5G與工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)

5G與工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)

C目錄ONTENTS1全球工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)現(xiàn)狀25G與工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)的結(jié)合3總結(jié)和展望全球工業(yè)發(fā)展處在工業(yè)3.0-工業(yè)4.0變革期19世紀(jì)20世紀(jì)初20世紀(jì)70年代現(xiàn)在工業(yè)4.0---制造業(yè)的未來(lái)機(jī)械自動(dòng)化自動(dòng)化數(shù)字化第四次工業(yè)革命第三次工業(yè)革命第一次工業(yè)革命智能化第二次工業(yè)革命ERPMESSCADA/HMIPLCsIT系統(tǒng)OT系統(tǒng)蒸汽時(shí)代電氣時(shí)代價(jià)值鏈端到端設(shè)計(jì)工程業(yè)務(wù)功能信息通信集成資產(chǎn)產(chǎn)品現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備控制設(shè)備站工作中心企業(yè)互聯(lián)世界樣機(jī)產(chǎn)品通過(guò)價(jià)值鏈和價(jià)值網(wǎng)絡(luò)實(shí)現(xiàn)企業(yè)間的橫向集成端到端的設(shè)計(jì)工程數(shù)字化集成企業(yè)內(nèi)部網(wǎng)絡(luò)縱向集成使得設(shè)計(jì)和生產(chǎn)過(guò)程更急扁平化全球視角：兩極多元發(fā)展格局工業(yè)4.0工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)優(yōu)勢(shì)：硬件技術(shù)，制造強(qiáng)國(guó)、自動(dòng)化、工業(yè)軟件戰(zhàn)略：關(guān)注生產(chǎn)過(guò)程的智能化和虛擬化，打造智能工廠Platform4.0工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)IIC聯(lián)盟成立：2013年，德國(guó)政府提出工業(yè)4.0概念，旨在通過(guò)將信息通信技術(shù)和物理系統(tǒng)結(jié)合，提升制造業(yè)的智能化水平，推進(jìn)制造企業(yè)的智能化轉(zhuǎn)型優(yōu)勢(shì)：信息技術(shù)、軟件、互聯(lián)網(wǎng)戰(zhàn)略：注重設(shè)備互聯(lián)和數(shù)據(jù)分析，關(guān)注點(diǎn)偏重大數(shù)據(jù)和云計(jì)算成立：美國(guó)通用電氣、IBM、AT&T和思科等公司聯(lián)合發(fā)起工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)聯(lián)盟，希望用互聯(lián)網(wǎng)激活傳統(tǒng)工業(yè)，保持制造業(yè)的長(zhǎng)期競(jìng)爭(zhēng)力。特征：強(qiáng)調(diào)“硬”實(shí)力特征：強(qiáng)調(diào)“軟”實(shí)力2015.5，中國(guó)國(guó)務(wù)院印發(fā)《中國(guó)制造2025》，部署全面推進(jìn)實(shí)施制造強(qiáng)國(guó)戰(zhàn)略，確定智能制造為未來(lái)制造業(yè)發(fā)展的重點(diǎn)方向2015.7，國(guó)務(wù)院發(fā)布“關(guān)于積極推進(jìn)“互聯(lián)網(wǎng)+”行動(dòng)的指導(dǎo)意見(jiàn)”2016.5，國(guó)務(wù)院印發(fā)《關(guān)于深化制造業(yè)與互聯(lián)網(wǎng)融合發(fā)展的指導(dǎo)意見(jiàn)》，明確指出，制造業(yè)是實(shí)施互聯(lián)網(wǎng)+行動(dòng)的主戰(zhàn)場(chǎng)工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)作為新一代信息技術(shù)與制造業(yè)深度融合產(chǎn)物，日益成為新工業(yè)革命的關(guān)鍵支撐和基石。工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)已經(jīng)不再是現(xiàn)有意義上的“互聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)”或“互聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用系統(tǒng)”，而是工業(yè)控制系統(tǒng)與企業(yè)管理和決策系統(tǒng)融合的現(xiàn)代工業(yè)系統(tǒng)。制造業(yè)是我們的優(yōu)勢(shì)產(chǎn)業(yè)。要實(shí)施“中國(guó)制造2025”，堅(jiān)持創(chuàng)新驅(qū)動(dòng)、智能轉(zhuǎn)型、強(qiáng)化基礎(chǔ)、綠色發(fā)展，加快從制造大國(guó)轉(zhuǎn)向制造強(qiáng)國(guó)十二屆全國(guó)人大三次會(huì)議政府工作報(bào)告中國(guó)工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)發(fā)展2020低時(shí)延、高可靠、廣覆蓋網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)設(shè)施初步標(biāo)識(shí)解析體系各有側(cè)重的平臺(tái)體系初步安全保障體系覆蓋全行業(yè)的網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)設(shè)施3-5家國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)的工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)平臺(tái)較為完備和可靠的安全保障體系新模式、新業(yè)態(tài)大規(guī)模推廣國(guó)際領(lǐng)先的工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)設(shè)施和平臺(tái)安全保障能力全面提升形成國(guó)際領(lǐng)先的產(chǎn)業(yè)體系20252035國(guó)務(wù)院規(guī)劃路標(biāo)《關(guān)于深化“互聯(lián)網(wǎng)+先進(jìn)制造業(yè)”發(fā)展工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)的指導(dǎo)意見(jiàn)》三大功能體系安全網(wǎng)絡(luò)平臺(tái)加快5G、軟件定義網(wǎng)絡(luò)等新技術(shù)在工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)中的應(yīng)用和研究離散制造業(yè)（飛機(jī)、船舶、汽車(chē)制造）中國(guó)將成為亞太地區(qū)數(shù)字化轉(zhuǎn)型支出最大的市場(chǎng)流程制造業(yè)（化工、煉油、水泥等）2019年數(shù)字化轉(zhuǎn)型投資：839億美元2019年數(shù)字化轉(zhuǎn)型投資：468億美元數(shù)字化轉(zhuǎn)型支出：553億美元數(shù)字化轉(zhuǎn)型支出：306億美元IT網(wǎng)絡(luò)（企業(yè)信息網(wǎng)絡(luò)）

公有網(wǎng)絡(luò)網(wǎng)關(guān)OT網(wǎng)絡(luò)（工業(yè)控制網(wǎng)絡(luò)）控制器（如PLC）傳感器伺服器監(jiān)控設(shè)備MESERPSCM等其他IT網(wǎng)絡(luò)難以延伸到生產(chǎn)系統(tǒng)大量生產(chǎn)數(shù)據(jù)消失在OT網(wǎng)絡(luò)企業(yè)外部企業(yè)內(nèi)部封閉性IT網(wǎng)絡(luò)（企業(yè)信息網(wǎng)絡(luò)）

公有網(wǎng)絡(luò)網(wǎng)關(guān)OT網(wǎng)絡(luò)（工業(yè)控制網(wǎng)絡(luò)）工業(yè)企業(yè)外部工業(yè)企業(yè)內(nèi)部工業(yè)以太網(wǎng)現(xiàn)場(chǎng)總線主流協(xié)議10+種西門(mén)子、GE、ABB、施耐德等復(fù)雜性有限性有線連接NBIOT工業(yè)無(wú)線WIFI2/3/4G5G？時(shí)間80年代90年代2000-

20102010-

20202020之后第一代移動(dòng)通信技術(shù)第二代移動(dòng)通信技術(shù)第三代移動(dòng)通信技術(shù)第四代移動(dòng)通信技術(shù)第五代移動(dòng)通信技術(shù)實(shí)現(xiàn)多媒體應(yīng)用語(yǔ)音通信應(yīng)用新增短信通信應(yīng)用移動(dòng)通信技術(shù)的顛覆以移動(dòng)互聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用為主網(wǎng)絡(luò)傳輸速率及安全性的不斷提升高低1G2G3G4G發(fā)展階段eMBB彩鈴/音樂(lè)

圖片/彩信 視頻人與人、人與物、物與物全互聯(lián)，實(shí)現(xiàn)全連接，形成龐大的數(shù)據(jù)網(wǎng)絡(luò)效應(yīng)網(wǎng)絡(luò)性能和信息技術(shù)的革命性升384Kbps21Mbps1Gbps20Gbps模擬(1G)5G2GmMTC3G4GuRLLC移動(dòng)通信10年一代變革，5G時(shí)代已經(jīng)到來(lái)(eMBB)(mMTC)(URLLC)5G已明確將工業(yè)控制作為重要場(chǎng)景更靈活的部署方式更全面的覆蓋范圍ERPMESPLCs過(guò)程控制云平臺(tái)設(shè)備級(jí)工廠級(jí)車(chē)間級(jí)無(wú)線控制移動(dòng)設(shè)備操作控制移動(dòng)機(jī)器人協(xié)作人機(jī)協(xié)作模式識(shí)別控制最優(yōu)操作路徑控制缺陷圖片對(duì)比云端感知視覺(jué)識(shí)別增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)柔性重構(gòu)預(yù)測(cè)維護(hù)島式產(chǎn)線靈活組配視頻操作指導(dǎo)AGV自主移動(dòng)/RFID生產(chǎn)調(diào)度算法對(duì)象/模式識(shí)別云端經(jīng)驗(yàn)知識(shí)庫(kù)現(xiàn)場(chǎng)維護(hù)指導(dǎo)大量新增傳感器故障模型大數(shù)據(jù)分析優(yōu)化APS機(jī)器人生產(chǎn)設(shè)備運(yùn)輸設(shè)備倉(cāng)儲(chǔ)設(shè)備檢測(cè)設(shè)備能源測(cè)設(shè)備質(zhì)量控制物流控制分布式I/O中控中心SCADA/HMI 掃掃描槍移動(dòng)終端更高效更安全更可靠更靈活

5G將拉通從工廠級(jí)到設(shè)備級(jí)的無(wú)線連接類(lèi)別應(yīng)用案例連接數(shù)數(shù)據(jù)量時(shí)延總體網(wǎng)絡(luò)速率服務(wù)范圍抖動(dòng)可靠性

運(yùn)動(dòng)控制

大型打印機(jī)>10020byte<2ms>8Mbit/s100*100*30m1μs6個(gè)9

數(shù)控車(chē)床2050byte<0.5ms>16Mbit/s15*15*3m1μs6個(gè)9

包裝設(shè)備5040byte<1ms>16Mbit/s10*5*3m1μs6個(gè)95G能滿足部分運(yùn)動(dòng)控制場(chǎng)景，對(duì)于時(shí)延要求<1ms的場(chǎng)景5G比較困難

機(jī)器間控制

（C2C）

多臺(tái)獨(dú)立機(jī)器間協(xié)作5-10(未來(lái)100)>1KB4-10ms//1μs6個(gè)9

移動(dòng)面板

帶安全控制

裝配機(jī)器人

（或機(jī)床）440-250bytes4-8ms/10*10m50%*CT6個(gè)9/<30ms>5MB/s

移動(dòng)式起重機(jī)240-250bytes12ms/

典型：40*60m

最大：200*300m50%*C

T6個(gè)9

工業(yè)AR及監(jiān)控

高清

（1280×720）3個(gè)/基站/10ms5Mbit/s//3個(gè)9

全高清

（1920×1080）10Mbit/s

大規(guī)模連接

基于安全應(yīng)用1萬(wàn)/5-10ms100Mbit/s1000*1000m10*CT6個(gè)9

基于事件應(yīng)用/50ms-1s/3個(gè)9

基于區(qū)間應(yīng)用/50ms-1s/3個(gè)9

移動(dòng)機(jī)器人

精準(zhǔn)運(yùn)動(dòng)控制10040-250byte1ms/覆蓋室內(nèi)（從地下室到50*CT6個(gè)9

機(jī)器間控制1~10ms/

協(xié)作駕駛10~50ms/屋頂）、室外和室內(nèi)/室外都具備場(chǎng)景

遠(yuǎn)程視頻控制10~100ms>10Mbit/s

運(yùn)行路徑管理40~500ms/5G預(yù)計(jì)能滿足70%以上工控場(chǎng)景指標(biāo)要求5G與工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)21車(chē)隊(duì)維護(hù)的廣域連接制造物流增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)遠(yuǎn)程接入和維護(hù)流程自動(dòng)化-工廠資產(chǎn)管理流程自動(dòng)化-監(jiān)控遠(yuǎn)程控制自動(dòng)化設(shè)備控制系統(tǒng)間通信流程自動(dòng)化-閉環(huán)控制安全功能的移動(dòng)控制板移動(dòng)機(jī)器人運(yùn)動(dòng)控制無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)增強(qiáng)移動(dòng)寬帶（eMBB）海量機(jī)器通信（MMTC）超高可靠低時(shí)延通信（URLLC）資產(chǎn)調(diào)度管理標(biāo)識(shí)與安全室內(nèi)外定位技術(shù)工業(yè)視覺(jué)檢測(cè)使能柔性制造工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)平臺(tái)工業(yè)AR/VR工業(yè)實(shí)時(shí)控制有線無(wú)線實(shí)時(shí)控制實(shí)時(shí)控制典型場(chǎng)景：港口危險(xiǎn)作業(yè)環(huán)境遠(yuǎn)程駕駛實(shí)時(shí)控制5G使能機(jī)器設(shè)備用戶云平臺(tái)5G網(wǎng)絡(luò)低時(shí)延精準(zhǔn)控制協(xié)作性知識(shí)和經(jīng)驗(yàn)數(shù)據(jù)庫(kù)負(fù)荷分流智能決策無(wú)線控制業(yè)務(wù)特征云端控制低時(shí)延高可靠性高可靠性連續(xù)覆蓋自主移動(dòng)性實(shí)時(shí)控制實(shí)操培訓(xùn)即需即學(xué)，實(shí)現(xiàn)離線/在線步驟式可視化培訓(xùn)設(shè)備維修第一時(shí)間第一視角獲得遠(yuǎn)程專(zhuān)家設(shè)備維保指導(dǎo)工業(yè)展覽AR技術(shù)，疊加設(shè)備配置/3D模型/使用說(shuō)明等信息巡檢運(yùn)維結(jié)合傳感器與控制模塊，實(shí)時(shí)獲取設(shè)備運(yùn)行數(shù)據(jù)倉(cāng)儲(chǔ)物流通過(guò)頭箍掃碼模塊/指環(huán)掃碼頭，實(shí)現(xiàn)視覺(jué)揀選AR/VR輔助操作AR/VR輔助操作遠(yuǎn)程輔助維修工業(yè)巡檢培訓(xùn)倉(cāng)儲(chǔ)AR/VR輔助操作設(shè)備AR/VR眼鏡邊緣云終端Internet云AR/VR移動(dòng)性跨工廠、跨地域多人協(xié)作海量數(shù)據(jù)交互邊緣計(jì)算保障低時(shí)延5G超高帶寬促進(jìn)了AR/VR在工業(yè)生產(chǎn)領(lǐng)域的應(yīng)用，通過(guò)5G邊緣計(jì)算能力降低了硬件成本和運(yùn)算負(fù)荷VR/AR遠(yuǎn)程指導(dǎo)云端控制低時(shí)延高帶寬業(yè)務(wù)特征5G使能工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)平臺(tái)工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)平臺(tái)邊緣云端協(xié)同解耦②①數(shù)據(jù)采集/交換生產(chǎn)反饋控制標(biāo)識(shí)解析信息互通數(shù)據(jù)集成處理運(yùn)營(yíng)決策優(yōu)化計(jì)算能力APP/應(yīng)用生態(tài)超高清視覺(jué)檢測(cè)典型的機(jī)器視覺(jué)檢測(cè)系統(tǒng)可以分為：圖像采集部分、圖像處理部分和運(yùn)動(dòng)控制部分人工識(shí)別檢測(cè)效率不穩(wěn)定人工成本高經(jīng)驗(yàn)無(wú)法傳承肉眼識(shí)別有極限機(jī)器識(shí)別超高清視覺(jué)檢測(cè)4K/8K超清相機(jī)云平臺(tái)AI用戶邊緣云設(shè)備邊緣計(jì)算保障低時(shí)延實(shí)時(shí)反饋操作無(wú)線化部署云端AI輔助超大帶寬高分辨率高幀率超高清視覺(jué)檢測(cè)邊緣計(jì)算低時(shí)延高帶寬Qos保障業(yè)務(wù)特征5G使能室內(nèi)外定位智能工廠中時(shí)空信息是一個(gè)非常重要的基本信息，而地點(diǎn)和時(shí)間必須靠高精度定位解決大連接精確定位Qos保障業(yè)務(wù)特征室內(nèi)外定位超大帶寬利于參數(shù)估計(jì)支持高精度距離測(cè)量大規(guī)模天線支持高精度角度測(cè)量密集組網(wǎng)多基站協(xié)作定位一體化通信與定位服務(wù)5G使能搬運(yùn)設(shè)備云平臺(tái)用戶人員定位系統(tǒng)Internet總結(jié)全方位服務(wù)工業(yè)企業(yè)數(shù)字化轉(zhuǎn)型物聯(lián)網(wǎng)+5G助力平臺(tái)賦能工業(yè)大數(shù)據(jù)云網(wǎng)融合低時(shí)延、高帶寬、大連接廣泛覆蓋、多云混合、軟件定義