摘要：目前看来，传统产业客户对于5G所能承载的通信能力更为期待。Gartner的调研显示，全球三分之二的企业机构有意在2020年前部署5G。这些企业机构预计5G网络将主要用于物联网的通信与视频，运作效率则将成为关键驱动力。首秀5G的韩国电信也始终认为，5G将是第四次工业革命的关键基础设施，前景看好。
关键词：构建；5G；工业物联网；应用体系；
1、5G应用于工业物联网的三大模式
从5G全球发展现状可以看出，虽然近期的5G商用是为公众消费者和家庭服务，但5G在未来的核心价值体现在行业企业。面向未来，5G如何应用于工业？如何服务于以智能制造为代表的工业与自动化控制？带着对上述问题的思考，笔者实地走访了某地的典型工业企业，包括电子信息制造业、航天装备、风电产业、轨道交通、机器人、冶金、医药、港口和船舶制造等。在调研中，笔者对5G应用于工业物联网的模式有了初步理解和明确方向。
模式一：以“移”换“固”，解放生产5G之于工业物联网，首先是对固线的替换，“剪掉”了连接着生产设备的通信线缆，使得生产更加灵活。对于工业场景，无线对有线的替代可谓意义重大。
（1）移动采集：适用于工业环境中大量旋转、滑动、高速移动的物体，例如风机，相关数据采集涉及风速、温度、振动、视频等。据测算，24小时单台风机数据量可达85GB。但机舱前半部分的轴承、滑环、叶片等器件都是在旋转状态，固线方式布线困难，移动采集更为适合。类似的还有港口、大型建筑工地、船厂作业的吊车，都需要传输操作指令和大量监控数据，而固线方式成本高、易磨损，因此有强烈的以“移”换“固”需求。
（2）柔性产线：“小批量、多批次”的柔性生产模式是离散制造企业的通用需求，但现有固线部署方式相对限制产线优化。以设备商举例，产线上调整一次生产的基站板卡型号，可能需要停产1天时间去重新接线。此外，离散制造各个工序产能都有调优空间，但工厂做技改时，可能A段产能已经提升100%，但B段产能只提升50%，则整体产线产能提升就被局限为50%。因此，以5G无线替代固线方式的现场总线，会有效助力柔性生产，包括生产批次、批量的快速调整，也包括各工艺环节的产能的调优及衔接。
（3）以“软”补“硬”，直道超车：5G还能帮助工业物联网“软硬解耦”，借力云化快速升级。5G的低时延特性，除了应用在自动驾驶方面，还包括云端计算处理，有助于工业企业缩减硬件成本。同时，把复杂运算都放到云端，可快速部署，有效降低试错的成本，缩短升级的周期。
以工业机器人为例，当前，工业机器人的使用门槛除了费用之外，还包括“能不能换”（即该项工作是否有机器人能做）与“会不会用”（即用工企业有没有开发机器人应用及运维的能力）。5G提供了两个优化方向：一是将5G替代机械臂内所有有线线缆，把机械臂每个关节作为控制对象，并把控制电路软件化部署在边缘，再利用5G时钟，完成机器人多个关节的控制同步，“以软补硬”，助力解决“能不能换”问题。二是借鉴运营商网络集中运维的思想，远程监控机器人运行状态，进行故障远程诊断与恢复，进而促进机器人租用和共享等新兴商业模式的构建，降低机器人使用的资金及技术门槛，助力解决“会不会用”问题。
（4）从“集”到“分”，创新模式：5G还加强了边缘的布局，在基站局房、传输汇聚节点、本地数据中心都可以部署边缘云，不仅承载5G的虚拟网元，还可以对行业开放，在边缘部署行业调度控制的关键应用，帮助把行业传统集中式的控制模式改变为分布式，提升处理效率。例如，国家提倡“分布发电，就地消纳”，能耗大的企业可以自建风电、光电一体化的微电厂，发电自产自销。
期刊文章分类查询,尽在期刊图书馆利用5G边缘云，可以监控微电厂的生产情况和设备健康状态，还可以帮助电网对微电网进行管理和调度，调控风场和光电场的产能。
2、基于5G的工业物联网应用体系
基于5G在工业物联网的三大应用模式，笔者对5G应用于工业物联网的切入点进行了研究，力求为5G落地提供一整套切实可行的指导体系。搭建体系经过对各类企业调研成果的汇总与分析，笔者整理出了生产制造业的业务场景。从功能的角度来看，生产制造企业的业务场景可以分成三类：位置相关、监测相关、自动化相关。位置类场景包含针对资产、人员、物品等相应位置的跟踪管理活动，也包括针对仓库的管理活动。监控类场景包含针对产品线、环境合规性、远程培训以及自动驾驶车辆的监控管理。自动化类场景则主要针对云机器人、智能化质量检测和供应链的自动化/智能化管理。
从这些业务场景的具体生产和管理活动入手，与5G网络特性进行匹配，就会得到基于5G的工业物联网制造业应用体系，并结合5G应用的三大模式，可以逐一针对各项生产和管理活动进行扫描，从而最终确定5G应用落地的具体方案。
3、场景应用
在应用方面，位置类场景应用以物料供应管理为例。在带有物料感应的智能货架以及AGV上，加装5G通信模块，无线接入网络。将AGV调度、物料管理等相关应用部署在云端，实现货架、运输设备以及同样部署在云端的SCADA、MES数据互通。同时，接入上游物料供应商远端云中的物流管理数据，打通物料供应全流程，实现自动化物料供应处理。该场景对网络的需求可分为智能货架的工业物联网场景与AGV实时调度的工业控制场景，通过工业物联网切片及工业控制切片实现。
在工业控制切片中，对实时性、安全性要求较高，将AGV调度应用部署在距离工厂较近的边缘云端。在工业物联网切片中，将对时延要求不高的物料管理应用部署在核心云端。在监测类场景应用方面，以环境监测管理为例。在光照、温度、风速、温度、粉尘等环境监测传感器上加装5G物联网通信模块，实现环境数据实时采集上传。将环境分析、环境管理应用部署在云端，并与MES系统打通，实现联动，对环境变化及时作出反应。该场景对网络需求符合工业物联网切片能力，将环境分析、关键管理应用部署在中央云端。在自动化类场景应用方面，以工业自动控制为例。将PLC（含站点PLC及产线PLC）软件化、虚拟化，与MES、SCADA、机器人协作调度等软件一起部署到云端，实现集中化控制。在自动化机械设备相应部件上加装5G通信模块，部件包括I/O模块、传送带、阀门、机器人等，实现无线接入。该场景对网络连接的要求符合典型工业控制网络切片性能。为保障超低时延超高可靠性，将vRAN（虚拟接入网）、5G核心网以及vPLC（虚拟可编程控制器）、MES、SCADA、机器人控制应用部署在边缘云端。
结束语
利用5G推进工业物联网的智能化改造，其重要目标之一就是将各类业务场景和生产管理流程进行完美整合与对接，形成能够提供极高生产效率的无线智能工厂。通过这一系列深入广泛的调研，各方基本形成了对工业物联网的深刻理解和认识，并归纳出基于5G的工业物联网应用模式与应用体系。在理论与实践的结合下，包括中国移动某地公司在内的各方将探索实施具备示范效应的落地试点项目，同时培育数个跟进型项目和潜在型项目。在5G大规模商用前夕，产业链各方将继续不断探索5G与工业物联网的融合创新发展之路。
参考文献
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论文作者:蒋松
论文发表刊物:《基层建设》2019年第9期
论文发表时间:2019/7/29
标签：工业论文; 场景论文; 机器人论文; 云端论文; 物料论文; 模式论文; 切片论文; 《基层建设》2019年第9期论文;