5G通讯技术在工业物联网中的应用前景

熊桂华

摘 要：随着我国国民经济的发展和人民生活水平的提高，新时期5G通讯技术的应用和发展方面越来越受到关注。其实，消费市场的应用仅仅是5G技术用途的一角，5G技术重要价值应发挥在工业领域，即在工业物联网上的应用，工业物联网之所以推广较慢，其根本原因还是目前网络的时延和可靠性方面尚有不足。

关键词：5G通讯技术；工业物联网；数据分析

1 工业物联网的现状

工业物联网应用广泛，典型的行业有制造业、建筑业、运输业和采矿业等。一般把物联网归纳为四个层次，即数据采集与展示、基础数据分析与管理、深度数据分析与应用及工业控制。这四个层次概括了工业物联网的应用及价值。

1.1数据采集与展示

将安装在设备上的传感器采集到的数据信息传输到云平台，再计算转化为可视化信息在现实设备上呈现。

1.2基础的数据分析与管理

对采集到的数据信息进行基本的分析，并产生相应的SaaS应用，如设备性能指标、异常警情、故障代码、原因分析等。在相应数据分析的基础上，结合系统的设备管理功能，实现设备远程操控。

1.3深度数据分析与应用

结合不同行业的专业性，由专家建立数据分析模型。如设备故障诊断和预测，不断降低设备故障。甚至基于大量基础数据，结合行业专家的专业判断，使机器自我学习，产生深层智能化应用，实现提高设备作业率、优化生产流程、改进制造工艺等，。

1.4工业控制

建立在数据的采集、展示、分析、建模和专业应用的基础上，在云平台生成决策机制，最后转换成控制指令对设备进行操控，实现工业设备之间的信息交互、高效协作和有效监控。

2 5G技术的特点

5G系统的设计的一般思路，是先明确应用场景，再根据场景确定所需技术，最后根据需求和技术特性制定具体的解决方案。在5G不同的应用场景及技术层面的需求普遍归纳为三个方面：

1、超高数据速率（增强型移动带宽，eMBB）

2、超大连接量（大规模机器类通信，mMTC）

3、超低时延（超可靠低时延通信，uRLLC）

3 5G在工业物联网的应用

5G技术的出现，使工业系统对通信能力和距离的要求得以保障，改变了之前多数工业控制系统需要部署在周边的窘状，在离散制造业、数控机床、工程机械设备等领域应用较广。

案例一 5G在轮机、航空发动机叶盘制造上应用

叶盘是火电汽轮机、燃气轮机、核电机组、喷气式航空发动机中涡轮的关键部件，确保叶盘的高质量、高精度至关重要。华为与无锡透平叶片、航亚科技等叶盘制造公司建立了主要研究叶盘生产制造流程控制的合作。叶盘是通过机床加工完成的，一个铣削加工的周期可能持续一至数天，但加工过程却几乎不能被监控，这就使得工序全部完成之前没办法获悉最终结果，造成叶盘的返工率和报废率经常很高，使产品批次的生产周期大大加长。经验证，加工缺陷主因是銑刀或机床震动致使加工精度下降，因此他们采取实时监测和实时控制两个手段来解决这个问题。

（1）实时监测

在轮盘上安装通讯模组，叶片上贴上传感器，实时监测叶盘的铣削过程，一旦监测到加工偏差，立即停止加工，或视情况启动返工流程；

（2）实时控制

对加工过程进行数据建模，根据监测到的在线数据，通过实时调整铣刀转速、进刀量等参数，精确控制加工过程，大幅降低了加工缺陷产生的几率。

通过测算，采用5G改进后的加工系统，预计返工率由25-30%降至10%甚至更低，综合成本可降低20%以上，每年可节约成本上亿元。他们下一个目标是建立所有设备5G联接，通过统一系统集成管理的智能化的工厂。

案例二 5G在国内矿山的应用

华为为福建紫金矿业制定的应用5G技术提高采矿生产效率的项目中，钻孔机升级改造非常成功。矿场在采掘过程中需要爆破，工人等爆破污染消散后才能进去作业，采矿效率一直难以提高。

在实现矿区自动化的过程中，通信系统除必须满足高速率、大带宽和低延时，还需满足以下条件：

（1）适配性强，能实现不同品牌和差异的控制系统之间的自动化和远程控制；

（2）实现无线网络全覆盖，确保目标设备和人员都能连接到网络并被定位；

（3）在复杂和恶劣的环境下，能确保系统稳定运行。

华为对紫金矿业的传统钻机进行了自动化和远程控制的升级改造，为这些传统钻机植入了先进的控制系统，并加装了通信模组和摄像头。改造后钻机按系统设定的路径，钻好一个爆破孔，自主移动到下一个位置钻孔，自动完成作业任务，即使需要人工介入评估的情况，也实现了远程操控。

改造后的钻机综合作业率从原来的68.5%提高到85.6%，并且在保证安全的前提下，大幅减少了人员数量和配套设施，每年为紫金矿业节约成本数千万元。5G通信网络的应用，使矿场安全性和高效性显著改善，这将推动其他采矿企业探索更丰富的应用和模式。

虽然5G技术大规模部署和应用尚需时日，但由于其相较于传统移动互联网的显著优势，工业物联网融合5G通讯技术的发展方向已经明确，我们期待并确信前景不可限量。

结语

现阶段，5G移动通信网络技术正在不断研发，而经济的不断发展对物联网提出了更高要求。随着5G网络的实现，物联网必将以更加灵活的方式呈现在人们眼前，从而更好地为人们服务。为保障物联网更好发展，运营商需要制定更加长远的方案，解决可能出现的问题，使5G网络按照预期的速度实现，进而实现经济的快速发展。根据上述内容可以发现，物联网与5G网络结合、共同发展是必然发展趋势，能够推动经济全球化进程。

参考文献

[1] 施禹.试论5G时代物联网技术在电力系统中的应用[J].中国新通信，2018，20（16）：102.

[2] 潘锋.5G移动通信技术下的物联网时代初探[J].山东工业技术.2018（12）.