5G时代下的智能工厂将是什么样?.docx
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1、智能制造对5G网络有哪些需求?1、智能制造为什么需要无线通信显而易见,智能制造过程中云平台和工厂生产设施的实时通信、以及海量传感器和人工智能平台的信息交互,和人机界面的高效交互,对通信网络有多样化的需求以及极为苛刻的性能要求,并且需要引入高可靠的无线通信技术。高可靠无线通信技术在工厂的应用来看,一方面,生产制造设备无线化使得工厂模块化生产和柔性制造成为可能。另一方面,因为无线网络可以使工厂和生产线的建设、改造施工更加便捷,并且通过无线化可减少大量的维护工作降低成本。2、无线通信网络在智能制造应用面临哪些挑战在智能制造自动化控制系统中,低时延的应用尤为广泛,比如对环境敏感高精度的生产制造环节、化
2、学危险品生产环节等。智能制造闭环控制系统中传感器(如压力、温度等)获取到的信息需要通过极低时延的网络进行传递,最终数据需要传递到系统的执行器件(如:机械臂、电子阀门、加热器等)完成高精度生产作业的控制,并且在整个过程需要网络极高可靠性,来确保生产过程的安全高效。此外,工厂中自动化控制系统和传感系统的工作范围可以是或者几百平方公里到几万平方公里,甚至可能是分布式部署。根据生产场景的不同,制造工厂的生产区域内可能有数以万计传感器和执行器,需要通信网络的海量连接能力作为支撑。5G网络具备的能力华为在北京怀柔率先完成了由IMT-2020(5G)推进组组织的中国5G技术研发试验无线技术第二阶段测试。在C
3、-Band的测试环节中,利用200MHZ带宽,通过5G新空口及大规模多入多出等技术进行测试,小区峰值超过20Gbps,空口时延在0.5InS以内,单小区大于1000万连接。和传统的移动通信技术相比,5G将进一步提升用户体验:在容量方面,5G通信技术将比4G实现单位面积移动数据流量增长1000倍;在传输速率方面,单用户典型数据速率提升10到lOO倍,峰值传输速率可达IOGbPS(相当于4G网络速率的100倍);端到端时延缩短5倍;在可接入性方面:可联网设备的数量增加10到100倍;在可靠性和能耗方面:每比特能源消耗应降至千分之一,低功率电池续航时间增加10倍。5G典型制造业应用场景1、5G使能工
4、业AR应用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移到云端,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设备将通过网络实时获取必要的信息(例如,生产环境数据、生产设备数据、以及故障处理指
5、导信息)。在这种场景下AR眼镜的显示内容必须与AR设备中摄像头的运动同步,以避免视觉范围失步现象。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显示内容的云端回传需要小于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IOms内才能满足实时性体验的需求。而该时延要求,1.TE网络无法满足。2、5G使能工厂无线自动化控制在自动化控制中,倒立摆是典型的应用。倒立摆原理用于机器人各种姿态控制、航空飞船对接控制等姿态控制等工业应用。华为X1.abs通过倒立摆验证5G对极低试验自动控制的价值,研究表明,当倒立摆运行在4G模式下
6、时,4G的过高时延,使得倒立摆的控制指令不能得到快速执行,倒立摆起摆到稳态的时间过长,达到13.2秒。当运行在5G模式下时,5G的Ims超低时延,使倒立摆的控制指令快速执行,起摆到稳态只用4秒。通过对比,可以看到5G低时延网络在自动控制的巨大价值,网络端到端时延从4G的50ms减低至5G的1ms。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,所以系统通信的时延需要达到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
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