5G通訊技術在工業物聯網中的應用前景

熊桂華

摘 要：隨著我國國民經濟的發展和人民生活水平的提高，新時期5G通訊技術的應用和發展方面越來越受到關注。其實，消費市場的應用僅僅是5G技術用途的一角，5G技術重要價值應發揮在工業領域，即在工業物聯網上的應用，工業物聯網之所以推廣較慢，其根本原因還是目前網絡的時延和可靠性方面尚有不足。

關鍵詞：5G通訊技術；工業物聯網；數據分析

1 工業物聯網的現狀

工業物聯網應用廣泛，典型的行業有制造業、建筑業、運輸業和采礦業等。一般把物聯網歸納為四個層次，即數據采集與展示、基礎數據分析與管理、深度數據分析與應用及工業控制。這四個層次概括了工業物聯網的應用及價值。

1.1數據采集與展示

將安裝在設備上的傳感器采集到的數據信息傳輸到云平臺，再計算轉化為可視化信息在現實設備上呈現。

1.2基礎的數據分析與管理

對采集到的數據信息進行基本的分析，并產生相應的SaaS應用，如設備性能指標、異常警情、故障代碼、原因分析等。在相應數據分析的基礎上，結合系統的設備管理功能，實現設備遠程操控。

1.3深度數據分析與應用

結合不同行業的專業性，由專家建立數據分析模型。如設備故障診斷和預測，不斷降低設備故障。甚至基于大量基礎數據，結合行業專家的專業判斷，使機器自我學習，產生深層智能化應用，實現提高設備作業率、優化生產流程、改進制造工藝等，。

1.4工業控制

建立在數據的采集、展示、分析、建模和專業應用的基礎上，在云平臺生成決策機制，最后轉換成控制指令對設備進行操控，實現工業設備之間的信息交互、高效協作和有效監控。

2 5G技術的特點

5G系統的設計的一般思路，是先明確應用場景，再根據場景確定所需技術，最后根據需求和技術特性制定具體的解決方案。在5G不同的應用場景及技術層面的需求普遍歸納為三個方面：

1、超高數據速率（增強型移動帶寬，eMBB）

2、超大連接量（大規模機器類通信，mMTC）

3、超低時延（超可靠低時延通信，uRLLC）

3 5G在工業物聯網的應用

5G技術的出現，使工業系統對通信能力和距離的要求得以保障，改變了之前多數工業控制系統需要部署在周邊的窘狀，在離散制造業、數控機床、工程機械設備等領域應用較廣。

案例一 5G在輪機、航空發動機葉盤制造上應用

葉盤是火電汽輪機、燃氣輪機、核電機組、噴氣式航空發動機中渦輪的關鍵部件，確保葉盤的高質量、高精度至關重要。華為與無錫透平葉片、航亞科技等葉盤制造公司建立了主要研究葉盤生產制造流程控制的合作。葉盤是通過機床加工完成的，一個銑削加工的周期可能持續一至數天，但加工過程卻幾乎不能被監控，這就使得工序全部完成之前沒辦法獲悉最終結果，造成葉盤的返工率和報廢率經常很高，使產品批次的生產周期大大加長。經驗證，加工缺陷主因是銑刀或機床震動致使加工精度下降，因此他們采取實時監測和實時控制兩個手段來解決這個問題。

（1）實時監測

在輪盤上安裝通訊模組，葉片上貼上傳感器，實時監測葉盤的銑削過程，一旦監測到加工偏差，立即停止加工，或視情況啟動返工流程；

（2）實時控制

對加工過程進行數據建模，根據監測到的在線數據，通過實時調整銑刀轉速、進刀量等參數，精確控制加工過程，大幅降低了加工缺陷產生的幾率。

通過測算，采用5G改進后的加工系統，預計返工率由25-30%降至10%甚至更低，綜合成本可降低20%以上，每年可節約成本上億元。他們下一個目標是建立所有設備5G聯接，通過統一系統集成管理的智能化的工廠。

案例二 5G在國內礦山的應用

華為為福建紫金礦業制定的應用5G技術提高采礦生產效率的項目中，鉆孔機升級改造非常成功。礦場在采掘過程中需要爆破，工人等爆破污染消散后才能進去作業，采礦效率一直難以提高。

在實現礦區自動化的過程中，通信系統除必須滿足高速率、大帶寬和低延時，還需滿足以下條件：

（1）適配性強，能實現不同品牌和差異的控制系統之間的自動化和遠程控制；

（2）實現無線網絡全覆蓋，確保目標設備和人員都能連接到網絡并被定位；

（3）在復雜和惡劣的環境下，能確保系統穩定運行。

華為對紫金礦業的傳統鉆機進行了自動化和遠程控制的升級改造，為這些傳統鉆機植入了先進的控制系統，并加裝了通信模組和攝像頭。改造后鉆機按系統設定的路徑，鉆好一個爆破孔，自主移動到下一個位置鉆孔，自動完成作業任務，即使需要人工介入評估的情況，也實現了遠程操控。

改造后的鉆機綜合作業率從原來的68.5%提高到85.6%，并且在保證安全的前提下，大幅減少了人員數量和配套設施，每年為紫金礦業節約成本數千萬元。5G通信網絡的應用，使礦場安全性和高效性顯著改善，這將推動其他采礦企業探索更豐富的應用和模式。

雖然5G技術大規模部署和應用尚需時日，但由于其相較于傳統移動互聯網的顯著優勢，工業物聯網融合5G通訊技術的發展方向已經明確，我們期待并確信前景不可限量。

結語

現階段，5G移動通信網絡技術正在不斷研發，而經濟的不斷發展對物聯網提出了更高要求。隨著5G網絡的實現，物聯網必將以更加靈活的方式呈現在人們眼前，從而更好地為人們服務。為保障物聯網更好發展，運營商需要制定更加長遠的方案，解決可能出現的問題，使5G網絡按照預期的速度實現，進而實現經濟的快速發展。根據上述內容可以發現，物聯網與5G網絡結合、共同發展是必然發展趨勢，能夠推動經濟全球化進程。

參考文獻

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