智造“飞鸽传书”- 5G

文章来源于 麦肯锡北京数字化能力发展中心

在工业4.0时代的数字化升级过程中,5G被誉为通向产业互联网的高速公路。5G以高带宽、广连接、低延时等特点推动产业进行智慧变革,促进制造与物流在运营效率、服务质量、运作成本、用户体验等多个方面不断优化提升。

什么是5G?5G的主要优势和技术特点是什么?5G可以应用到制造和物流的哪些环节?本文将逐一解答这些问题,并结合工业实例,带您一同走进智能制造的“飞鸽传书”。

 什么是5G

5G是第五代移动通信技术(5th generation mobile networks或5th generation wireless systems)的简称。作为最新一代的蜂窝移动通信技术,它是4G系统的延伸,其性能目标是高数据速率、减少延迟、节省能源、降低成本、提高系统容量和大规模设备连接。

5G的主要优势

5G网络的主要优势在于数据传输速率远远高于以前的蜂窝网络,最高可达10 Gbit/s,比先前的4G LTE蜂窝网络快100倍,也比当前的有线互联网快得多。

另一个优点是较低的网络延迟(更快的响应时间),低于1毫秒,而4G为30-70毫秒。由于数据传输更快,5G网络不仅可以为手机提供服务,而且还将与有线网络供应商展开竞争,成为一般性的家庭和办公网络供应商。

在不久的将来,5G的高数据传输速率和低延迟还会有新的用途,比如实际的虚拟现实和增强现实,以及物联网中机器对机器的快速交互。

5G的主要技术特点

5G的技术特点主要包括毫米波、微基站、大规模多天线技术、波束赋行与设备到设备。

3.1毫米波(mm Wave spectrum)

电磁波频率越高,波长越短,越趋近于直线传播(绕射和穿墙能力越差),在传播介质中的衰减也越大。移动通信采用高频段后,传输距离大幅缩短,覆盖能力大幅减弱。

3.2微基站(micro base station)

基站分为微基站和宏基站。小的基站功率低,可以满足多方面的需要。如果只采用一个大基站,离得近会辐射大,离得远则没信号,很难做到两全。

3.3大规模多天线技术(Massive MIMO)

多根天线发送,多根天线接收。多天线阵列要求天线之间的距离保持在半个波长以上。如果距离近了会互相干

3.4波束赋行(Beamforming)

在基站上布设天线阵列,通过对射频信号相位的控制,相互作用后电磁波的波瓣变得狭窄,指向它所服务的手机,并跟据手机的移动转变方向。这种空间复用技术使得全向的信号覆盖变为精准指向性服务,波束之间不会互相干扰,可以提供更多的通信链路,极大地提高基站的服务容量。

3.5设备到设备(D2D)

同一基站下的两个用户如果互相进行通信,其数据将不再通过基站转发,而是直接从手机到手机,节约了大量的空中资源,也减轻了基站的压力。

智造“飞鸽传书”- 5G

5G+制造——典型应用场景描述

4.1物联网

物联网应用落地依赖于5G提供不同场景的无线连接方案:

– eMBB:支撑远程视频监控、视频会议等高带宽的应用场景;

– mMTC:满足大量低功耗嵌入式终端的数据连接与传输需求;

– URLLC:支撑工业自动化控制过程中系统和设备对数据传输的实时性。

4.2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,测量的数据会传输给控制器以设定执行器。

5G可提供极低时延长、高可靠且海量连接的网络,使得闭环控制应用通过无线网络连接成为可能。

4.3工业AR

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。

从摄像头传送数据至云端到AR显示内容的云端回传应小于20mms,除去屏幕新和云端处理的时延,则无线网络的双向传输时延需在10ms内才能满足实时性体验的需求。

4.4云化机器人

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,以降低机器人本身的硬件成本和功耗。5G切片网络能够为云化机器人应用提供端到端定制化的网络支撑。

5G 网络可以达到低至1ms的端到端通信时延,并且支持99.999%的连接可靠性,强大的网络能力能够极大满足云化机器人对时延和可靠性的挑战。

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5G+物流——典型应用场景描述

5G探索领域覆盖无人技术、设备智控、大数据等,以进一步高效利用数据以掌握物流供应链的各端运作,通过协同运作来提高物流运作效率和降低成本。

5.1物流园区

5G助力下的数字化生产包括生产感知调度、拣货地图导航、AR作业等维度:

– 通过全程视频跟踪、AR作业、远程视频运维、VR模拟培训等方式实现可视化协同;

– 助力生产感知调度、作业路径规划,如导航躲避拥堵巷道等;

– 实现动态任务调度,如在拣货、打包等环节优先分配复杂拣货任务;

– 园区生产联动,通过资源预留、收获提醒、货载匹配,最终实现数字化、智能化生产。

5.2干线运输

自动驾驶卡车已成为物流行业的刚需。自动驾驶可以提升行车安全性,提高物流运输效率,缩短运输时间,减少驾驶员与车辆的交互频次,提升驾驶舒适度。

通过收集车辆信息、车载及路侧感知设备信息、交通控制信息并对各路信息进行深度融合,实时构建包含安全行驶区域、周围障碍物信息、道路行驶条件等多维度信息的五维时空(三维空间+时间+环境)驾驶模型。

5.3末端配送

利用5G的大带宽、低时延特性,配送小车上的传感设备可以监控其实时运行状态。遇到紧急情况如交通障碍时,后台可以根据现场传输的实时画面发布人工接管指令和远程操控指令。

依靠5G及车路协同的智能化末端配送,还能有效识别红绿灯,与周围车辆、交通环境产生实时交互和互联,制定十字路口通行策略。

5G+制造——典型应用场景描述

5G探索领域覆盖无人技术、设备智控、大数据等领域,以进一步高效地利用数据去掌握物流供应链各端运作,通过协同运作来提高物流运作效率和降低成本。

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5G场景化应用范例

6.15G+制造

2019年4月,由中国移动湖北公司与中国信科集团联合打造的基于5G的工业互联网应用“5G智慧工厂”正式进入生产阶段。

改造前,该工厂项目是华中地区规模最大、自动化程度最高的无线产品制造基地,年产能逾50万件。通过引入基于5G的工业互联网的“5G无线+5G边缘计算+移动云平台”组网模式,可以实现设备点对点通信、设备数据上云、横向多工厂协同、纵向供应链互联,打造设备全生命周期在线管理、运营数据监控与决策、订单全程追溯的透明交付,使得基于5G的工业控制互操作在工厂智慧化管理中成为可能,生产效率较改造前提升30%以上。

智造“飞鸽传书”- 5G

6.25G+物流

2019年5月,京东物流与厦门公交集团、中国信科集团联合打造了全国首例城市级5G智能物流场景化应用。在5G网络环境下,厦门公交BRT车辆先将货物运送到公交枢纽站的智能配送站或者Mini配送站,再由京东物流X事业部研发的配送机器人从智能配送站取出,自动送至目的地,完成配送任务。

在场景测试中,京东智能配送机器人的整个配送过程都被设置在交通枢纽的高清视频设备进行实时监控,通过5G网络实现高精度地图导航,并将采集的高清视频实时回传到后台系统,再对视频信息进行数据分析,进而实现车辆调度等应用,实现系统管理平台的车路协同功能。

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智造“飞鸽传书”- 5G

李铁良

数字化能力发展中心总监

智能制造专家,专注于智能工厂及企业数字化转型能力建设等课题的研究

智造“飞鸽传书”- 5G

尤晨

数字化能力发展中心高级分析员

专注于工业物联网和企业数字化转型能力建设等课题的研究

 

转载自:麦肯锡北京数字化能力发展中心 

 

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