产经纵览当工业物联网遇上5G对于普通消费者来说，5G的概念可能就是更高的特性差异巨大，物联网与每个行业的结合，也都要的网速，5G大带宽带来的上网体验提升是最直观的，根据行业自身特性来调整。用手机可以实时观看清晰度更高的视频。如果把物联网在行业里的应用抽象出来，可以总而更低的时延与更高的可靠性对C端用户带来结为四个层次：数据的采集与展示、基础的数据分析的体验改善，相对来说就小很多，打开网页的时延从与管理、深度数据分析与应用、工业控制。50ms降低到10ms，消费者基本是感知不到差异的。这四个层次根据涉及业务流程的深度，由浅入深在工业领域，情况则完全不同。很多年前，工业地总结了工业物联网目前的应用和价值，越浅层次的互联网的概念就已提出，但直到移动互联网如此普及应用，涉及到的业务流程越少，通用性会比较强，应的现在，工业领域设备联网的比例还是很小，联网设用领域越广。备涉及的应用也都还很浅。主要原因在于，目前互联1.数据采集与展示网在时延和可靠性方面还达不到要求。主要是将工业设备传感器上采集到的数据信息传物联网是一个大而泛的概念，从大的应用领域来输到云平台，并用可视化的方式将数据呈现出来。说，可以分为消费级物联网和工业级物联网。现在的大部分工业设备，例如数控机床、风力发这两类对物联网性能的要求差别很大，消费级物电机、工业车辆等，自身就带有大量传感器，并提供联网比较大的场景有可穿戴设备、共享经济、智能家集中的数据接口，只有一小部分老旧设备，或者有特居等，这些场景与消费者的生活息息相关，连接上以殊的数据需求场景，需要单独加装传感器和数据采集GPRS、WiFi和蓝牙等方式为主，主要的性能要求是装置。低功耗。在数据传输方面，厂房内的设备，所处环境比较智能家居是最近快速发展的一个领域。一方面是复杂，一般会使用网线将机床设备连接到集中的数据交互领域技术进步带来语音交互体验的提升，另一方处理装置上，再通过4G或者固网连接到云平台；厂面是产业链上连接模组成本的降低，从而使得以音箱房外的设备，比如工业车辆，则通过内置4G通信模作为入口，连接并控制家庭内部大量的电器成为可行块的终端来完成数据采集和传输。的场景，并产生了像小米IoT、涂鸦、乐鑫等行业内数据采集业务的难点在于，面对大量不同种类品领先的业务或公司。牌的工业设备时，设备数据协议的适配和兼容。最后但在工业物联网领域，情况并不一样。工业各垂的数据可视化，是客户比较核心的需求，可以通过统直领域行业特性迥异，知识壁垒很高，而且工业制造一的平台监控在网设备的状态，便于及时了解设备异流程对可靠性和稳定性要求非常高，目前的运营商网常信息，提高管理人员效率。络还很难满足工业物联网对性能方面要求。因此物联2.基础的数据分析与管理网在工业领域的进展一直比较缓慢，还没有产生比较基于云平台采集到的设备数据，进行基本的数据成熟的商业模式和相对大体量的公司。分析，并产生一些SaaS应用，比如设备性能指标异常的告警、故障代码查询、故障原因的关联分析等。工业物联网的现状这一层的数据分析还偏向于通用分析工具的阶工业领域包括众多垂直行业，比较大的行业有制段，不涉及基于垂直领域深入行业知识的数据分析，造业、运输业、能源、建筑业、采掘业等，每个行业基于这些数据分析结果，也会有一些通用的设备管理19招标2019年第19期.indd 192019/5/13 17:30:28产经纵览功能，像设备的开关机、调整状态、远程锁机及解锁三是超低时延（超可靠低时延通信，uRLLC），等，这些管理应用根据具体的领域需求而不同。提供超可靠低时延的通信连接服务，要求极高的可用3.深度数据分析与应用性和可靠性、极低的时延。深度的数据分析，则涉及到具体领域的行业知识，2.工业物联网的需求需要特定领域的行业专家来实施，具体根据设备的领对于工业领域来说，高可靠低时延的通信系统可域和特性建立数据分析模型。以说是至关重要。目前比较多应用在故障预测领域，大型工业设备一直以来工业物联网的应用只能停留在表层的数的故障预测一直是难以解决的问题，比如机床、风机据采集展示和由此延伸出来的一些管理功能，很难涉等，一旦有大的故障发生，带来的影响以及随后产生及到工业系统的控制等核心领域，其中通信系统的稳的修复成本都是巨大的，实时采集数据并预测设备故定性和延时达不到要求是其中主要的制约因素。障，可以大幅度降低设备故障带来的影响。工业领域的设备投入巨大，无论是机床、生产线，在大量数据的基础上，使用机器学习，结合行业还是机械设备，生产过程中的故障导致的停工，往往专家的知识，可以产生深度的行业应用，比如改进制会影响整条生产线，甚至整个产品交付周期。造工艺，优化制造流程等，可以提高工业设备使用效率。为确保稳定性，工业领域的控制系统还是以本地4.工业控制为主，部署大量的硬件和软件系统。这一方面导致整工业物联网的目的就是能对工业过程实施精准个控制系统非常复杂，投入巨大，另一方面，也限制控制。了系统的灵活性和可扩展性。在消费者需求日新月异基于前述传感器数据的采集、展示、建模、分析、的今天，生产系统的更新跟不上消费者需求的变化，应用等过程，在云端形成决策，并转换成工业设备可也会导致错失很多新的机会。以理解的控制指令，对工业设备进行操作，实现工业当前的移动通信系统在工业物联网领域的应用涉设备资源之间的精准的信息交互和高效协作。及并不深入，虽然4G在网速上已经有很大的提升，当前大部分场景的工业控制系统还需要部署在本能满足用户随时观看视频的需求，但网络的可靠性和地，受通信技术和处理能力的限制，工业云平台涉及时延都还有很大的提升空间，并不能满足工业场景的工业控制的的深度还不够。5G技术可以满足工业系要求。统对通信能力的要求，实现工业控制的目标。4G在工业场景的应用，更多是在对实时性要求不高的场景里，作为数据上传到云端的一种方式。比5G对工业物联网可能产生的影响如工厂里的机床设备，每5—10秒钟会采集一次数据，1.5G的技术特点这些数据汇总一般会汇集到一个统一的终端，由终端5G并不是为某一个“杀手级应用”而设计的系统，通过4G发送到云平台。而是面向很多至今甚至尚未可知的应用场景。5G系统为了保证机床设备数据传输的稳定性，在工厂内的设计采用的是一种自上而下的方法，先定义未来的部，各个机床与统一终端的连接上，一般都会采用有应用场景，然后从场景里抽象出技术的需求，再根据线连接的方式。这样的连接方式还是比较重要，大量每个特定的需求，寻找解决办法，研发具体的解决方案。的线缆也会导致工厂内部结构比较复杂。移动网络系因为系统的要求十分的广泛，过去几代通信系统统的性能提升到可以替代有线电缆的时候，工厂内部的技术并不适用于5G的需求。在5G众多的预设场结构复杂度也会降低，更加便于管理。景之中，5G在技术方面的需求被ITU（国际电信联盟）工业领域对通信系统的这些需求，5G的技术标归纳为3个大的方面：准可以很好的满足，极低的时延，保证了工业领域实一是超高数据速率（增强型移动带宽，eMBB），时监测和控制的要求；高可靠的网络质量，确保了工提供极高的数据传输速率，以及极端的信号覆盖能力。业系统对稳定性的要求；大带宽则可以实现高清3D二是超大连接量（大规模机器类通信，mMTC），视频，甚至AR的传输，在远程操控领域大幅提高了提供海量设备的数据连接能力，是物联网的基础需求。操作精度。20招标2019年第19期.indd 202019/5/13 17:30:28产经纵览5G在工业物联网的应用数据反馈来实时优化加工过程，最终减少返工率。不在2018年6月上海举行的世界移动大会上，央能及时发现加工过程中产生的问题，是整个制造业都视财经的记者体验了中国移动带来的5G智慧工业应存在的现象。用场景演示：虽然叶盘加工只是一个具体的案例，但是加工过一台远在石家庄工地上的挖掘机，通过5G技术程中的震动问题，却是机床加工领域普遍存在的。未与设在现场的驾驶室相连，不仅可在恶劣环境下作业，来制造的叶盘会朝着更薄的方向发展，加工结果更容甚至可以打造无人工地。易受震动的影响。参观者可以在现场驾驶室真人驾驶，同步实时控Fraunhofer IPT对这个问题给出的解决方案分为2制位于石家庄的挖掘机，进行挖掘机前后、旋转运动部分，一是实时监测。在叶片部分贴上传感器，在轮以及大臂、小臂、挖斗配合挖掘装车等操作，操作台盘部分加入通讯模组，这样可以实时监测叶盘加工的对面的大屏幕通过现场实时高清视频同步传递真实场结果，一旦有加工缺陷产生，及时停止对有缺陷部件景及全景视频效果。的进一步加工，或者定位到缺陷就启动返工。虽然这只是一个场景演示，但它代表了5G在工二是实时控制。对加工过程建立数据模型，根据业领域潜在应用价值和未来应用的方向。目前5G的加工结果的数据，实时调整运行中的加工过程，比如商用还没有正式开始，还没有成熟的5G应用场景出改变铣刀转速等，以避免加工缺陷的产生。来，但有很多关注5G领域的研究机构，都在探索5G最终的设想是建立完全的自动化工厂，实现所有在工业领域会有哪些具体的应用场景，以及能带来什设备连接，并通过统一的系统集成并管理。么样的商业价值。但当前的通信技术还不能很好的支持这个解决方爱立信分享了2个具体的研究案例，展示了5G案，5G是这个解决方案的关键所在。这个案例中，5G技术的应用，提高了工业效率，提升了商业价值和社最大的优势是可以提供极低的时延和稳定的网络。为会价值。了达到实时控制，传感器的信息需要在1毫秒内响应爱立信和德国弗劳恩霍夫生产技术研究院和处理，5G通过提供极低时延的能力确保了实时控制（Fraunhofer IPT）共同合作研究新的方法来改进工业的实现，从而确保了可以应用在叶盘生产的过程中。控制流程，实时检测生产制造过程中的缺陷。其中有Fraunhofer也测算了引入5G改进生产技术后产一个应用领域就是叶盘的生产制造领域，叶盘是喷气生的经济价值，传统叶盘加工返工率高达25％，意式航空发动机中涡轮的重要组成部分，由轮盘和围绕味着每加工4个叶盘中就有1个需要返工。这个成本轮盘边缘的众多叶片组成，叶盘制造是金属加工典型是非常高的，降低返工率就可以产生很大的经济价值。的应用。如果通过引入5G与物联网技术实现自动化后，确保叶盘的高质量至关重要，高质量的叶盘是航返工率可以降低10％，就相当于减少了单位产品的空发动机安全性的保障。叶盘是通过铣床加工完成的，加工时间。换算成机器成本的话，单叶盘成本可以降加工过程中面临很多问题，其中最关键的一个问题是，低3600欧元，全球叶盘的产量大概一年10万片，这加工的过程很难被监控，这也是金属加工领域普遍存就意味着，通过5G技术实现实时监控，一年可以节在的问题。省3.6亿欧元的成本。这就意味着铣削加工过程全部结束之前，操作人矿业是全球经济活动的基础产业，市场规模巨大，员无法知道结果，而一个铣削加工的过程可以持续1全球前40家矿业公司年收入总和就超过了5000亿美元。天甚至达到100小时，由于加工缺陷的存在，最终加提高采矿行业的盈利能力，要求在采掘效率、运工产品的返工率却经常高达25％，拖长了整体的生输和金属提取技术方面不懈的努力，来最优化矿石的产周期。流动效率。然而，在这些方面增加的投入却面临着边加工缺陷可能有很多原因产生，但其中主要的原际效应递减的问题。自动化正在成为采矿行业新的机因是铣刀或机床自身的震动，影响了加工结果，而这会和焦点。要实现自动化的一个前提条件是，矿区内个震动则可以通过实时监控加工过程来发现，并通过要有比较完善的网络覆盖和连接能力，矿区内环境恶21招标2019年第19期.indd 212019/5/13 17:30:28产经纵览劣，部署移动通信网络是一个比较好的解决方案。站、停车区的需求，降低了矿区内繁忙运输路线的压瑞典的Boliden公司是世界顶级矿业公司之一，力。因为人员的减少，也降低了矿区内人员安全的风在全球有8个矿场，其中位于瑞典北部的Aitik矿场险，Boliden可以在保持设备量和员工数量不变的情是欧洲最大的露天矿场。Boliden和爱立信联合成立况下增加爆破工作量。经过测算，用自动化技术进行了一个研究小组，来探索5G技术如何帮助采矿行业钻孔和爆破可以为Aitik矿场每年节省250万欧元。提高效率和经济价值。而要实现完全的自动化，远程控制设备和高性能Aitik是一个快速扩张的矿场，为了获得铜矿石，通信系统是必须的。目前采矿业中使用的通信技术还必须转移大量的岩石。每年在矿场内来回运输的石头是WiFi，通过仔细优化后覆盖率和性能还可以被接的量都在增长，根据矿石所处位置，岩矿比不同，平受，但也只能处理自动化中简单、重复性的任务，比均下来每获得一吨铜矿石就要移额外移动一吨的岩如调整钻孔的形式。石。Aitik目前的年产量是3600万吨矿石，并且预计Boliden之前已经在Aitik矿场部署了WiFi通信很快会增长到4500万吨，这样需要移动的岩石的量系统来满足控制钻机的需要，虽然这样也提高了一也会相应增长。定的生产力水平，但是WiFi的性能还是有很多不足。矿场内的复杂和繁忙程度非常高，为移走岩石而毕竟WiFi并不是为户外大区域覆盖设计的，而Aitik增加巨型设备，以及保持住这些新增设备的利用率都的露天矿场正是这样的场景。WiFi连接能力有限，不是一件简单的事。也限制了新增连接其他自动化机器设备的可能。另外，矿石都是通过钻孔爆破获得，每次爆破都大到整个采矿行业，小到Boliden这家公司，会产生有毒气体，只有等这些有毒气体被驱散后，人WiFi通信系统的性能严重限制了自动化方面的进一类才能进入矿区进行挖掘作业，这些都是影响采矿效步发展，比如要实现复杂钻孔、自动驾驶矿车、自动率的因素。规划和调度系统等，必须有高性能的通信系统才能满针对这些问题，比较好的解决方案是自动化和远足这些需求。而5G正是最合适的通信系统，可以处程控制设备。理3D高清视频的传输，大幅提高远程操控的精度，自动化钻机可以按照预设的路径自主从一个钻孔从而实现远程管理高度复杂的任务。自动移动到下一个目标钻孔，并且可以自动重复任务。为实现矿区自动化的目标，Boliden的通信系统传统上需要人工在现场操作设备来移动钻机，如果某需要满足以下的需求：个任务或者移动路径并未被预先设定好，操作人员可首先，要确保实现远程监控，这就需要通信系统以借助钻机上装备的摄像头远程控制他们的移动。的大带宽和低时延能力；大多数情况下，自动化已经能完成大部分工作，其次，矿区内的系统要能适配其他的自动化和远然而少数只有人才能做出评估决策的情况下，比如对程控制设备，包括不同品牌和不同的控制系统；岩石状况的评估，还是需要人工参与远程甚至现场的另外还要实现全覆盖，能覆盖到矿场的所有角落，评估。确保所有的机器和人员能被连接和定位到；Aitik将5个传统钻机改造成了有自动化和远程最后，在矿场这种复杂多变的环境下，保证系统控制功能的钻机，为这些传统钻机安装了摄像头，升的稳定运行。级了控制系统，加装了通信模组，但由于当前的网络5G通信系统可以满足Boliden最高的需求，包括带宽只能支持中等质量视频的传输，这限制了远程控带宽、网络服务质量、时延和定位。通过引入高性能制的能力。的通信网络，矿场变得更加安全和高效。虽然有一部改造后的自动化钻机可以将年工作小时数从分应用需要传输的数据量并不大，但像远程实时操控5000小时提高到了7000小时，相当于Boliden用5机器这样的应用，只有5G通信系统才有实现的能力，台改进后的钻机完成了之前需要7台或者更多钻机才有了5G的赋能之后，采矿业会成为创新领域之一，能完成的工作量。产生出新的应用和商业模式。除此之外，自动化同样减少了对人员数量、服务（转载来源：钛媒体 作者：宋鹏飞 责编：杨金亮）22招标2019年第19期.indd 222019/5/13 17:30:28