“5G+工业互联网”技术在机械制造行业中的应用研究

依照“收集先行、利用牵引、市场主导、政策鞭策”的思绪，我国深入推动“5G+产业互联网”周全成长，延续打造支持“宽窄连系”的物连接入才能，今朝已经建玉成球范围最大的移动物联网。接下来，我国将继续拓展“5G+产业互联网”利用处景，使移动物联网与机械制造行业的融合进一步深化，加速推动新型产业化，提升制造业数字化、收集化、智能化水平。

“5G+产业互联网”利用需求及场景

1、“5G+产业互联网”利用需求

5G是产业互联网成长的重要根本设备，产业要素的联网和智能化需要高速度、低时延、海量毗连的收集支持。当前5G与产业互联网融合利用也出现了很多新型场景，包括“5G+VR/AR”“5G+无人机”“5G+远程控制”“5G+机械视觉”“5G+云化AGV”等。在利用处景成长节奏方面，“5G+VR/AR”“5G+机械视觉”等利用已进入高速成长期，经济代价逐步显现，未来1~2年将成为产业互联网的支流利用处景；“5G+云化AGV”“5G+无人机”等利用受限于与装备深度融合的需求，还需期待技术、产物成熟，估计未来2~3年将有较快成长；“5G+远程控制”等利用由于触及产业焦点控制环节，今朝尚处于摸索期，有待进一步测实考证。

2、“5G+产业互联网”利用处景

·5G+VR/AR

今朝“5G+VR”在产业互联网中首要利用于虚拟装配、虚拟培训、虚拟展厅等场景。其中，“5G+VR”虚拟装配是产业设想中必不成少的考核环节，可以在设想接口、部件表面和巨细等方面最洪流平优化产物现实装配时的能效；“5G+VR”虚拟培训相较于传统的授课方式加倍周全且可以实时反应，相比于教科书里难明的笔墨及考验进修者设想力的平面图，虚拟现实的场景表达更直观，并能传递更多信息；“5G+VR”虚拟展厅则可以将展厅及展品3D化，带给观展者足不出户就能“身临现场”的体验。今朝AR的利用已融入到产业制造的交互、营销、设想、采购、生产、物流和办事等环节，典型的利用包括AR远程辅佐、AR在线检测、AR样品展现等。操纵基于5G的AR远程辅佐，背景专家可以经过语音视频通讯、AR实时标注停止远程合作，实现现场职员和远程专家的“零间隔”相同，大猛进步产业生产、装备维修、专业培训等环节的生产效力。

·5G+无人机

无人机作为高新科技成长的产物，今朝的利用范围已经相当普遍。从利用范畴来说，无人机可分为消耗级无人机和产业级无人机，相对于已经较为成熟的消耗级无人机，产业级无人机的利用还处在不竭摸索的阶段。今朝，产业级无人机已被利用于聪明物流、聪明园区、装备巡检等范畴。

5G无人机平台可以实现厂区范围内标准化、常态化的空中安保巡查和装备点巡检。操纵5G收集高速度、高牢靠、低时延、海量毗连的特点将搭载在无人机上的摄像头所拍摄的图像实时传送到厂区综合控制中心，然后经过对视频图像停止基于野生智能的物体识别、形式识别分析，可以判定所巡检的地址能否存在安保异常、火灾异常，并实现智能提醒，最大限度下降安保职员平常劳动强度。

·5G+远程控制

远程控制一向是产业生产中保障职员平安、提升生产效能、实现多生产单元合作的需要手段。远程控制间接关系到生产环节的产物资量和生产效力，是以今朝产业范畴大大都远程控制还是基于有线收集。有线收集虽然稳定，但也限制了生产的灵活性，同时也在一定水平上限制了生产进程中的控制范围。

在产业生产中某些情况确切不适恼野生作业，比如高温、高空等场所。甚至有的工作没法依靠野生完成，比如工场内大件货物或口岸集装箱的装卸，都需要经过远程控制机械来实现。要实现远程控制，不但需要清楚度充足高的视频供给视觉支持，还需要实时稳定的收集保证操控的灵敏度和牢靠性。这些对现有产业收集和4G技术来说是庞大应战。斟酌远程控制的需求，5G收集的上风一方面在于高速度可以满足高清视频回传的要求，另一方面也可以在保证牢靠性的条件下满足远程控制对于低时延的要求。

·5G+机械视觉

机械视觉是野生智能的一个重要分支，在产业的利用极为普遍，可以有用进步生产的柔性和自动化水平，适用于一些危险的野生作业情况大概野生难以满足要求的场所。经过5G收集，机械视觉系统可以实现“以移代固”，将视觉系统单元设置为无线传输以替换传统有线毗连方式;图像收集自在散布于多个工位且同享图像处置单元，配合实现生产线的高速、低本钱自动化检测。同时经过“5G+MEC”搭建的“5G虚拟公用网”，可以将生产进程中的数据传输范围控制在企业内，满足生产数据平安性要求，确保收集平安和生产平安。

基于5G虚拟专网和万物互联摆设，机械视觉系统可以实现实时远程监测功用。依托5G高速度、海量毗连特征，工作职员不用进车间即可经过移动终端或便携终端，监视企业生产进程履行治理系统(MES)，获知视觉检测系统的运转状态。

·5G+云化AGV

AGV指装备有电磁或光学等自动扶引装配、可以沿规定的扶带途径行驶、具有平安庇护以及各类移载功用的运输车。所谓云化AGV，是把AGV上运转的定位、导航、图像识别及情况感知等有复杂计较才能需求的模块上移到5G的边沿办事器，以满足AGV日益增加的计较需求;而活动控制/告急避障等实时性要求更高的模块照旧保存在AGV本体以满足平安性等要求。这相当于在云端为AGV增加了一个“大脑”，除AGV原本的复杂计较之外，使各类百般的AI才能扩大成为能够。

“5G+产业互联网”的收集架构

“5G+产业互联网”整体架构如图1所示，工场内的各类控制、治理、生产战争安等环节，经过5G技术的高带宽、高牢靠、低时延、移动性，可向柔性制造、自动化、无线化偏向演进；5G的云网一体化属性助力企业边沿计较利用，边沿云可实现现场利用的云端实时控制；5G企业专网计划可为企业供给平安牢靠的收集支持；收集切片、私有云、私有云、边沿云的融合为企业供给了高性价比的5G处理计划。

图1 “5G+产业互联网”整体架构

1、“5G+MEC”的收集架构

5G收集架构灵活，5GC采用虚拟化架构，UPF下沉至收集边沿，UPF和MEC可以共虚拟化平台摆设，处理计费战争安题目。用户数据可由UPF转发接入MEC，计费战争安可由UPF完成，MEC实现对APPs的平安认证及支持APP/API计费。

MEC摆设计划如图2所示，边沿层UPF/MEC/APPs共平台摆设。焦点网营业面按需散布式扶植，控制面集合扶植，这是为顺应5G新营业的必定挑选；营业当地化、差别化、低时延成为首要需求；当地流量卸载、营业使能治理、收集才能开放助力5G提升商用代价。

图2 MEC摆设计划

2、“5G+切片”的收集架构

5G技术利用处景较多，而且分歧的场景对移动性、平安性、牢靠性等有分歧要求，难以经过一张收集来满足。操纵切片技术，将一个物理收集切分红可以供给分歧功用的虚拟收集，可满足分歧的利用处景需求。针对未来多样化的利用处景，需要构建一个灵敏、自动化、智能化的端到端切片编排治理系统。

操纵5G端到端收集切片可实现收集资本灵活分派及收集才能按需组合，基于5G收集虚拟出多个具有分歧特征的逻辑子网。每个端到端切片均由焦点网、无线网、传输网的切片组合而成，并经过端到端切片治理系统停止同一治理。

5G收集切片营业的引入需要斟酌技术标准及产业成长的成熟度。运营商应分阶段引入收集切片。按照切片的摆设要求，可以分为快速摆设和方针摆设。为了快速推出5G营业，切片摆设早期重点聚焦于典型的eMBB场景，例如高清视频、AR/VR、3D等营业，并适当地配合焦点网用户面下沉摆设，实现部分超低时延营业需求。

同时，对切片的编排摆设停止简化。CN子切片采用云化技术摆设，供给CN NSSMF停止子切片的编排和摆设;RAN和TN子切片经过设置，停止切片的资本调剂和隔离。5G收集切片治理框架如图3所示。

图3 5G收集切片治理框架

“5G+产业互联网”利用案例

1、“5G+产业互联网”在电力行业的利用案例

某省国网公司提出周全贯彻省政府“重要窗口”扶植工作摆设，牢牢围绕公司计谋方针落地工作，试点扶植融合量子通讯等技术的5G公网电力利用树模区，以经济便利的公网无线通讯(以5G为主，其他公网无线通讯为辅)取代电力有线通讯，以量子加密等技术强化营业数据平安，对海量的“源网荷储”资本停止精准控制。

该公司计划在全省数百个企业内扶植秒级可中断负荷快速响应系统，依托超电网供电才能拉限电序位表和告急变乱限电序位表，在用户侧展开秒级可中断负荷接入功用扶植，秒级可中断容量超百万千瓦。以上两类场景需要广域5G定制网的支持。

·具体需求

摆设边沿UPF下沉、数据与公网隔离：国网公司提出保障营业平安、数据平安的需求，运营商拟在国网电力机房摆设边沿UPF，实现数据分流。

4G/5G协同：既支持5G NR收集，又兼顾4G LTE装备。在5G未覆盖地区将4G LTE作为补充收集处理计划，实现4G和5G(NSA/SA)同时停止分流的才能。

to B/to C兼顾计划：依照运营商5G焦点网“一张物理网，两张逻辑网”的整体原则，采用“to B/to C兼顾计划”的摆设扶植思绪，可以支持“人联网”与物联网在电力5G专网场景下高度融合，还可以在支持企业员工利用工作手机、PAD、PDA等手持终真个同时，支持装备、仪表等物联装备的联网和数据交互。

·具体扶植计划

基于国网公司营业需求及运营商5GC收集摆设的情况，该项目拟在国网电力焦点机房新建4G/5G融合的GW-U/UPF网元，对接现网的5GC控制面和地区地点的4G/5G基站，在用户侧摆设公用DNN，并在5GC控制面网元完成相关设置。

5G签约用户从4G基站接入：MME基于公用DNN以及用户诉求，挑选融合的SMF/GW-C和电力的GW-U/UPF网元。

5G签约用户从5G基站接入：AMF公用DNN挑选融合的SMF/GW-C和电力的UPF/GW-U网元。

在收集传输层面，国网电力UPF需要经过各平面承载网买通N3、N4、N6、OM接口；N3、N4接口接入IPRAN承载网，别离与基站及5GC焦点网(SMF)毗连；N6经过内部专线方式接入国网电力内部收集(DN)；OM接入到收集网管OM。

此场景下的营业流向为：国网电力终端—市电力专享UPF—国网电力收集。该项目中5G利用处景有精准负荷控制、差动庇护、“三遥”等，运营商操纵5G收集低时延、高牢靠、4G/5G融合与公网隔离等技术特征，美满完成了国网公司的既定方针。

2、“5G+产业互联网”在机械行业的利用

某团体作为中国机械产业百强企业，起头启动“5G+产业互联网”项目，出力打造数字化设想、智能化生产、聪明化治理、协异化制造、绿色化制造、平安化管控和效益大幅提升的现代创新产业企业标杆。

·企业首要营业需求

稳定牢靠的5G收集：便于打造基于5G的无线化车间，处理传统车间信号不稳定、接入数受限和带宽不敷的题目，助力实现柔性生产，提升生产效力。用“5G+CPE”等专网方式替换Wi-Fi收集传输计划，支持PAD等终端移动办公。单营业下行速度在30Mbit/s~100Mbit/s，上行速度在1Mbit/s~5Mbit/s。

机械视觉和数据收集：经过5G收集，操纵机械视觉和数据收集，让企业治理者实时、高效地把握各个生产环节的装备、物料、职员状态以及生产运营情况，帮助企业进步生产效力并保障生产平安性。如此一来，可大幅提升装备运转率，下降单元产物本钱。机械视觉单营业下行速度在10Mbit/s~30Mbit/s，单营业上行速度在10Mbit/s~100Mbit/s；数据收集单营业下行速度在0.1Mbit/s~0.5Mbit/s，单营业上行速度在0.5Mbit/s~1Mbit/s。

“5G+远程专家辅佐”：员工经过AR眼镜可随时获得远程专家辅佐，快速、远程处理室外、移动性场景的突发题目，实现从批示中心指导向运维现场指导改变，赋能一线营业职员。这样一来，下降了对员工的技术要求，提升了检验和保护的工作效力，同时下降了工程运维的人力和时候本钱。

企业园区内5G上网终端可经过运营商省中心同享UPF拜候企业内网；联网装备经过园区5G收集接入，经省中心同享UPF节点分流，可拜候园区收集。企业的终端则利用5G专网接入，首要包括PDA、5G CPE、摄像头、AR眼镜、数据收集传感器等。5G行业利用如图4所示。

图4 5G行业利用表示

·扶植计划

UPF装备挂接STN承载网、毗连基站和5GC收集。

此项目中的5G利用处景稀有据收集、机械视觉、“5G+AR/VR”、“5G+办公”等，操纵5G收集大带宽、低时延、高牢靠特征，以及园区收集4G/5G融合、专网与公网隔离等特征，满足了企业的需求。

未来展望

新一轮科技反动和产业变化浪潮正囊括而来，产业制造业要从基于要素的低本钱计谋向基于创新的差别化计谋改变，才能推动产业转型升级。为此产业系统需要吸纳各类先辈的新技术，出格是与5G技术融合。只要充实操纵好5G大带宽、低时延、海量毗连的收集特征，而且与产业互联网行业利用深度融合，才能不竭提升全部产业系统的信息化水平，真正做到“无人”工场、“聪明”工场和“未来”工场。

来历：工联网iitime

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