5G通訊技術(shù)在工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)中的應(yīng)用前景獲獎(jiǎng)科研報(bào)告

5G通訊技術(shù)在工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)中的應(yīng)用前景獲獎(jiǎng)科研報(bào)告摘要：隨著我國(guó)國(guó)民經(jīng)濟(jì)的發(fā)展和人民生活水平的提高，新時(shí)期5G通訊技術(shù)的應(yīng)用和發(fā)展方面越來(lái)越受到關(guān)注。其實(shí)，消費(fèi)市場(chǎng)的應(yīng)用僅僅是5G技術(shù)用途的一角，5G技術(shù)重要價(jià)值應(yīng)發(fā)揮在工業(yè)領(lǐng)域，即在工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)上的應(yīng)用，工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)之所以推廣較慢，其根本原因還是目前網(wǎng)絡(luò)的時(shí)延和可靠性方面尚有不足。

關(guān)鍵詞：5G通訊技術(shù)；工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)；數(shù)據(jù)分析

1工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)的現(xiàn)狀

工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用廣泛，典型的行業(yè)有制造業(yè)、建筑業(yè)、運(yùn)輸業(yè)和采礦業(yè)等。一般把物聯(lián)網(wǎng)歸納為四個(gè)層次，即數(shù)據(jù)采集與展示、基礎(chǔ)數(shù)據(jù)分析與管理、深度數(shù)據(jù)分析與應(yīng)用及工業(yè)控制。這四個(gè)層次概括了工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)的應(yīng)用及價(jià)值。

1.1數(shù)據(jù)采集與展示

將安裝在設(shè)備上的傳感器采集到的數(shù)據(jù)信息傳輸?shù)皆破脚_(tái)，再計(jì)算轉(zhuǎn)化為可視化信息在現(xiàn)實(shí)設(shè)備上呈現(xiàn)。

1.2基礎(chǔ)的數(shù)據(jù)分析與管理

對(duì)采集到的數(shù)據(jù)信息進(jìn)行基本的分析，并產(chǎn)生相應(yīng)的SaaS應(yīng)用，如設(shè)備性能指標(biāo)、異常警情、故障代碼、原因分析等。在相應(yīng)數(shù)據(jù)分析的基礎(chǔ)上，結(jié)合系統(tǒng)的設(shè)備管理功能，實(shí)現(xiàn)設(shè)備遠(yuǎn)程操控。

1.3深度數(shù)據(jù)分析與應(yīng)用

結(jié)合不同行業(yè)的專業(yè)性，由專家建立數(shù)據(jù)分析模型。如設(shè)備故障診斷和預(yù)測(cè)，不斷降低設(shè)備故障。甚至基于大量基礎(chǔ)數(shù)據(jù)，結(jié)合行業(yè)專家的專業(yè)判斷，使機(jī)器自我學(xué)習(xí)，產(chǎn)生深層智能化應(yīng)用，實(shí)現(xiàn)提高設(shè)備作業(yè)率、優(yōu)化生產(chǎn)流程、改進(jìn)制造工藝等，。

1.4工業(yè)控制

建立在數(shù)據(jù)的采集、展示、分析、建模和專業(yè)應(yīng)用的基礎(chǔ)上，在云平臺(tái)生成決策機(jī)制，最后轉(zhuǎn)換成控制指令對(duì)設(shè)備進(jìn)行操控，實(shí)現(xiàn)工業(yè)設(shè)備之間的信息交互、高效協(xié)作和有效監(jiān)控。

25G技術(shù)的特點(diǎn)

5G系統(tǒng)的設(shè)計(jì)的一般思路，是先明確應(yīng)用場(chǎng)景，再根據(jù)場(chǎng)景確定所需技術(shù)，最后根據(jù)需求和技術(shù)特性制定具體的解決方案。在5G不同的應(yīng)用場(chǎng)景及技術(shù)層面的需求普遍歸納為三個(gè)方面：

1、超高數(shù)據(jù)速率（增強(qiáng)型移動(dòng)帶寬，eMBB）

2、超大連接量（大規(guī)模機(jī)器類通信，mMTC）

3、超低時(shí)延（超可靠低時(shí)延通信，uRLLC）

35G在工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)的應(yīng)用

5G技術(shù)的出現(xiàn)，使工業(yè)系統(tǒng)對(duì)通信能力和距離的要求得以保障，改變了之前多數(shù)工業(yè)控制系統(tǒng)需要部署在周邊的窘狀，在離散制造業(yè)、數(shù)控機(jī)床、工程機(jī)械設(shè)備等領(lǐng)域應(yīng)用較廣。

案例一5G在輪機(jī)、航空發(fā)動(dòng)機(jī)葉盤(pán)制造上應(yīng)用

葉盤(pán)是火電汽輪機(jī)、燃?xì)廨啓C(jī)、核電機(jī)組、噴氣式航空發(fā)動(dòng)機(jī)中渦輪的關(guān)鍵部件，確保葉盤(pán)的高質(zhì)量、高精度至關(guān)重要。華為與無(wú)錫透平葉片、航亞科技等葉盤(pán)制造公司建立了主要研究葉盤(pán)生產(chǎn)制造流程控制的合作。葉盤(pán)是通過(guò)機(jī)床加工完成的，一個(gè)銑削加工的周期可能持續(xù)一至數(shù)天，但加工過(guò)程卻幾乎不能被監(jiān)控，這就使得工序全部完成之前沒(méi)辦法獲悉最終結(jié)果，造成葉盤(pán)的返工率和報(bào)廢率經(jīng)常很高，使產(chǎn)品批次的生產(chǎn)周期大大加長(zhǎng)。經(jīng)驗(yàn)證，加工缺陷主因是銑刀或機(jī)床震動(dòng)致使加工精度下降，因此他們采取實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)和實(shí)時(shí)控制兩個(gè)手段來(lái)解決這個(gè)問(wèn)題。

（1）實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)

在輪盤(pán)上安裝通訊模組，葉片上貼上傳感器，實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)葉盤(pán)的銑削過(guò)程，一旦監(jiān)測(cè)到加工偏差，立即停止加工，或視情況啟動(dòng)返工流程；

（2）實(shí)時(shí)控制

對(duì)加工過(guò)程進(jìn)行數(shù)據(jù)建模，根據(jù)監(jiān)測(cè)到的在線數(shù)據(jù)，通過(guò)實(shí)時(shí)調(diào)整銑刀轉(zhuǎn)速、進(jìn)刀量等參數(shù)，精確控制加工過(guò)程，大幅降低了加工缺陷產(chǎn)生的幾率。

通過(guò)測(cè)算，采用5G改進(jìn)后的加工系統(tǒng)，預(yù)計(jì)返工率由25-30%降至10%甚至更低，綜合成本可降低20%以上，每年可節(jié)約成本上億元。他們下一個(gè)目標(biāo)是建立所有設(shè)備5G聯(lián)接，通過(guò)統(tǒng)一系統(tǒng)集成管理的智能化的工廠。

案例二5G在國(guó)內(nèi)礦山的應(yīng)用

華為為福建紫金礦業(yè)制定的應(yīng)用5G技術(shù)提高采礦生產(chǎn)效率的項(xiàng)目中，鉆孔機(jī)升級(jí)改造非常成功。礦場(chǎng)在采掘過(guò)程中需要爆破，工人等爆破污染消散后才能進(jìn)去作業(yè)，采礦效率一直難以提高。

在實(shí)現(xiàn)礦區(qū)自動(dòng)化的過(guò)程中，通信系統(tǒng)除必須滿足高速率、大帶寬和低延時(shí)，還需滿足以下條件：

（1）適配性強(qiáng)，能實(shí)現(xiàn)不同品牌和差異的控制系統(tǒng)之間的自動(dòng)化和遠(yuǎn)程控制；

（2）實(shí)現(xiàn)無(wú)線網(wǎng)絡(luò)全覆蓋，確保目標(biāo)設(shè)備和人員都能連接到網(wǎng)絡(luò)并被定位；

（3）在復(fù)雜和惡劣的環(huán)境下，能確保系統(tǒng)穩(wěn)定運(yùn)行。

華為對(duì)紫金礦業(yè)的傳統(tǒng)鉆機(jī)進(jìn)行了自動(dòng)化和遠(yuǎn)程控制的升級(jí)改造，為這些傳統(tǒng)鉆機(jī)植入了先進(jìn)的控制系統(tǒng)，并加裝了通信模組和攝像頭。改造后鉆機(jī)按系統(tǒng)設(shè)定的路徑，鉆好一個(gè)爆破孔，自主移動(dòng)到下一個(gè)位置鉆孔，自動(dòng)完成作業(yè)任務(wù)，即使需要人工介入評(píng)估的情況，也實(shí)現(xiàn)了遠(yuǎn)程操控。

改造后的鉆機(jī)綜合作業(yè)率從原來(lái)的68.5%提高到85.6%，并且在保證安全的前提下，大幅減少了人員數(shù)量和配套設(shè)施，每年為紫金礦業(yè)節(jié)約成本數(shù)千萬(wàn)元。5G通信網(wǎng)絡(luò)的應(yīng)用，使礦場(chǎng)安全性和高效性顯著改善，這將推動(dòng)其他采礦企業(yè)探索更豐富的應(yīng)用和模式。

雖然5G技術(shù)大規(guī)模部署和應(yīng)用尚需時(shí)日，但由于其相較于傳統(tǒng)移動(dòng)互聯(lián)網(wǎng)的顯著優(yōu)勢(shì)，工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)融合5G通訊技術(shù)的發(fā)展方向已經(jīng)明確，我們期待并確信前景不可限量。

結(jié)語(yǔ)

現(xiàn)階段，5G移動(dòng)通信網(wǎng)絡(luò)技術(shù)正在不斷研發(fā)，而經(jīng)濟(jì)的不斷發(fā)展對(duì)物聯(lián)網(wǎng)提出了更高要求。隨著5G網(wǎng)絡(luò)的實(shí)現(xiàn)，物聯(lián)網(wǎng)必將以更加靈活的方式呈現(xiàn)在人們眼前，從而更好地為人