赛迪照料丨5G若何提高制造业的数字化

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  想象这样一个场景,你是一位尖端工程师,某天早上接到紧急通知,某跨国制造业企业工厂装备泛起故障,需要你的协助检测故障并举行维修。你驱车前往办公地址,途中通过所在都会部署的C-V2X车联网,行使边缘盘算等手艺优化门路,以最快速到达办公地。到达后,和各国同事最先VR集会,并通过AI实时翻译举行无障碍相同。开端领会情形后,通过8k实时高清视频,连线装备故障地址,行使热成像等手艺举行现场检测,发现某一零部件损坏,需要替换。但工厂没有该零部件库存,于是行使无人机举行远程调剂,以最快速率将部件配送至工厂。零部件到达工厂后,你在办公地通过数据可视等手艺举行现场作业指导,指导工厂维护员把你的“维修决议”传送至现场云端机械人“大脑”,连系机械人壮大的云盘算能力,通过柔性枢纽和云端大脑实现高精准操作,完成故障装备的维修。
  这一切不是臆想,而是5G时代下,行使5G大带宽、低时延高可靠、大规模毗邻的特征,实现的工业企业产物、用户、协作方等全环节的普遍互联。5G作为万物互联的助推器,将推翻现阶段的工业生产方式,从而从根本上改变我们的生活方式,引领我们走向触手可及的智能天下。
  首先,我们来看,
制造业对5G手艺有哪些需求。
  在制造业生产要素行使效率方面,中国制造业增添值率相比美国、德国等发达国家另有不小差距;在制造业劳动生产率方面,中国制造业劳动生产率仅为美国的五分之一,工业企业需通过工业网络降低成本、优化生产工艺,实现降本增效;企业在研发环节行使新的手艺,生产更智能化、多元化的产物;在售后服务环节对客户提供实时数据监测、剖析、展望性维护等,既提升平安性,也为企业缔造更多服务机遇;随着大规模定制化的模式日趋成熟,客户的个性化定制需求日益展现。
  
2035年5G对各行业支持产出
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  5G将让ICT(信息与通讯手艺)与传统行业真正实现深度融合,将网络变得加倍开放,为垂直行业应用创新提供综合能力。
  一方面,传统行业未来软件化、智能化将是大势所趋。另一方面,传统行业具备场景决议能力和完善的知识价值系统,5G将促进ICT手艺与其需求深度匹配。据统计,预计在2035年,5G对各个行业的支持产出中,制造业领域的支持产出遥遥领先,跨越3000亿元。
  
5G+制造业行业应用
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  5G三大应用场景三角关系图
  5G典型的工业应用场景包罗低时延高可靠(uRLLC)、大带宽(eMBB)、大规模毗邻(mMTC)。在超低时延与可靠性方面,5G无线手艺可实现1ms的时延以及跨越99.999%的可靠性;在大带宽方面,5G将支持下行速率达20Gb/s和上行速率达10Gb/s;在大规模毗邻方面,5G能知足每平方公里100万台装备的毗邻量。
  下面我们来看 5G在工业制造方面的主要应用场景。
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  5G三大应用场景主要应用领域
  
首先是5G在航空航天领域的应用。
  大飞机被称为“工业皇冠”,大飞机制造环节所需零部件跨越450万个。中国在大飞机制造、研发设计等环节整体的工艺手艺水平,以及大飞机制造下游治理模式相对滞后。在飞机制造环节,由于现场总线延迟性等问题,尚未到达精益化、全流程智能化。
  未来使用5G手艺之后,飞机制造商可以依托5G高速率、低时延、大毗邻的网络支持能力,连系私有云盘算能力,毗邻设计、生产、服务、销售各个环节,使大飞机生产制造加倍定制化、智能化、效率化,降低飞机制造中的错误率,提升装配效率。
  5G手艺在详细生产环节的使用如下图所示:
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  融合了5G的大飞机制造,将具备全机协同设计优化;柔性、可追溯的制造流程;以及更便捷的维修与物流服务。5G也从生产方式、治理效率、质量控制等多方面提升飞机制造业智能制造水平。
 
 其次是5G与无人机的协同使用。
  在4G网络下,无人机的使用存在空中信号杂乱,基站下行滋扰较大,低空笼罩率低,对时延不敏感等问题,在一定水平上会影响识别无人机空中终端,从而影响无人机管控。
  5G依附大宽带提供了更大的用户下行容量,5G的大规模多天线 ,新频谱等,能增强有用信号,削减无人机低空飞行频道的滋扰,提升无人机在空中的移动性和笼罩。同时,网络切片每个虚拟网络之间是逻辑自力的特征,使得一张5G网络上能同时承载无人机差别应用,为无人机提供网络整体解决方案。
  
5G+ 无人机整体解决方案
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  5G手艺在无人机上的详细应用方式如下:
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  无人机行业快速生长,无人机与5G通讯手艺的紧密连系,将形成网联无人机,带给业界10倍以上的商业机遇。5G以全新的网络架构,提供10Gbps以上的带宽、超低时延、大规模毗邻等特征,将赋予无人机实时高清视频传输、远程实时控制等重要能力。
  第三,是5G与云端机械人的连系应用。
  传统机械人的工作范围和内容较为牢固,无法知足现实多变工艺场景下的柔性生产需求。同时,操作精密度较高的工作需要大量数据和快速响应做支持,传统内陆机械人不能互联分享数据和整合信息,自主判断能力受局限。
  云端机械人可以借助5G大带宽、低时延等特征,上传分享所有机械人数据,连系机械视觉、听觉等手艺,形成云端控制“大脑”,从而能够凭据差别制造场景需求举行自主判断和执行。同时,云端信息的共享减低对内陆机械人盘算能力的要求,也削减机械人的开发成本和硬件能耗。
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  5G+云端机械人整体解决方案
  详细实施办法如下,在园区安防方面,行使5G网络的大带宽特征,连系AR等手艺,搭载高清摄像头,实现全景巡逻,同时举行快速的职员识别及周边环境剖析,协作工作职员举行远程指挥并实时开展行动。
  在工业协作方面,行使5G网络的大带宽、低时延搭建云端大脑。通过柔性枢纽和云端大脑实现高精准操作,举行天真抓取和移动。同时,基于海量数据和多动视觉传感等,连系壮大的云盘算能力,实现自动化决议。
  在智能服务方面,行使5G网络的大带宽特征,连系人工智能和自然交互手艺。构建云端数据库,并举行自动人脸识别,解决个性化问题。同时,依据云端数据共享,可快速同步其他机械人服务能力。
  总之,5G云端机械人可以突破数据孤岛约束,通过云端大脑处置庞大数据,并实时同步优化关联机械人,使机械人融会贯通;柔性、精准操作,为制造和服务提供保障;监控、质量治理和远程运维也为机械人产业带来无限可能。
  在5G嵌入以上三个传统应用场景之外,5G在AR/VR中(增强现实与虚拟现实)也可以实现壮大应用。
  在5G之前,AR/VR要害在于视觉沉醉度,其中多交焦面显示手艺在4K显示所需的带宽到达25Gbps以上,全息编码图像大体量的全息盘算,要求盘算时间小于3ms,因此4G网络的网络能力难以知足AR/VR更高水平的视觉沉醉。
  在5G以后,AR/VR营业对5G的大带宽特征高度契合,可通过5G,将云盘算等手艺引入到AR/VR中,借助5G高速稳固的网络,将AR/VR所需的盘算及处置能力至于云端,可有用削减终端成本,且维持通讯中实时、高清等优越的用户体验。
  详细在工业领域中,工厂生产、销售、售后维护等各环节都最先联网,行使5G网络与企业ERP物联网系统对接,围绕工业场景需求,构建一样平常巡检、操作现场指引、远程专家等营业。
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  5G+AR/VR工业远程协助网络架构
  总之,5G商用以来,5G+VR/AR的应用场景也越来越多样化。随着算力的提升,5G+VR/AR将为移动终端的边缘盘算能力带来显著提升,而VR/AR产业的快速生长,将连系5G带来的优势,形成成熟的规模经济。
  随着中国5G手艺的不停提高,5G在制造业各个领域的需求量不停上升。 5G已有手艺在以上领域已有一定成熟度,下图为前述应用场景的5G手艺成熟度。
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  中国工业网络应用场景气泡图
  现在中国5G在制造业中多应用于大飞机制造、无人机、云端机械人、AR/VR、钢铁制造中。航空航天领域由于具有较高手艺含量和较高附加值,其资源投入高、信息麋集度高、动员能力较强,和5G的连系在市场需求量及应用成熟度均排在行业首位。云端机械人行业,随着人工智能、云盘算等手艺与机械人的不停融合,5G的应用成熟度仅次于航空航天。未来随着企业智能化水平的提高、生产装备信息化率和联网率的提升,5G在钢铁制造、船舶制造领域的应用也会逐步打开。
 
 5G在制造领域面临的挑战
  1、创新应用能力建设不足
  现在中国企业创新应用积极性很强,企业也在向云上平台建设转型。同时,国家政策的鼎力扶持和推动,也给了业界很大信心。但5G的生长在创新应用能力建设方面依然面临许多挑战。
  一是系统治理庞大性增添问题。5G与工业的融合,使得企业现实生产历程与种种营业治理系统网络协同之后,系统整体加倍庞大化,对其举行治理将更难题。
  二是企业增量存量调整问题。现在中国许多企业尚处于由工业2.0向工业3.0过渡阶段,生产装备及产线许多还没有完成数字化革新,在行使5G革新工业网络之前需要完成装备和生产线的升级,这就导致了再投入成本问题,既对5G的投资未能与优化存量资产连系起来,短期内看不到增值增效,这一定水平上阻碍了企业的5G+工业互联网创新生长。
  三是专网的不确定性问题。5G进入垂直行业市场,理论上专网优于公网,但专网未来在面临公共平安、应急指挥、铁路或地铁信号调剂等对于平安性要求极高的行业能否完全胜任照样未知数。此外,专网装备供应商曾示意未来若想真正生长5G专网,需要从系统、架构、平台、终端、应用等方面举行全方位革新,现在行业还没有找到新的5G应用构架。
  2、5G复合型高端人才缺口大
  制造业正面临产业升级和转型,5G可以加速机械制造行业的智能化水平,通过其低时延、高可靠的特征将促进无人机 、自动驾驶 、智能生产等领域的生长应用,而这些领域需要大量的系统计划、应用开发和服务人才。
  2018年5G领域人才需求相较2017年增添约58%,而2019年5G领域人才需求较2018年约增进50%,在制造业领域,由于该领域既需要懂5G的人才,又需要懂工业的人才,增添了人才需求难度,亟需一批复合型人才应对5G在工业领域多端点、多场景的应用需求。
  3、工业领域基础设施数字化革新亟需增强
  5G与工业的融合应用首先受工业场景基础设施的数字化水平制约。现在中国80%左右的企业仍然处在数字化转型的探索阶段,50%左右的企业在数字化转型的历程当中面临着信息化基础设施不足的问题。现在工业企业在生产装备数字化率、要害工序数控化率均不到50%,而工业企业智能制造停当率不足10%,这其中绝大多数为规模以上企业,天下装备数字化率和联网率依旧有待提高。5G想在工业领域落地生长,亟需推进工业企业生产装备数字化革新。
  4、产业生长驱动力不足
  工业领域B端行业用户在工业5G网络运行维护主体还不清晰、运营商在制造业领域的收费模式及盈利模式尚需探讨等情形下,部门企业不愿为5G举行新的投入,导致商业闭环案例较少。在工业企业方面,亟需各产业链环节龙头企业开展新的商业模式探索,在运营商方面,运营商需要思索5G带来的服务提升和商业模式创新。
 
 建议
  1、增强企业数字化转型意识
  只有提升企业数字化水平,才气更好地实现5G与工业的融合应用。数字化转型不是简朴的机械换人,而是要形成工厂内生产要素的周全协同,买通企业内部的全数据链。当企业通过生产装备数字化革新,并应用CAD、MES系统完成了从业态、架构、治理到企业文化等一系列数字化转型后,便将会以高效、迅速的速率与5G低时延高可靠、大规模链接等数字化特征融合,实现创新生长。在这其中,首先要提高企业全体职员的认知,特别是中高级治理职员认知。进一步以数据为资产,以手艺为手段,构建能够支持营业连续创新的手艺平台系统。
  2、企业与运营商配合探讨新商业模式
  在新商业模式方面,从2G、3G到4G,运营商重点关注2C模式,然则到了5G时代,重头戏应该放在2B模式上,特别是在制造业领域的2B商业模式上,通过在工厂内部署5G网络,实现装备无线数据通讯和大规模数据传输的新一代工厂生产模式。一方面,通讯厂商面向制造业生长需求,积极探索5G应用场景,开展制造业重点行业企业试点树模,构建可推广的融合应用推进机制,并在此基础上探讨关于差别场景、差别服务种别的计费方式。另一方面,在工业制造领域重点研究5G+TSN(时间敏感网络)的连系应用,使5G网络与TSN互通,知足部门工业装备生产历程中需到达微秒级精准同步的需求,有助于5G的潜力扩展到更广漠的领域,更好地知足工业领域的OT和IT需求。
  3、培育一批“既懂5G又懂工业”的解决方案供应商
  一方面,着重培育一批“既懂5G又懂工业”的解决方案供应商,搭建电信运营商与制造企业之间的桥梁,切实为企业提供解决方案,辅助企业解决转型升级中遇到的问题。另一方面,推动5G数据平台和智能制造同步生长,构建基础共性、行业通用、企业专用的智能制造APP,如把5G数据平台和智能制造APP集成,以解决智能制造中某些痛点问题,从而形成解决方案,测试乐成后把该类解决方案向全行业推广,动员5G的推广应用。
  4、完善行业尺度建设与产业政策指导
  在行业尺度建设方面,一是围绕5G在制造业领域的应用场景,加速尺度系统的构建与尺度的出台;二是针对制造业系统,确立研发、产物、服务等全方位的检测认证评估系统。在产业政策指导方面,一是选取网络基础与智能制造生长基础较好的都会作为试点,出台5G与制造业融合生长指导意见或行动方案,更有针对性地指导当地5G与制造业的生长;二是组建5G与制造业生长基金,形成政府支持、行业主导、市场运作的基金系统,营造制造业创新投资环境,提升智能制造生长水平。

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