智能制造场景的5G应用研究

王磊

【摘要】    我国率先参与研发的5G技术，将对现有办公形式产生较大促进、革新影响，在先进技术的引领下，制造产业也逐步推动开发了智能制造的各类场景，以增大产业收益。本文结合某制造产业的智能化发展过程，分析5G技术在制造产业中的运行模式，并在分别讨论5G技术应用特征及智能制造价值的过程中，将二者在应用上的相似之处充分结合，由此便能展示出不同智能制造场景下的5G技术落实状态，以期强化未来智能制造产业的领先性优势。

【关键词】    制造产业    智能制造    5G技术

引言：

我国早在2018年便经科学研发，推出了第一个版本的5G应用标准，随后几年中该项技术不断应用到各类产业，使生产制造行业形成了更高水平的智能化应用趋势。由此，便能在保障技术应用绝对完整的程度下，进一步提升产品制造优势，增强产业对外竞争力。

智能制造场景可良好规划出5G应用路径，借助5G技术的强大功能，使场景中各类技术的协调运作更为顺畅，提高产品与用户之间的粘性连接程度，促使产品更具领先发展意识。

一、5G技术的应用特征

1.1传输速度较高

通信技术发展到第五代，具备了更为强大的移动宽带建设水准，由此便可为物联网时代开启高速通信传递的新篇章，并能在较高通信水平上，优化通信质量，帮助各产业类型完成各类网络质量需求较高的任务。

5G技术所具备的信息数据传输速度在实测中达到了4G技术的数十倍，理论上可达到的最高传输速度为每秒20G，所以该项技术在研发期间便引起了社会产业的讨论热潮，如此快捷的信息传递过程，势必将为产业带来全新发展功能，以便有效促进产业以智能化建设需求来要求未来产业作业模式，保证产业高速发展。

1.2延迟性较低

我国通信网络经历了几代革新后，由2G到5G，这短短的数年间，网络用户对通信产业技术最直接的感受便是通讯变得更为快捷。3G技术的延迟时长一般为几百毫秒， 4G为十毫秒到100毫秒，而5G技术把延迟时间缩短为一到十毫秒，这种极低的延迟，能够实现信息快速及时的传送，为未来的远程医疗指导、远程控制、智能制造流水线、汽车自动驾驶等项目提供技术支持[1]。

从延迟时长层面分析，这将对制造产业的发展起到绝对颠覆性的影响，尤其在精准化需求较高的产业制造期间，延迟降低则指令由下达到响应的时间被有效缩短，充分提升产业智能化发展的可行性。

1.3应用覆盖较广

5G技术随社会接纳程度提高后，将不仅应用在城镇等区域内，短时间便能根据较好的建设条件，将5G基站建设到农村、偏远地区，由此将通信产业服务面积扩大，提高全球化发展进程水平。单以中国移动这一通信企业在2020年前的5G技术建设范围来说，便已经将我国40余个城市内部覆盖，摩洛哥更是在华为公司的协同帮助下，实现了全国5G信号覆盖的壮举，成为全世界第一个落实5G技术全覆盖的国家。

从应用覆盖面较广这一特征分析技术应用的领先性，当制造产业应用5G技术水平较高后，则企业内部信息传递速度得到显著提升，由此便能更加利于现有产业对产品开发、制造方式提出全新发展思路，极大优化产业内部发展态势。

二、智能制造产业应用5G技术的概述

制造产业接入智能化设备，仅代表产业拥有了开发智能制造的框架，但为实现智能制造作业，应保证各设备在投入使用后，管理人员也能对设备管理采用智能化的操作方式，由此才是从内到外将智能制造贯彻到位。制造企业开发智能制造模式，应关注该项操作行为中的核心因素，保持CPS在各制造环境场景下的良好应用水准，由此便能促進制造信息更好传递。CPS是信息物理集成系统，其组成中包括连接层、转换层及认知层等，通过5G网络将系统各层连接到统一管理的平台中，践行智能化制造决策过程，完成智能生产作业目标。

三、智能制造场景中应用5G技术的思考

在5G技术铺开应用范围后，智能制造在设备自动化运行下，要不断深化智能理念对制造行为的领导力程度，以便传统制造过程可在智能化应用中具备更为强大的自主操作、自主检测意识，实现智能化功能。

智能制造在产业中落实后，可通过高质量的5G通信能力，来面对制造阶段的各类挑战，将5G通信技术的实际应用范围进一步扩大，帮助制造产业在低能耗、高智能发展趋势中，获得更高产品制造收益。

3.1人机交互的场景

智能制造产业在人机交互界面的设计上，要充分考虑操作人员在进行人机交互时的真实操作感受，避免人机交互价值丧失，机械设备的实际应用效率并未得到增强。比如生产信息系统内部运行要依靠完善的分系统来保证智能制造期间所产生的生产信息可被操作人员准确获取，诸如MES、ERP等系统信息，需在人机交互界面上展示出现阶段生产信息，有效强化智能制造的生产行为科学性。该类场景主要在生产信息系统中存在两个有效应用部分，其一为帮助用户准确获知设备应用现况，其二为借用5G网络来实现远程访问及控制功能。

使用5G技术主要是利用了它的较高传输效率及应用上的可靠性，便于智能制造工厂更好落实人机交互形式下的操作同步性。

3.2自动化流程场景

智能制造为落实妥善的自动化流程，需要先将该流程场景下的开发技术支持因素进行分析，采用5G技术对自动化工厂进行全面通信升级，该类智能制造产业主要面向电力、水、石油等材料的加工，此类材料对自动化流程需求较高。将生产过程中的各种工艺参数进行健康状态监控和自动控制，以便流程自动化工厂能按照通信期间产生的高低密度分布趋势，来把人、机器和系统连接起来[2]。

使用自动化流程，主要体现在无线传感器的使用、机器之间的相互作用及人员对机器的操控、云数据及云计算处理技术操控设备安全运行等。工厂为践行智能制造理念，需要对厂内各流程的加工趋势进行规划，对智能化水平较高的产业来说，流程加工可具备较强的自适应能力，以便操作人员对自动化流程能保持更高的操作水准。因此，5G的应用可提高流程自动化效率，减少内部调度和材料交付等工业领域的劳动力、材料和能源消耗等，还可配备5G移动机器人，以满足物料搬运需求，将生产过程变得更具人性化理念，更好促进智能制造产业发展。

3.3工厂操作的场景

工厂在操作期间，需要保持完整的自动化应用趋势，这是智能制造产业进行大规模生产工作的前期驱动力，该阶段更需要所有机器之间进行高效通信，来执行相关下发的指令。随着制造过程产生数据量的增加，机器之间的联网数量也会增加，因此工业生产需要为多种终端设备开展5G等先进通信的研究[3]。

进行工厂操作场景，需要使用到云计算功能，以便工厂智能制造期间产生的一切问题，都能及时上报至管理部门所使用的5G通信公共网络平台上，此时故障检修人员对智能化设备的故障源头进行实时控制，并定位到该故障部位，将解决故障的时效性进一步提升。工厂操作场景最需管理人员进行关注的部分便是各类智能制造设备的维护问题，因5G网络拥有较低的延迟性，所以能为工厂落实自动化技术提供较稳妥保障。

3.4物流及仓储场景

产品制造期间，应对物流、仓储等部分制造场景保持较高关注，确保智能制造的成品可在物流运输及仓储保存期间也拥有一定智能化体现，保证产品数量、质量在到达产品用户手中之前，绝对准确、安全。

另外，制造系统在进行产品加工时，也需要对产品原材料及半成品的流通配送路径做以准确掌控，确保产业制造成本能在制造期间全流程内保持较好的流通性，不丢失、不损坏。

5G技术使智能移动机器人设备成为了全新的物流运输助手，借用该设备完成物资间的传递，可有效帮助产品完成智能配送、智能分拣等操作，有效体现出技术的自动化能力。除此之外，物流仓储场景下的智能制造操作离不开厂站内的公共网络环境支持，唯有借用延迟时长更低的5G网络，方可实现各物资之间、物资与管理人员之间的交互过程。所以应用5G可在物流仓储场景内，完成设备更高效的移动过程，增大配送储存等业务开展时对外界信息敏锐察觉的能力，有效改善智能制造应用水平。

3.5后台维养的场景

智能制造虽然在借助了各类智能、自动技术后，拥有了更高的设备智能水平，但机械设备会在长期使用下出现安全隐患，影响智能制造效率。因此使用5G技术搭建出的工厂内部网络平台，对各类智能化设备进行有效监督，有其必要性，并可以在监控中发现部分设备存在不良智能制造过程，由此进行针對性的维修、养护作业，成为了后台操作中的必要工作内容。

操作机械较易因制造过程强度过高而产生损坏，因此，后台监控主要是感知各类设备的实际运作情况，根据规范制造标准与现有制造情况做对比性分析，从而找寻出生产效率较低的根本原因。此时，进行的维护、保养操作能更具针对性，在不损害现有制造效率同时，从设备实际运行状况出发，对设备进行预测维养，提高设备在智能制造期间的运作性能。

四、结束语

综上，制造产业是我国基础产业类型，在新时期中融合5G技术使制造过程更具智能化、自动化水平，由此便可减少制造场景下的资源、能源浪费情况，解放人工劳动力，为制造产业创造出全新、蓬勃的生命力。在人机交互、自动化流程、工厂操作、物流及仓储、后台维养等场景内，5G技术能凭借其较高网络传输速度，对制造指令做以及时传递，由此便能将制造过程中的智能化水平再度提升，满足制造企业在社会发展下的各项功能需求。

参  考  文  献

[1]张宝英，林若云.5G背景下中国制造业“十四五”时期发展趋势与应对[J].经济研究参考，2020（10）：21-32.

[2]王成，方凯正，郭苑等.5G在动力电池智能制造中的应用趋势[J].电池，2020，50（02）：177-178.

[3]史彦军，韩俏梅，沈卫明等.智能制造场景的5G应用展望[J].中国机械工程，2020，31（02）：227-236.