5G环境下的工业互联网应用探讨

2019-02-13徐健

数字通信世界 2019年3期

徐健

（中国交通建设股份有限公司，北京 100088）

第四次工业革命诞生了工业互联网，将互联网技术与工业生产相结合，实现了工业架构的创新，使工业制造迈向智能化和网络化。5G移动通信系统的覆盖广、延时低、功耗小等多种优点促进了互联网的发展，对工业互联网的影响深远。在应用该技术的过程中，需要从不同角度出发，采取有效的方法来完善相应的工业技术体系，调整工业互联网组织结构，实现信息多层面控制的效果，使工业生产技术结构清晰，有效提升工业互联网的使用效率。

1 工业互联网的定义及内涵

工业互联网又被称为工业物联网或者IIOT，简单地理解为工业与新一代通信技术的结合产物，是现代化工业朝着智能化发展的基础，一些专家学者认为，工业互联网的覆盖联接范围比工业物联网更加广泛。工业物联网的重心联接物，而工业互联网还会联接其他相关要素，在有的国家和地区将两者统称为“工联网”。工业互联网将工业的全系统、全产业链和全价值链联系在仪器，为工业智能化奠定了基础，深度地将新一代信息技术融入到工业生产制造当中，从而形成一种全新模式的新型工业，互联网是生产者和消费者之间的载体，将虚拟经济过渡到实体经济。工业互联网是机器、人、物料、信息系统之间连接的基础性网络，全面感知工业生产数据，并实现动态传输和实时分析，优化制造资源配置，对企业制定科学的决策和生产智能化控制起到了积极的推动作用，已经成为企业在激烈的竞争市场上立足的关键，使我国工业面向全球化发展，朝着国际化的制造大国努力。

2 工业互联网的发展对5G技术的需求

5G技术除了连接着人与人之，还是物与物、人与物之间的联系，根据工业互联网的发展趋势来看，5G系统需要满足以下几种技术要求：一是传输速率需要提高10至100倍，用户体验速率达到0.1～1Gb/s，用户峰值速率达到10Gb/s。二是延时降低5～10倍，达到毫秒量级。三是设备连接密度要求提高10～100倍，达到每平方千米600万个。四是流量密度要求提高100～1000倍，达到每平方千米20Tb/s。五是为了提高用户体验，移动性要求超过每小时500km。

3 工业互联网在5G环境下的应用情况分析

3.1 工业智能传感器

工业互联网通过射频识别、传感器等对工业生产的全生命周期实现不同维度的信息监控和收集，包含人员、流程、设备、原料、生产环境等多种数据信息，在这个过程中成千上万各传感器和执行器，功能型号随生产场景的不同而存在一定的差异，它们之间的联系需要依靠5G技术的支持。传感器由转换元件、敏感元件和转换电路组成，分为内部和外部两种传感器类型，相当于人体的器官。一台工业智能化机器人身上综合应用了触觉、视觉、力觉、超声波、听觉等多种传感器，以便对生产过程中的参数实现全方位的监视及控制，从而确保生产出高质量的工业产品。当生产制造环节对环境敏感程度要去较高时，传感器收集信息后需要进行极低延时的信息传递，信息快速到达执行器件进行高精度的生产制造，这个过程5G技术能够很好地实现低延时、高可靠的需求，有效提高网络可靠性，为安全高效的生产提供保障。

3.2 云AR/VR与5G相结合

工厂智能化生产通过AR/VR大大提升生产效率并减少安全隐患，例如：在进行工业装配、工业维护的智能化制造时，进行虚拟装配培训，通过VR技术实现图纸向VR工厂的转化。这个过程要去辅助AR设施具有极强的灵活性，使维护工作更加高效，仅要求AR设备具有显示和连接的功能，借助无线网络将AR设备与云端联系，在云端实现设备信息的处理过程，有效减小硬件成本的投入。经过计算，无线网络双向传输的延时只有控制在10ms之内，才可以有较好的实时体验效果，LTE网络无法达到这种延时要求，将5G与VR/AR相结合能够拓展交互性，满足相关要求，这种结合方式具有较强的通用型，被广泛地应用在各个领域。

3.3 云端机器人

5G环境下的机器人是纯粹的执行器，智能处理功能都集中在云端，通过5G网络使机器人共享云端处理指令。阿尔法狗这一级别的需要176 个GPU和1202个CPU才能实现相应的处理能力，在每个机器人上都装入这些是不切实际的，而5G技术将这种复杂的处理转移到云端，将机器人获取的信息发送至云端，然后将云端处理结果反馈到机器人本体，有效控制新增硬件的成本并提高处理效率。为了整个处理过程高质、高效地完成，对网络的要求较为严格，首先要求网络传送时间和远端处理时间相加在100ms以内，其次，为了实现3D视觉，机器人需要安装两个以上的高清摄像头，5G网络的带宽应不低于10Gb/s。