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制鞋业未来:5G与智能工厂
 

鞋业工厂裁切智能化视频



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。


1、移动通信技术的发展


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?#26234;?#22495;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,?#28909;?#30701;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?#20013;?#22411;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?#20572;?#29702;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将对智能工业、无人驾驶汽车、VR以及物联网等领域产生重要推动作用。


2、解读5G技术



① 5G定义的三大场景

2016年,华为主?#39057;腜olarCode方案被国?#39280;?#32447;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URLLC。


5G定义的三大场景


② 5G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,?#28909;?#26102;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?#36710;?#23481;量扩展、业务监测或优化结果等方面的需求。自愈?#29616;?#31995;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。


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?#31185;?#26041;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?#27169;?#20063;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?#33258;?#25104;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?#33041;?#38271;,这会影响用户的体验与感受。这就需要对网络进行?#33041;歟?#35753;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?#26377;?#30340;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?#37327;?#36817;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?#31561;?#29366;况得以缓解,缩短响应时间,提高响应速度。


3、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?#20132;?#19968;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?#20992;?#24320;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5G NSA的商用部署。而韩国KT在2018年2月的平昌冬奥会上展示28GHz?#27169;?#22522;于非3GPP标准的5G系?#36710;?#24212;用,随后也将转向3GPP的5G NR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?#23601;?#25104;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?#25163;?#22312;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?#34892;?#31561;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NTT DoCoMo、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?#27573;?#25193;大至日本全国,而总投资额或达5万亿日元之多。


4、欧盟

作为?#20998;?#22320;区规模较大的区域性经济合作的国?#39318;?#32455;,欧盟也不会?#24066;?#33258;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?#20204;?#30830;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?#21496;?#21327;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?#34987;?#30340;成员国代表同意到2025年将在?#20998;?#21508;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?#23548;?#34892;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?#23478;?#32463;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?#26223;?#36816;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?#27573;?#30340;准商用服务。


4、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?#20013;?#27714;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。面对复杂的工业互联需求,5G技术需要适应不同的工业场景,能满足物联网的绝大部分连?#26377;?#27714;。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.工业自动化控制

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?#22330;?#22312;该系?#36710;?#25511;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?#26377;?#35201;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?#21830;?#20379;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?#32439;?/span>

在目前已成规模的机器对机器市场中,其应用将包括人?#22791;?#36394;和在途高价商品等。但(较)高连接成本限制了该市场?#33041;?#38271;。预计5G将在深度覆?#24688;?#20302;功耗和低成本(规模经济)以及作为3GPP标?#25216;?#26415;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?#33041;?#36884;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?#24688;?#28145;覆?#24688;?#20302;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.工业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?#39057;?#20113;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?#34987;?#21462;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?#33041;?#21160;同步,以避免视觉?#27573;?#22833;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?#33041;?#31471;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?#36710;?#26426;器人相比,云化机器人需要通过网络连接到云端的控制?#34892;模?#22522;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。





5、5G推动智能工厂生产与管理变革






6、5G产业链布局与供应商分析













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