5G网络在工业制造中的应用

谢红贤

（安徽电信规划设计有限责任公司，安徽 合肥 230031）

0 引 言

5G+工业制造是指利用5G通信构建新型工业生产模式，通过5G通信将人员、设备、系统等进行连接，构建全新的制造服务体系，加速中国新型工业化进程。5G通信将人工智能、物联网、云计算、大数据以及边缘计算等新兴技术深度融合，形成云、网、边、端全链条服务的体系，打造以5G为中心的泛智能集成设施，进而与区块链、增强现实/虚拟现实、全息影像等技术融合创新，支持各类工业场景和应用。5G网络将加速人工智能、大数据、云计算、边缘计算等技术的发展，进而这些技术再融合创新共同支撑新工业的发展[1]。

1 5G+工业视觉技术

5G+工业视觉是一项综合技术，是指在厂区及生产车间内布置各类传感器、摄像头和数据监测终端设备，采集现场环境、人员行为、设备运行状况等数据，通过5G网络回传至监控管理中心，对生产现场全方位检测识别，为生产管理提供保障，如图1所示。通过5G+工业视觉检测技术的应用能有效减少危险操作区域内违规行为的发生，发现违规操作能及时制止。

图1 工业视觉

5G+工业视觉通过工业级要求的视频监控实现对工业生产中加工工序、产品质量等监测，由于是用高科技智能替代普通人工，因此不存在人员疲劳、身体不适等原因导致的操作出错、效率降低、精度变差等问题。5G+工业视觉可以节省人力成本，通过高清摄像头返回数据给计算机进行分析计算。5G+工业视觉的检测精度和检测效率也要高于普通人工，主要通过高清摄像头全方位采集现场数据图像和软件识别结果。此外，5G+工业视觉的安全性更高。通过高科技设备管理现场，能够很大程度上保护被检测物体和检测人员[2]。

5G+工业视觉的作用如下。

（1）提高操作安全性。面向无菌生产车间和控制阀门等危险操作区域，能够提高相关操作的安全性。

（2）降低违规发生率。通过5G+工业视觉检测技术的应用，能有效防止危险操作区域内违规行为的发生，发现违规操作能及时制止[3]。

（3）工序检测。通常包含员工行为检测和工艺流程检测，避免因误操作造成的质量不稳定问题。

（4）质量检测。通过尺寸、颜色、包装等外形检测，可有效避免因人肉眼疲劳导致的误差问题。

（5）安全检测。通过物料摆放、员工穿戴等检测，可有效预防企业安全生产事故的发生。

（6）设备故障诊断。通过现场的摄像头、传感器实时采集生产设备运行数据，通过5G网络将数据传送到故障诊断系统，故障诊断系统对传回的数据、图像进行诊断分析预测，并通过网络实现报警信息、诊断信息、预测信息、统计数据等的智能推送。

2 5G+无人运输

近年车企行业在研究车联网，车联网其实是以汽车作为载体而实现的服务技术，能够实现车-车、车与路测基础设施、车与路人之间数据交互，需要强大稳定的网络支持。自动驾驶需要通过各类传感器采集大量数据，在极短时间内分析处理这些数据并做出响应。车联网采用的技术有很多，其中5G技术一直被认为是车联网的最佳选择。5G技术相比于4G技术更先进、速率更高、带宽更大、延迟更低，基于5G网络能更好地推进无人驾驶体系完善。同时低时延、大带宽的5G能够提升物流车辆载入AI系统的效能，能够在复杂的运输环境下实现物流运输自动化[4,5]。基于5G网络下的V2X车联网物流传输场景具体结构如图2所示。

图2 基于5G的车联网物流传输结构

全自动化运输可以提高物流的效率，上游企业可以向用户提供更多订单，形成良性循环。5G是无人驾驶技术的基础，能够促进无人驾驶技术的应用，也能够促进新型物流的发展，5G通信技术将影响全新物流的发展。全自动化的物流运输包括物流汽车无人驾驶、车队编号行驶、物流控制节点管控等。物流车辆运输过程中，汽车内置CPE处理器，利用计算机进行运输路径的规划，通过对行车环境的分析计算响应来远程控制车辆行驶，这样更加安全和高效[6-8]。5G高速率、低延迟的特性可以使运输车辆突破视觉感知和数据实时共享等技术瓶颈，帮助实现全自动化的物流运输。

3 5G+智慧工厂

通过物联网、大数据等技术加强信息管理和服务，进而制定并安排合理有效的生产计划和策略。为了实现工厂智能化，需要将工厂内各种设备进行联网。由于现有设备多、生产环境复杂、施工难度大且传统光纤通信成本高，因此很难实施。5G通信网络具有高速率、低时延、大带宽的特性，能很好地满足工业对无线网络的要求。通过5G网络可以将工厂内的生产数据图像等信号传送到监控管理中心，管理者根据传回的数据合理分析、控制、分配，实现实现工厂生产管理全面升级。5G网络将生产现场的传感器、处理器等连接起来，使机器之间可以进行通信，实现更多功能和复杂工作。设备点对点通信，通过管理平台对多工厂终端设备进行集中管理和监控维护。产品创新为制造业的生存之本，5G可以助力产品升级换代[9-12]。

5G+智慧工厂应用的总体架构主要包括4个层面，即数据层、网络层、平台层以及应用层，如图3所示。

图3 5G+智能工厂结构

3.1 数据层

数据层负责采集现场设备运行情况、车间工况、运营环境、生产数据产生的各类运行维护信息服务和管理信息等，其本质是利用传感、监控技术对工厂内的多种设备、服务系统、运营环境、生产人员等信息进行实时采集传输。同时，通过边缘计算技术将采集到的一部分数据在边缘侧进行分析处理，并直接将结果返回到设备，指导设备运行。

3.2 网络层

网络层是为平台层和应用层提供更好服务的保障。大连接、高速率、低时延的5G通信网络将工厂内各种生产设备进行连接，实时采集现场生产数据，为生产管理提供支撑。智能化工厂内将会安装大量的传感器等，这些设备采集的现场数据都可通过5G网络在极短的时间内进行上报，使管理人员能够对工厂内的设备运行状况进行精准调控。同时，利用5G网络能够将生产监控录像传送到控制中心，通过监控视频检测各设备生产细节，为工业生产智能化管理提供支持。检测生产出来的产品是否存在缺陷、识别原材料是否符合标准等。利用5G网络能够实时传输高清晰的视频图像，提升工业视觉系统灵敏度。

3.3 平台层

基于5G技术的平台层建设是智能制造实现进一步升级的核心，主要包括以GPU、海量存储和弹性计算为主的工业云服务和以图像识别、大数据服务、智能决策为主的解决方案库。其中基于5G网络的云服务能够助力工业开发新的App，实现工业生产升级。

3.4 应用层

应用层主要承载5G背景下智能制造的技术转化工作，基于5G网络大带宽、低时延、高速率的特性研发出来的行业应用App可满足企业数字化和智能化的需求。其中，视频监控、视频分析、VR远程交互、双目相机同步以及AR远程协助等是现在工业行业内应用较多的场景。

4 结 论

5G网络具有高速率、大带宽、低延迟的特性，可以助力实现产业升级。除此之外，5G网络与云计算、人工智能技术的结合将为智能化工业生产管理提供更实时、完善的信息资源和便利，为建立完善的智能化移动网络体系提供坚实的基础。