5G典型制造業(yè)應(yīng)用場景

5G典型制造業(yè)應(yīng)用場景

（1）5G 使能工業(yè)AR應(yīng)用

在未來智能工廠生產(chǎn)過程中，人將發(fā)揮更重要的作用。然而由于未來工廠具有高度的靈活性和多功能性，這將對(duì)工廠車間工作人員有更高的要求。為快速滿足新任務(wù)和生產(chǎn)活動(dòng)的需求，增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)AR將發(fā)揮很關(guān)鍵作用，在智能制造過程中可用于如下場景：如：監(jiān)控流程和生產(chǎn)流程。生產(chǎn)任務(wù)分步指引，例如手動(dòng)裝配過程指導(dǎo);遠(yuǎn)程專家業(yè)務(wù)支撐，例如遠(yuǎn)程維護(hù)。

在這些應(yīng)用中，輔助AR設(shè)施需要最大程度具備靈活性和輕便性，以便維護(hù)工作高效開展。因此需要將設(shè)備信息處理功能上移到云端，AR設(shè)備僅僅具備連接和顯示的功能，AR設(shè)備和云端通過無線網(wǎng)絡(luò)連接。AR設(shè)備將通過網(wǎng)絡(luò)實(shí)時(shí)獲取必要的信息(例如，生產(chǎn)環(huán)境數(shù)據(jù)、生產(chǎn)設(shè)備數(shù)據(jù)、以及故障處理指導(dǎo)信息)。

在這種場景下AR眼鏡的顯示內(nèi)容必須與AR設(shè)備中攝像頭的運(yùn)動(dòng)同步，以避免視覺范圍失步現(xiàn)象。通常從視覺移動(dòng)到AR圖像反應(yīng)時(shí)間低于20ms，則會(huì)有較好的同步性，所以要求從攝像頭傳送數(shù)據(jù)到云端到AR顯示內(nèi)容的云端回傳需要小于20mms，除去屏幕刷新和云端處理的時(shí)延，則需無線網(wǎng)絡(luò)的雙向傳輸時(shí)延在10ms內(nèi)才能滿足實(shí)時(shí)性體驗(yàn)的需求。而該時(shí)延要求，LTE網(wǎng)絡(luò)無法滿足。

（2）5G使能工廠無線自動(dòng)化控制

在自動(dòng)化控制中，倒立擺是典型的應(yīng)用。倒立擺原理用于機(jī)器人各種姿態(tài)控制、航空飛船對(duì)接控制等姿態(tài)控制等工業(yè)應(yīng)用。華為X Labs通過倒立擺驗(yàn)證5G對(duì)極低試驗(yàn)自動(dòng)控制的價(jià)值，研究表明，當(dāng)?shù)沽[運(yùn)行在4G模式下時(shí)，4G的過高時(shí)延，使得倒立擺的控制指令不能得到快速執(zhí)行，倒立擺起擺到穩(wěn)態(tài)的時(shí)間過長，達(dá)到13.2秒。

當(dāng)運(yùn)行在5G模式下時(shí)，5G的1ms超低時(shí)延，使倒立擺的控制指令快速執(zhí)行，起擺到穩(wěn)態(tài)只用4秒。通過對(duì)比，可以看到5G低時(shí)延網(wǎng)絡(luò)在自動(dòng)控制的巨大價(jià)值，網(wǎng)絡(luò)端到端時(shí)延從4G的50ms減低至5G的1ms。

自動(dòng)化控制是制造工廠中最基礎(chǔ)的應(yīng)用，核心是閉環(huán)控制系統(tǒng)。在該系統(tǒng)的控制周期內(nèi)每個(gè)傳感器進(jìn)行連續(xù)測(cè)量，測(cè)量數(shù)據(jù)傳輸給控制器以設(shè)定執(zhí)行器。典型的閉環(huán)控制過程周期低至ms級(jí)別，所以系統(tǒng)通信的時(shí)延需要達(dá)到ms級(jí)別甚至更低才能保證控制系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)精確控制，同時(shí)對(duì)可靠性也有極高的要求。如果在生產(chǎn)過程中由于時(shí)延過長，或者控制信息在數(shù)據(jù)傳送時(shí)發(fā)生錯(cuò)誤可能導(dǎo)致生產(chǎn)停機(jī)，會(huì)造成巨大的財(cái)務(wù)損失。

此外，在規(guī)模生產(chǎn)的工廠中，大量生產(chǎn)環(huán)節(jié)都用到自動(dòng)控制過程，所以將有高密度海量的控制器、傳感器、執(zhí)行器需要通過無線網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行連接。

閉環(huán)控制系統(tǒng)不同應(yīng)用中傳感器數(shù)量、控制周期的時(shí)延要求、帶寬要求都有差異，典型來看，周期時(shí)間和通信帶寬大小的一些典型值如下：

5G切片網(wǎng)絡(luò)可提供極低時(shí)延長、高可靠，海量連接的網(wǎng)絡(luò)，使得閉環(huán)控制應(yīng)用通過無線網(wǎng)絡(luò)連接成為可能。基于華為5G的實(shí)測(cè)能力：空口時(shí)延可到0.4ms,單小區(qū)下行速率達(dá)到20Gbps，小區(qū)最大可支持1000萬+連接數(shù)。由此可見，移動(dòng)通信網(wǎng)絡(luò)中僅有5G網(wǎng)絡(luò)可滿足閉環(huán)控制對(duì)網(wǎng)絡(luò)的要求。

（3）5G 使能工廠云化機(jī)器人

在智能制造生產(chǎn)場景中，需要機(jī)器人有自組織和協(xié)同的能力來滿足柔性生產(chǎn)，這就帶來了機(jī)器人對(duì)云化的需求。和傳統(tǒng)的機(jī)器人相比，云化機(jī)器人需要通過網(wǎng)絡(luò)連接到云端的控制中心，基于超高計(jì)算能力的平臺(tái)，并通過大數(shù)據(jù)和人工智能對(duì)生產(chǎn)制造過程進(jìn)行實(shí)時(shí)運(yùn)算控制。

通過云技術(shù)機(jī)器人將大量運(yùn)算功能和數(shù)據(jù)存儲(chǔ)功能移到云端，這將大大降低機(jī)器人本身的硬件成本和功耗。并且為了滿足柔性制造的需求，機(jī)器人需要滿足可自由移動(dòng)的要求。因此在機(jī)器人云化的過程中，需要無線通信網(wǎng)絡(luò)具備極低時(shí)延和高可靠的特征。

5G網(wǎng)絡(luò)是云化機(jī)器人理想的通信網(wǎng)絡(luò)，是使能云化機(jī)器人的關(guān)鍵。5G切片網(wǎng)絡(luò)能夠?yàn)樵苹瘷C(jī)器人應(yīng)用提供端到端定制化的網(wǎng)絡(luò)支撐。5G網(wǎng)絡(luò)可以達(dá)到低至1ms的端到端通信時(shí)延，并且支持99.999%的連接可靠性，強(qiáng)大的網(wǎng)絡(luò)能力能夠極大滿足云化機(jī)器人對(duì)時(shí)延和可靠性的挑戰(zhàn)。

華為已與德國與制造企業(yè)開展智能制造領(lǐng)域的合作。如與Festo共同合作基于5G切片網(wǎng)絡(luò)的云化機(jī)器人的項(xiàng)目,項(xiàng)目通過5G uRLLC(超高可靠和低時(shí)延通信)切片網(wǎng)絡(luò)，針對(duì)云化機(jī)器人閉環(huán)控制系統(tǒng)的高可靠性和實(shí)時(shí)性的滿足度進(jìn)行測(cè)試。

機(jī)器人的軌跡信息和控制數(shù)據(jù)在制造云中處理有助于系統(tǒng)計(jì)算能力的擴(kuò)展和機(jī)器人平臺(tái)的節(jié)能。機(jī)器人生產(chǎn)服務(wù)與制造云的結(jié)合意味著將工業(yè)機(jī)器人的基本功能與高性能的計(jì)算系統(tǒng)進(jìn)行實(shí)時(shí)協(xié)同，5G切片網(wǎng)絡(luò)使能了這一應(yīng)用場景。

（4）機(jī)器人與協(xié)同設(shè)施間的通信需求

在智能制造柔性生產(chǎn)中，移動(dòng)機(jī)器人是關(guān)鍵的使能者。在生產(chǎn)過程中要求多移動(dòng)機(jī)器人之間的協(xié)同和無碰撞作業(yè)，所以移動(dòng)機(jī)器人之間需要實(shí)時(shí)進(jìn)行數(shù)據(jù)交換滿足該需求。移動(dòng)機(jī)器人和外圍設(shè)備間也需要進(jìn)行通信。例如，如起重機(jī)或其他制造設(shè)施。因此移動(dòng)機(jī)器人需要和周邊協(xié)同設(shè)施機(jī)進(jìn)行實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)交換。

隨著智能制造場景的引入，制造對(duì)無線通信網(wǎng)絡(luò)的需求已經(jīng)顯現(xiàn)，5G網(wǎng)絡(luò)可為高度模塊化和柔性的生產(chǎn)系統(tǒng)提供多樣化高質(zhì)量的通信保障。和傳統(tǒng)無線網(wǎng)絡(luò)相比，5G網(wǎng)絡(luò)在低時(shí)延、工廠應(yīng)用的高密度海量連接、可靠性、以及網(wǎng)絡(luò)移動(dòng)性管理等方面優(yōu)勢(shì)凸顯，是智能制造的關(guān)鍵使能者。