【工控百家谈】郭宁：5G将如何改变工业？

文章标题：郭宁：5G将如何改变工业？
作者：郭宁



“4G改变生活，5G改变社会。”已经成为了通信行业的流行语。在5G出现之前，移动通信领域似乎从未诞生过如此炙手可热的宠儿。世界各国均为之瞩目，各行各业都将其视为改变未来的依托。在各大会议和论坛中，5G也成为了必蹭的热点。

这纷至沓来宠爱，都源于5G实现了前所未有的突破：推动互联网从消费领域迈入产业互联应用。工信部部长苗圩曾表示，5G的应用场景80%是用在物与物的通信，如工业互联网、车联网、远程医疗等领域。

那么，与4G技术相比，5G最本质的变化是什么？它又将深入哪些生产场景，如何改变工业？

为什么是5G？

对于5G，华为提出了几个特征：峰值网络速率达到10Gbps、网络传输速度比4G快10~100倍；网络时延从4G的50毫秒缩短到1毫秒；满足1000亿量级的网络连接、整个移动网络的每比特能耗降低1000倍。

从中我们可以看出，5G是一个拥有“多重人格”的网络，除了网速快之外，还有具有时延低、支持海量连接、支持高速移动等特点。

高速度、低时延和海量连接这三大特点，也创造了5G的三大应用场景：增强移动互联网（eMBB）、海量物联网连接（mMTC）和高可靠低时延通信（uRLLC）。这三大应用共同构建了5G的整体应用体系。

图片来源：国际电信联盟（ITU) 5G愿景白皮书

其中，海量机器连接和高可靠低时延应用是前4代网络中从未出现过的能力，也是5G应用于工业最为重要的基础。海量机器连接使得工厂中大规模的人与人、人与物，物与物的互联成为可能，高可靠低时延应用则可以让智能工厂拥有更加敏锐的神经系统。

但在实际应用中，不同场景对于网络速度、连接量和时延等网络特性的要求其实是不同的，有的甚至是矛盾的。

譬如，在自动驾驶中，需要极低的时延，以保证安全，但不一定需要高网速；但如果同行人在看一场高清的节目直播时，则更在乎高网速带来的高清画质，时效上，整体延后一些是没有影响的。

所以，如果能把网络拆开、细化，就可以更好、更灵活地应对不同场景的需求。

这时5G的一个关键概念登场了——切片。
图片来源：网络

嗯，不是面包的切片，但如果切出来的每一片面包都能发挥不同的功能，那这二者也有一些相似之处。

简单来说，网络切片就是将一个物理网络，按应用场景切割成多个虚拟的端到端的网络，每一个虚拟网络都可获得逻辑独立的网络资源，且各切片之间可相互绝缘。因此，当某一个切片中产生错误或故障时，并不会影响其他切片。而5G切片，就是将5G网络切出多张虚拟网络，从而支持更多的应用场景。

网络切片的优势在于其能让用户自己选择每个切片所需的特性，例如低时延、高网络速度、高连接密度等等。不仅如此，用户对切片的更改和增加，不会影响其他切片网络，既节省了时间又降低了成本支出。

切片大大扩展了5G的应用场景。在可以预见的未来，随着5G核心网实现更细的拆分，更加模块化和软件化，5G将可以满足越来越多的场景要求，甚至通吃所有用户。

5G将深入哪些工业场景？

对于工业领域来说，当前急需通过5G来解决领域内现有无线技术的应用困境。随着智能制造和工业4.0的推进，工厂内的智能设备和传感器将越来越多，5G在帮助企业部署大容量物联网和高可靠低时延应用中将扮演重要的角色，可以满足工业环境下设备互联和远程交互应用需求。

通过与工业控制、物联网、人工智能、大数据、边缘计算、云计算以及AR/VR等技术的结合，5G预计将率先进入以下工业场景。

图片来源：ABI Research

工业AR

工业AR将成为5G的重要应用，两者结合后可以应用于几大场景，包括：数字设计协同、实现人机协作、监控生产流程、新员工岗前培训、质量的检测、远程辅助操作、远程运维的支持等。譬如，当网络发出报警提示一台设备需要维修时，远程工程师可以通过5G网络远程指导现场使用5G头戴式AR设备的技术人员，完成设备的维修过程。

机器视觉

机器视觉在制造企业已经越来越普及，机器视觉在检测方面对网络带宽提出了很高的要求，而5G将可以很好地满足这一需求。

自动化控制

自动化控制是制造工厂中的基础应用，核心是闭环控制系统。自动化控制需要网络高可靠低时延。在该系统的控制周期内每个传感器进行连续测量，测量数据传输给控制器以设定执行器。典型的闭环控制过程周期低至毫秒级别，所以系统通信的时延需要达到毫秒级别以保证控制系统实现精确控制，同时对可靠性也有极高的要求。5G的出现将可以满足自动化控制领域的无线应用，无线设备也将在智能工厂中越来越普及。

运营优化

工厂中不断增加的智能设备和传感器将产生比以往更多的信息。快速收集和处理这些信息可以帮助企业优化操作，从而提高生产力。5G网络的低时延和高带宽功能可以支持不断增大的数据流。

预测性维护

5G连接的传感器可以提供有关设备性能的实时信息，包括振动、温度和噪声等数据。结合机器学习，这些数据可以帮助企业预测设备何时即将发生故障，从而避免设备停机。

机器人

利用高可靠性网络的连续覆盖，5G使得机器人在移动过程中活动区域不受限，按需到达各个地点，在各种场景中进行不间断工作以及工作内容的平滑切换。此外，5G可构建连接工厂内外的人和机器为中心的全方位信息生态系统，使得系统实时监控，设备实时维稳。

物料跟踪

在5G的帮助下，未来，工厂中每个物体都是一个有唯一“身份”的终端，使生产环节的原材料都具有“信息”属性。原材料会根据“信息”自动生产和维护。

除了上述对未来应用的预期，目前，5G在电网、港口、炼油厂、飞机厂、钢铁厂、机械加工等行业都有了现实的案例。例如，青岛港新前湾自动化码头成功实现了基于5G连接的自动岸桥吊车控制操作、抓取和运输集装箱。通过5G助阵，中国宝武在千米之外、轻点按键，实现了从转炉冶炼到出钢的全流程自动化“一键炼钢”。

图片来源：中国宝武新闻中心

虽然5G的全面商用还未到来，关于网络安全方面的质疑也频频出现，但不可回避的是，5G作为赋能于我们生活和工作的底层技术已经势不可挡。作为万众创新的风口，当前5G的“杀手级”应用仍伏在水下，需要交给时间和聪明的你去发掘。


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作者简介

郭宁，工业媒体从业十余年，撰稿人，关注智能制造和它所创造的美好生活。爱好天文学、中国古代哲学、旅行、烹饪。喜欢新鲜事儿，对世界永远好奇。

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