5G推动智能工厂的发展

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关键词:智能工厂 5G技术 生产设备

    智能工厂是5G技术的重要应用场景之一。利用5G网络将生产设备无缝连接,并进一步打通设计、采购、仓储、物流等环节,使生产更加扁平化、定制化、智能化,从而构造一个面向未来的智能制造网络。

    一、移动通信技术的发展

    服装管理精英网回顾移动通信技术的发展历程,第一代采用的是模拟技术,只能支持区域和距离限制的语音通话;第二代实现了数字化语音通讯,能进行简单的语音和文字类交互,比如短信和邮件等;第三代就是大家熟知的3G技术,以多媒体通讯为特征,可以支持语音、文字和视频交互,但由于带宽有限,在进行大量数据交互时,如视频交互时很难保证效果的流畅;第四代是正在铺建的4G技术,通讯速率大幅提升,标志着进入无线宽带年代。

    5G,即第五代移动通信技术,国际电联将5G应用场景划分为移动互联网和物联网两大类。5G呈现出低时延、高可靠、低功耗的特点,已经不再是一个单一的无线接入技术,而是多种新型无线接入技术和现有无线接入技术(4G后向演进技术)集成后的解决方案总称。

    从当前电信服务商做的基站测试结果看,5G的速度将会比4G更快且功耗更低,理论带宽将突破每秒10G。这保证你能够在一秒钟内下载一部高清电影,而4G需要至少10分钟。恰是由于这一得天独厚的优势,业界普遍认为,5G将对智能皇冠娱乐平台下载、无人驾驶汽车、VR以及物联网等领域产生重要推动作用。

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    二、解读5G技术

    ①5G定义的三大场景

    2016年,华为主推的PolarCode方案被国际无线标准化机构3GPP确定为eMBB场景的控制信道编码方案,而数据信道的上行和下行短码方案则归属高通LDPC码。eMBB即增强移动宽带,是3GPP会议上定义5G三大场景之一。华为的PolarCode信道编码技术只是5G众多核心技术的一种。除eMBB之外,5G场景还包括mMTC和LC。

    ②5G支撑技术

    1.网络切片

    网络切片,本质上就是将运营商的物理网络划分为多个虚拟网络,每一个虚拟网络根据不同的服务需求,比如时延、带宽、安全性和可靠性等来划分,以灵活的应对不同的网络应用场景。

    就5G而言,由于涵盖的应用场景比较广,包括移动宽带、大规模物联网和关键任务型物联网。

    2.网络的自组织

    自组织的网络是5G的重要技术,这就是网络部署阶段的自规划和自配置;网络维护阶段的自优化和自愈合。自配置即新增网络节点的配置可实现即插即用,具有低成本、安装简易等优点。自规划的目的是动态进行网络规划并执行,同时满足系统的容量扩展、业务监测或优化结果等方面的需求。自愈合指系统能自动检测问题、定位问题和排除故障,大大减少维护成本并避免对网络质量和用户体验的影响。

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    3.超密集异构网络

    5G网络是一个超复杂的网络,在2G时代,几万个基站就可以做全国的网络覆盖,但是到了4G中国的网络超过500万个。而5G需要做到每平方公里支持100万个设备,这个网络必须非常密集,需要大量的小基站来进行支撑。同样一个网络中,不同的终端需要不同的速率、功耗,也会使用不同的频率,对于QoS的要求也不同。这样的情况下,网络很容易造成相互之间的干扰。5G网络需要采用一系列措施来保障系统性能:不同业务在网络中的实现、各种节点间的协调方案、网络的选择以及节能配置方法等。

    4.内容分发网络

    在5G网络中,会存在大量复杂业务,尤其是一些音频、视频业务大量出现,某些业务会出现瞬时爆炸性的增长,这会影响用户的体验与感受。这就需要对网络进行改造,让网络适应内容爆发性增长的需要。

    内容分发网络是在传统网络中添加新的层次,即智能虚拟网络。CDN系统综合考虑各节点连接状态、负载情况以及用户距离等信息,通过将相关内容分发至靠近用户的CDN代理服务器上、实现用户就近获取所需的信息,使得网络拥塞状况得以缓解,缩短响应时间,提高响应速度。

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    三、全球5G产业发展现状

    2017年,全球5G移动通信时代脚步越来越近,各国政府纷将5G建设及应用发展视为国家重要目标,各技术阵营的5G电信营运商及设备业者亦蓄势待发,5G市场战火一触即发。

    2018年,美国运营商将在局部城市开始5G部署,Verizon将在28GHz的毫米波频段开始针对固定无线接入场景的非3GPP标准的5G独立组网部署,随后将转向3GPP标准的5G部署;而AT&T则宣称将开始基于3GPP标准的5GNSA的商用部署。而韩国KT在2018年2月的平昌冬奥会上展示28GHz的,基于非3GPP标准的5G系统的应用,随后也将转向3GPP的5GNR的NSA部署。

    1、中国

    我国计划于2018年完成IMT-2020标准的征集,预计2020年实现5G的商用。我国“十三五”期间,将重点推动形成全球统一的5G标准,基本完成5G芯片及终端、系统设备研发,推动5G支撑移动互联网、物联网应用融合创新发展,为2020年启动5G商用奠定了产业基础。

    2、美国

    早在2016年年中,美国政府就对5G网络的无线电频率进行了分配,计划在2018年实现全面的商用。当时美国政府也向电信公司提供了资助,在四座城市进行5G的先期试验。

    2017年,美国运营商Verizon正式宣布将于2018年下半年在美国部分地区部署5G商用无线网和5G核心网。由设备商爱立信提供5G核心网、5G无线接入网、传输网以及和相关服务,这将加快基于3GPP标准的5G解决方案的商用。

    3、日本

    与韩国冬奥会相似,日本2020年东京奥运会以及残奥会也成了日本发展5G的重要助力。为配合2020年东京奥运会和残奥会的举办,日本各运营商将在东京都中心等部分地区启动5G的商业利用,随后逐渐扩大区域。

    日本三大移动运营商NTTDoCoMo、KDDI和软银计划将于2020年在一部分地区启动5G服务,预计在2023年左右将5G的商业利用范围扩大至日本全国,而总投资额或达5万亿日元之多。

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    4、欧盟

    作为欧洲地区规模较大的区域性经济合作的国际组织,欧盟也不会允许自己在这场全球5G盛宴中缺席。

    2017年7月初步协议的基础上,欧盟不久前确立了5G发展路线图,该路线图列出了主要活动及其时间框架。通过路线图,欧盟就协调5G频谱的技术使用和目的以及向电信运营商分配的计划达成了一致。欧盟电信委员会的成员国代表同意到2025年将在欧洲各城市推出5G的计划。

    5、韩国

    相较于全球其他国家计划在2020年实现5G商用化的目标,韩国似乎想更早一点开展实践行动。在2017年4月,韩国第二大电信商韩国电信(KT)和爱立信以及其他技术合作伙伴宣布已经就2017年进行5G试验网的部署和优化的步骤和细节达成共识,包括技术联合开发计划等。

    2018平昌冬季奥运会,韩国实现了5G首秀,由韩国电信运营商KT联手爱立信(基站设备等)、三星(终端设备等)、思科(数据设备等)、英特尔(芯片等)、高通(芯片等)等产业链各环节公司全程提供的5G网络服务,成为5G全球首个大范围的准商用服务。

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    四、5G在智能工厂的主要应用场景

    1.物联网

    随着工厂智能化转型的推进,物联网作为连接人、机器和设备的关键支撑技术正受到企业的高度关注。这种需求在推动物联网应用落地的同时,也极大的刺激了5G技术的发展。面对复杂的皇冠娱乐平台下载互联需求,5G技术需要适应不同的皇冠娱乐平台下载场景,能满足物联网的绝大部分连接需求。因此,5G与物联网是相辅相成的关系,物联网应用落地依赖于5G提供不同场景的无线连接方案,而5G技术标准的成熟也需要物联网应用需求的刺激和推动。

    2.皇冠娱乐平台下载自动化控制

    自动化控制是制造工厂中最基础的应用,核心是闭环控制系统。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ms级别,所以系统通信的时延需要达到ms级别甚至更低才能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。如果在生产过程中由于时延过长,或者控制信息在数据传送时发生错误可能导致生产停机,会造成巨大的财务损失。

    5G可提供极低时延长、高可靠,海量连接的网络,使得闭环控制应用通过无线网络连接成为可能。基于华为5G的实测能力:空口时延可到0.4ms,单小区下行速率达到20Gbps,小区最大可支持1000万+连接数。由此可见,移动通信网络中仅有5G网络可满足闭环控制对网络的要求。

    3.物流追踪

    在目前已成规模的机器对机器市场中,其应用将包括人员跟踪和在途高价商品等。但(较)高连接成本限制了该市场的增长。服装管理精英网预计5G将在深度覆盖、低功耗和低成本(规模经济)以及作为3GPP标准技术方面提供额外优势。5G提供的改进将包括在广泛产业中优化物流,提升工人安全和提高资产定位与跟踪的效率,从而最小化成本。它还将扩展能力以实现动态跟踪更广泛的在途商品。随着在线购物增多,资产跟踪将变得更加重要。

    在物流方面,从仓库管理到物流配送均需要广覆盖、深覆盖、低功耗、大连接、低成本的连接技术。此外,虚拟工厂的端到端整合跨越产品的整个生命周期,要连接分布广泛的已售出的商品,也需要低功耗、低成本和广覆盖的网络,企业内部或企业之间的横向集成也需要无所不在的网络,5G网络能很好的满足这类需求。

    4.皇冠娱乐平台下载AR

    在未来智能工厂生产过程中,人将发挥更重要的作用。然而由于未来工厂具有高度的灵活性和多功能性,这将对工厂车间工作人员有更高的要求。为快速满足新任务和生产活动的需求,增强现实AR将发挥很关键作用,在智能制造过程中可用于如下场景:如:监控流程和生产流程。生产任务分步指引,例如手动装配过程指导;远程专家业务支撑,例如远程维护。

    在这些应用中,辅助AR设施需要最大程度具备灵活性和轻便性,以便维护工作高效开展。因此需要将设备信息处理功能上移到云端,AR设备仅仅具备连接和显示的功能,AR设备和云端通过无线网络连接。AR设备将通过网络实时获取必要的信息(例如,生产环境数据、生产设备数据、以及故障处理指导信息)。在这种场景下AR眼镜的显示内容必须与AR设备中摄像头的运动同步,以避免视觉范围失步现象。通常从视觉移动到AR图像反应时间低于20ms,则会有较好的同步性,所以要求从摄像头传送数据到云端到AR显示内容的云端回传需要小于20mms,除去屏幕刷新和云端处理的时延,则需无线网络的双向传输时延在10ms内才能满足实时性体验的需求。而该时延要求,LTE网络无法满足。

    5.云化机器人

    在智能制造生产场景中,需要机器人有自组织和协同的能力来满足柔性生产,这就带来了机器人对云化的需求。和传统的机器人相比,云化机器人需要通过网络连接到云端的控制中心,基于超高计算能力的平台,并通过大数据和人工智能对生产制造过程进行实时运算控制。

    服装管理精英网通过云技术机器人将大量运算功能和数据存储功能移到云端,这将大大降低机器人本身的硬件成本和功耗。并且为了满足柔性制造的需求,机器人需要满足可自由移动的要求。因此在机器人云化的过程中,需要无线通信网络具备极低时延和高可靠的特征。

    5G技术已经成为支撑智能制造转型的关键使能技术。5G技术可以利用三大场景将分布广泛、零散的人、机器和设备全部连接起来,构建统一的互联网络。由于实时性和可靠性高,5G技术不但能应用于皇冠娱乐平台下载场景中,还能支撑起个人移动化互联网应用。5G技术的发展可以帮助制造企业摆脱以往无线网络技术较为混乱的应用状态,这对于推动皇冠娱乐平台下载互联网的实施以及智能制造的深化转型有着积极的意义。

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    五、5G推动智能工厂生产与管理变革

    ①助推柔性制造

    5G利用其自身无可比拟的独特优势,助力柔性化生产的大规模普及。

    ②工厂维护模式升级

    5G带来的不仅是万物互联,还有信息交互,使得味蕾智能工厂的维护工作突破工厂边界。

    ③机器替代人做管理

    5G使机器人成为中基层管理人员,通过信息计算和精确判断,进行生产协调和生产决策。

    ④网络资源按需分配

    5G利用网络切片技术保证按需分配网络资源,以满足不同制造场景下对网络的要求。

    5G时代的智能工厂将大幅改善劳动条件,减少生产线人工干预,提高生产过程可控性,最重要的是借助于信息化技术打通企业的各个流程,实现从设计、生产到销售各个环节的互联互通,并在此基础上实现资源的整合优化,从而进一步提高企业的生产效率和产品质量。

    六、5G产业链布局与供应商分析

    ①基带芯片产业链

    在5G技术架构中,基带芯片是用来合成即将发射的基带信号,或对接收到的基带信号进行解码。具体地说,就是发射时,把音频信号编译成用来发射的基带码;接收时,把收到的基带码解译为音频信号。同时,也负责地址信息(手机号、网站地址)、文字信息(短讯文字、网站文字)、图片信息的编译。基带芯片是5G技术的核心支撑,实现了信号从发射编译到接收解码的全过程。

    从基带芯片出货量看,2016年高通、联发科、展讯、三星、Intel和海思位列全球手机基带芯片市场前六位,占比分别为33.7%、29.7%、23.4%、4.7%、3%和2.1%。从技术上实力分析,高通、Intel、三星和海思比较强,占据了高端市场。

    ②无线通信模组产业链

    无线通信模块是连接物联网感知层和网络层的关键环节,属于底层硬件环节,具备其不可替代性,无线模组按功能分为"通信模组"与"定位模组"。

    目前,在无线通信模组领域,国外龙头主要有Sierra、TelIT、U-blox等,无论是规模还是毛利率要远高于国内厂商。国内第一梯队公司有芯讯通、移远通信、中兴物联、广和通等,按出货量算已经可以和国外龙头相媲美。但由于国内竞争比较激烈,这些厂商的毛利率普遍低于国外。随着品牌和规模效应进一步增强,产业很可能会形成“赢者通吃”的局面,产业集中度有望进一步提升。

    ③射频芯片产业链

    就是将无线电信号通信转换成一定的无线电信号波形,并通过天线谐振发送出去的一个电子元器件。射频芯片架构包括接收通道和发射通道两大部分。

    射频前端芯片是移动智能终端产品的核心组成部分,追求低功耗、高性能、低成本是其技术升级的主要驱动力,也是芯片设计研发的主要方向。射频前端芯片与处理器芯片不同,后者依靠不断缩小制程实现技术升级,而作为模拟电路中应用于高频领域的一个重要分支,射频电路的技术升级主要依靠新设计、新工艺和新材料的结合。

    ④光模块产业链

    光模块的作用就是光电转换,发送端把电信号转换成光信号,通过光纤传送后,接收端再把光信号转换成电信号。光模块由光电子器件、功能电路和光接口等组成。

    光芯片是模块中价值量最集中的环节,在光模块中成本占比30%-50%,高端产品中占比甚至能够达到50%-70%。目前,光芯片及上游材料竞争行业壁垒较高,高端芯片主要由美国等海外厂商垄断,国外大厂占据高端光芯片90%以上市场份额,被美、日厂商垄断;国内光芯片厂商以10G及以下产品为主,核心技术能力亟待突破。目前国内具有成熟光芯片制造能力的厂商主要有光迅科技、昂纳科技、海信宽带。

    ⑤系统集成产业链

    面向应用场景的产业链环节在于系统集成与应用服务,主要包括系统集成与行业解决方案、大数据应用、物联网平台解决方案、增值业务和行业应用等部分。

    5G面向应用场景的产业链环节在于系统集成与应用服务,主要包括系统集成与行业解决方案、大数据应用、物联网平台解决方案、增值业务和行业应用等部分。各环节的主流厂商包括系统平台综合集成的华为、中兴通讯、烽火通信、新华三、星网锐捷;大数据应用的东方国信、天源迪科、拓尔思;物联网平台与解决方案的宜通世纪、高新兴、拓邦股份;增值业务服务与平台的服装管理精英网、北纬通信、拓维信息、四维图新、梦网荣信等。

    (审核编辑: 智汇张瑜)

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