技術在工廠的應用來看，一方面，生產制造設備無線化使得工廠模塊化生產和柔性制造成為可能。另一方面，因為無線網絡可以使工廠和生產線的建設、改造施工更加便捷，并且通過無線化可減少大量的維護工作降低成本。 2、無線通信網絡在智能制造應用面臨哪些挑戰(zhàn)
在智能制造自動化控制系統(tǒng)中，低時延的應用尤為廣泛，比如對環(huán)境敏感高精度的生產制造環(huán)節(jié)、化學危險品生產環(huán)節(jié)等。智能制造閉環(huán)控制系統(tǒng)中傳感器(如壓力、溫度等)獲取到的信息需要通過極低時延的網絡進行傳遞，最終數(shù)據需要傳遞到系統(tǒng)的執(zhí)行器件(如：機械臂、電子閥門、加熱器等)完成高精度生產作業(yè)的控制，并且在整個過程需要網絡極高可靠性，來確保生產過程的安全高效。

此外，工廠中自動化控制系統(tǒng)和傳感系統(tǒng)的工作范圍可以是或者幾百平方公里到幾萬平方公里，甚至可能是分布式部署。根據生產場景的不同，制造工廠的生產區(qū)域內可能有數(shù)以萬計傳感器和執(zhí)行器，需要通信網絡的海量連接能力作為支撐。
5G網絡具備的能力
華為在北京懷柔率先完成了由IMT-2020(5G)推進組組織的中國5G技術研發(fā)試驗無線技術第二階段測試。在C-Band 的測試環(huán)節(jié)中，利用200MHz帶寬，通過5G新空口及大規(guī)模多入多出等技術進行測試，小區(qū)峰值超過20Gbps，空口時延在0.5ms以內，單小區(qū)大于1000萬連接。

和傳統(tǒng)的移動通信技術相比，5G將進一步提升用戶體驗：在容量方面，5G通信技術將比4G實現(xiàn)單位面積移動數(shù)據流量增長1000倍;在傳輸速率方面，單用戶典型數(shù)據速率提升10到100倍，峰值傳輸速率可達10Gbps(相當于4G網絡速率的100倍);端到端時延縮短5倍;在可接入性方面：可聯(lián)網設備的數(shù)量增加10到100倍;在可靠性和能耗方面：每比特能源消耗應降至千分之一，低功率電池續(xù)航時間增加10倍。


5G典型制造業(yè)應用場景

在這些應用中，輔助AR設施需要最大程度具備靈活性和輕便性，以便維護工作高效開展。因此需要將設備信息處理功能上移到云端，AR設備僅僅具備連接和顯示的功能，AR設備和云端通過無線網絡連接。AR設備將通過網絡實時獲取必要的信息(例如，生產環(huán)境數(shù)據、生產設備數(shù)據、以及故障處理指導信息)。
在這種場景下AR眼鏡的顯示內容必須與AR設備中攝像頭的運動同步，以避免視覺范圍失步現(xiàn)象。通常從視覺移動到AR圖像反應時間低于20ms，則會有較好的同步性，所以要求從攝像頭傳送數(shù)據到云端到AR顯示內容的云端回傳需要小于20mms，除去屏幕刷新和云端處理的時延，則需無線網絡的雙向傳輸時延在10ms內才能滿足實時性體驗的需求。而該時延要求，LTE網絡無法滿足。
2、5G使能工廠無線自動化控制
在自動化控制中，倒立擺是典型的應用。倒立擺原理用于機器人各種姿態(tài)控制、航空飛船對接控制等姿態(tài)控制等工業(yè)應用。華為X Labs通過倒立擺驗證5G對極低試驗自動控制的價值，研究表明，當?shù)沽[運行在4G模式下時，4G的過高時延，使得倒立擺的控制指令不能得到快速執(zhí)行，倒立擺起擺到穩(wěn)態(tài)的時間過長，達到13.2秒。

當運行在5G模式下時，5G的1ms超低時延，使倒立擺的控制指令快速執(zhí)行，起擺到穩(wěn)態(tài)只用4秒。通過對比，可以看到5G低時延網絡在自動控制的巨大價值，網絡端到端時延從4G的50ms減低至5G的1ms。
自動化控制是制造工廠中最基礎的應用，核心是閉環(huán)控制系統(tǒng)。在該系統(tǒng)的控制周期內每個傳感器進行連續(xù)測量，測量數(shù)據傳輸給控制器以設定執(zhí)行器。典型的閉環(huán)控制過程周期低至ms級別，所以系統(tǒng)通信的時延需要達到ms級別甚至更低才能保證控制系統(tǒng)實現(xiàn)精確控制，同時對可靠性也有極高的要求。如果在生產過程中由于時延過長，或者控制信息在數(shù)據傳送時發(fā)生錯誤可能導致生產停機，會造成巨大的財務損失。
此外，在規(guī)模生產的工廠中，大量生產環(huán)節(jié)都用到自動控制過程，所以將有高密度海量的控制器、傳感器、執(zhí)行器需要通過無線網絡進行連接。
閉環(huán)控制系統(tǒng)不同應用中傳感器數(shù)量、控制周期的時延要求、帶寬要求都有差異，典型來看，周期時間和通信帶寬大小的一些典型值如下：
5G切片網絡可提供極低時延長、高可靠，海量連接的網絡，使得閉環(huán)控制應用通過無線網絡連接成為可能。基于華為5G的實測能力：空口時延可到0.4ms,單小區(qū)下行速率達到20Gbps，小區(qū)最大可支持1000萬+連接數(shù)。由此可見，移動通信網絡中僅有5G網絡可滿足閉環(huán)控制對網絡的要求。
3、5G 使能工廠云化機器人 在智能制造生產場景中，需要機器人有自組織和協(xié)同的能力來滿足柔性生產，這就帶來了機器人對云化的需求。和傳統(tǒng)的機器人相比，云化機器人需要通過網絡連接到云端的控制中心，基于超高計算能力的平臺，并通過大數(shù)據和人工智能對生產制造過程進行實時運算控制。

通過云技術機器人將大量運算功能和數(shù)據存儲功能移到云端，這將大大降低機器人本身的硬件成本和功耗。并且為了滿足柔性制造的需求，機器人需要滿足可自由移動的要求。因此在機器人云化的過程中，需要無線通信網絡具備極低時延和高可靠的特征。
5G網絡是云化機器人理想的通信網絡，是使能云化機器人的關鍵。5G切片網絡能夠為云化機器人應用提供端到端定制化的網絡支撐。5G網絡可以達到低至1ms的端到端通信時延，并且支持99.999%的連接可靠性，強大的網絡能力能夠極大滿足云化機器人對時延和可靠性的挑戰(zhàn)。
華為已與德國與制造企業(yè)開展智能制造領域的合作。如與Festo共同合作基于5G切片網絡的云化機器人的項目,項目通過5G uRLLC(超高可靠和低時延通信)切片網絡，針對云化機器人閉環(huán)控制系統(tǒng)的高可靠性和實時性的滿足度進行測試。 機器人的軌跡信息和控制數(shù)據在制造云中處理有助于系統(tǒng)計算能力的擴展和機器人平臺的節(jié)能。機器人生產服務與制造云的結合意味著將工業(yè)機器人的基本功能與高性能的計算系統(tǒng)進行實時協(xié)同，5G切片網絡使能了這一應用場景。
4、機器人與協(xié)同設施間的通信需求
在智能制造柔性生產中，移動機器人是關鍵的使能者。在生產過程中要求多移動機器人之間的協(xié)同和無碰撞作業(yè)，所以移動機器人之間需要實時進行數(shù)據交換滿足該需求。移動機器人和外圍設備間也需要進行通信。例如，如起重機或其他制造設施。因此移動機器人需要和周邊協(xié)同設施機進行實時數(shù)據交換。

隨著智能制造場景的引入，制造對無線通信網絡的需求已經顯現(xiàn)，5G網絡可為高度模塊化和柔性的生產系統(tǒng)提供多樣化高質量的通信保障。和傳統(tǒng)無線網絡相比，5G網絡在低時延、工廠應用的高密度海量連接、可靠性、以及網絡移動性管理等方面優(yōu)勢凸顯，是智能制造的關鍵使能者。

企業(yè)怎么才能制造優(yōu)勢

機器視覺、機器智能化逐漸成為現(xiàn)實。隨著近年工業(yè)自動化中機器視覺技術的發(fā)展，視覺技術不斷更新迭代，使得其在智能制造中的地位日益顯現(xiàn)，包括生產自動化中的各種檢測，定位和識別工作，以及人工智能、智能制造、無人機、自動駕駛、智能醫(yī)生、智能安防等領域的進步，可以說機器視覺迎來黃金發(fā)展時期。