5G技術在工業互聯網領域中的應用

徐建偉

（中海油信息科技有限公司湛江分公司，廣東湛江 524000）

5G 技術是目前最為先進、快速、穩定的移動通信技術，其與工業互聯網的良好融入，拓寬了工業互聯網的網絡渠道。5G 技術作為基礎網絡，實現工業互聯網大規模業務數據的承載傳輸，從而催生了一大批工業互聯網相關應用，為企業的生產賦能，加速企業的數字化轉型。

1 5G技術概述

在新一代信息技術革命浪潮中，5G 技術真正實現了萬物互聯，成為領銜新一輪基礎網絡建設的排頭兵。5G 作為新一代移動通信系統，與工業融合后，逐步成為支撐工業生產的基礎設施。5G 與工業生產中既有研發設計系統、生產控制系統及服務管理系統等相結合，可以全面推動5G 垂直行業的研發設計、生產制造、管理服務等生產流程的深刻變革，實現企業向智能化、服務化、高端化轉型。隨著工業互聯網的發展，5G 技術低時延、大帶寬、高速率的特性可以承載工業互聯網的龐大的數據量，而5G 更大的價值在于與云計算、大數據、人工智能、區塊鏈等數字技術的深度融合，推動與各行各業的結合，從而促進經濟社會的數字化轉型，助力數字中國和智慧社會的發展。

2 5G技術在工業互聯網領域中的應用

5G 技術的大帶寬、低時延及高速率特性，以及在網絡架構上的靈活性，讓它相比于以往任何一代無線通信技術都更能滿足行業所需。而工業對于無線連接的訴求，直接影響著生產網絡的變革，以及包括柔性化生產、預測性維護、服務化延伸等在內的關鍵行業價值的兌現。在供給側和需求側的雙輪驅動下，5G 在工業領域前景非常廣闊且意義深遠。

3 具體應用場景探析

3.1 基于5G+工業互聯網的閥門智能巡檢應用

在傳統的閥門巡檢中，企業需要耗費大量人力和物力，由于受限于網絡環境，無法很好地實現現場數據的回傳?；?G+工業互聯網，設備建立了完整的數據鏈和信息化系統，打造了自主創新的工業閥門全生命周期管理系統。為實現工業閥門的5G+智能化的目標，在閥門的巡檢修服務過程中，利用5G+技術，采用契合閥門檢維修過程的智能巡檢修系統，將長時間積累的巡檢修經驗進行標準化、數字化和智能化，優化巡檢修過程的準確性、及時性和高效性，提升客戶滿意度和降低自身的運營成本；通過服務過程中采用的5G+移動式檢測設備，搜集閥門本體運行的基本物理參數信息，為下一步完成5G+智慧閥門的開發和生產奠定良好基礎和數據支撐；同時，充分應用大數據技術，打通閥門制造和維修行業的數據孤島，積極將閥門的研發、制造和維修服務信息相結合，通過研發、制造信息來支撐和指導產品維修，通過維修服務信息來優化產品的研發制造，打造了一個可持續發展的集閥門研發、制造、銷售、維護為一體的全生命周期管理體系。

3.2 基于5G+工業互聯網的智能工廠應用

5G+MEC 技術替代工廠原有的有線無線網絡，規避原有網絡在工業生產現場環節存在的種種弊端，實現PTL 料車控制、AGV 自動化調度運行、PLC 到PLC（C2C）自動協同控制、焊裝群控電腦IPC 無線化控制焊機等功能。

基于5G 技術，工業總裝線PTL（亮燈選揀）小車，單小區每分鐘近萬次的通信，5G 的大并發能力能很好地滿足該需求。焊裝車間AGV 在密集的機械臂、電焊電弧環境下工作，能有效體現5G 抗干擾、無切換的能力，5G 的高可靠性可很好地滿足復雜工業環境下的此類需求。工島控制器之間的C2C 控制，實現5G 商用網絡下E2E 的C2C 控制15 ms 低時延，不斷向工業控制10 ms 實時控制靠近。而且消除了工島之前的有線連接，實現了柔性制造。群控IPC 無線化，實現了現場工人移動辦公，極大提高工作效率。

5G+工業互聯網貫穿了制造的全過程，場景應用覆蓋了倉儲物流、AGV、柔性制造、生產過程控制、機器人協作等各個環節。這些5G 智能制造應用將顯著降低企業運營成本，提高生產效率，優化制造資源配置，提升產品高端化、裝備高端化和生產智能化水平，推動制造業實現質量效益提高、產業結構優化、發展方式轉變、增長動力轉換，為構建工業經濟體系提供有力保障。

3.3 基于5G+工業互聯網的智慧碼頭應用

智慧碼頭通過信息技術綜合應用于碼頭各業務環節和管理工作中，使碼頭業務和管理深度融合，促進碼頭逐步走上集約、高效、便捷、安全、綠色的可持續發展道路。

智慧碼頭將先進的信息技術和自動化技術包括云計算、大數據、物聯網、GIS、RFID、實時監控系統、船舶配載系統、智能監控技術、作業自動調度等通過網絡的連接應用到整個碼頭物流作業、運輸服務及碼頭管理中，在信息全面感知和互聯的基礎上，實現碼頭集疏運體系、生產操作、倉庫管理、物流跟蹤等方面的智能化，實現車、船、人、物與碼頭各功能系統之間無縫連接與協同聯動的智能自感知、自適應、自優化，最終使碼頭形成安全、高效、便捷、綠色可持續發展的形態。

5G 網絡在智慧港口的建設運行中，能夠充分發揮差異化性能優勢，突破以往傳統方式的局限性，能夠極大提升自動化碼頭的運營效率，為傳統人工碼頭的改造注入新動力，助力打造“綠色、環保、高效”的智慧港口。

3.3.1 碼頭智能安防

港口現場實時監控是建設智慧港口的基礎保障。智慧港口需要實現對生產運營過程全面安全監控，包括港口人員、車輛、船舶和貨物等進行實時跟蹤和不安全因素監測。5G 的超大帶寬特性可實現港區多路高清監控視頻回傳，結合高精度定位能力，基于港口已安裝及新安裝高清攝像頭，可部署邊緣服務器，增加對視頻內容的識別分析，并且利用5G 超大帶寬特性及無線優勢，可靈活部署監控點位，實現港口區域全時（白天、倍晚、凌晨、夜晚）、全方位（無死角覆蓋）、全氣候（大霧、雨天等）條件下的視頻監控。在車輛經過的關鍵點位架設卡口設備，可實現對港區車輛的遠程監督、遠程調度、超速報警、逆行分析、定位追蹤等功能；5G+無人機+高清攝像頭對港口關鍵基礎設施、電力線路和環境等進行超視距密集巡檢和安防，并通過5G 網絡回傳超高清視頻：5G+AR 全景相機可滿足港口生產作業調度、安全作業防范、海事等監管部門對全港區視頻監控系統的監管和應急處置等應用需求。5G+8K+VR 即攝即傳，可構建港區實景立體作戰指揮平臺，完成港區作業線實時指揮、作業方式調整等功能，形成港區集成一體化智能綜合安防解決方案。將港口的出入口、堆場、海陸側裝卸區、作業區、停車場、港區道路、查驗平臺等統一納入港口可視化、智能化的安全管控體系，為港務局、海關、港口公安局、海事局、邊防、國檢、港口經營人等港區相關業務單位提供全方位可視化的綜合監管手段，從而實現創建一個安全、方便、快捷、高效的港口營運環境的目標。

3.3.2 無人運輸

港口相對封閉，運行車輛相對規則，是5G+自動駕駛的重要應用場景：此外，港口是勞動密集型產業區域，一般7×24h 作業，集卡駕駛員工作強度大，疲勞駕駛現象突出，存在安全隱患；同時集卡駕駛員培養周期長等，人才較為短缺。目前港區自動駕駛主要有地磁AGV 和單車智能集卡兩種技術路線，但是地磁AGV 要求地面鋪設地磁設備，對原有港區路面改造較大，同時因為采用依據預先設定好的毫米波雷達探測距離為1～280 m，紅外線傳感器探測距離為0.2～120 m，視覺攝像頭探測距離為0～80 m，中短距毫米波雷達探測距離為0.2～120 m，短距毫米波雷達探測距離為0.2～30 m，激光雷達探測距離為80～150 m，車端感知范圍還受到障礙物限制存在感知盲區，面對持殊道路情況會有“猶豫不決”的情況，無法在安全、效率等多個維度滿足業主方需求。自動駕駛是港區重點應用的場景，其對信號傳輸、協同互通、定位精度等要求較高，需高精度定位、車路協同、5G 等技術的融合應用?；?G 近實時的高清視頻傳輸，讓自動駕駛能“看得更遠更清楚”，實現更高安全性。5G 網絡切片技術提供始終如一的QoS 保障，能優先保障汽車通信的高速率和低時延性能。5G 邊緣計算則是自動駕駛的未來，5G 核心網控制面與數據面徹底分離，網絡虛擬化技術令網絡部署更加靈活，從而使能分布式的邊緣計算部署，邊緣計算將更多的數據計算和存儲從“核心”下沉到“邊緣”，部署于接近數據源的地方，一些數據不必再經過網絡到達云端處理，從而降低時延和網絡負荷，也提升了數據安全性和隱私性。這對于時延要求極高、數據處理和存儲量極大的自動駕駛領域而言，重要性不言而喻。未來對于靠近港口集卡車輛的移動通信設備，如基站路邊單元等或均將部署車聯網的邊緣計算，完成本地端的數據處理、加密和決策，并提供實時、高可靠通信能力的5G-V2X 通信技術結合高精度定位，能有效建立車車/車路低時延、高可靠的數據交互通路，精準規劃與監測車輛行駛路徑，減輕單車智能實現難度，降低港區自動駕駛單車智能化改造的成本，實現港區集卡自動駕駛、AGV 小車自動駕駛等應用。

3.3.3 AI人員行為管理

港口司機行為管理系統主要利用5G 回傳駕駛員的面部特征、眼部信號、頭部運動特征等全天候監測駕駛員的疲勞狀態、駕駛行為等，在發現駕駛員出現疲勞、打哈欠、分神、抽煙、打電話及其他錯誤駕駛狀態后，預警系統將會對此類行為進行及時的分析，并進行語音燈光提示，達到警示駕駛員，糾正錯誤駕駛行為的方式。通過對司機行為的管控，并進行報警提示和采取相應措施，有利于駕駛員更直觀地判斷車輛狀態，對駕乘者給予主動智能的安全保障，提升碼頭現場作業安全。

3.4 基于5G+工業互聯網的智慧風電應用

近年來，風電上網電價正在逐年下降，如何緩解成本壓力，提高風電機組發電效率逐漸成為行業關注的焦點。在此背景下，以信息流貫穿風電機組生產、服役、運維等關鍵環節的智慧風電應運而生。智慧風電作為風電行業在新形勢下發展的必然選擇，以高效可靠的通信網絡為載體，正逐步形成驅動風電機組全生命周期智能化、數字化的良性發展模式。智慧風電應充分發揮5G 低時延、大帶寬、海量連接的特性，在風電場部署5G 網絡，實現風電場海量數據上云，動風電場大數據在風電行業的升級和落地。5G 作為面向工業領域的新一代通信技術，實現“信息物理融合”，助力風電行業實現新的跨越式發展。

3.4.1 高空無人機巡檢

風場偏遠，環境惡劣，人工巡檢存在成本較高、效率低下的問題，并伴隨一定的安全風險。針對此問題，利用5G 大帶寬、高速率的傳輸特性，結合網聯無人機、全景VR 相機等專業的巡檢輔助設備，可實現智能化巡檢。無人機與控制臺均與就近的5G 基站連接，在5G 基站側部署邊緣計算服務，實現視頻、圖片、控制信息的本地卸載，保障通信時延在毫秒級。同時還可利用5G 高速移動切換的特性，使無人機在相鄰基站快速切換的同時，保障業務的連續性，從而擴大巡線范圍到數公里范圍以外，提升巡線效率。

3.4.2 風機吊裝協同

風機吊裝場景是采用多臺起重機對塔筒、機艙進行安裝，操作人員通過對講機將安裝情況與后臺指揮平臺同步，但該方式的實時性、準確性差，存在信息不對等的風險。針對風機吊裝現場多臺吊機協同工作的場景，利用無人機實時采集現場高清畫面，并通過5G 網絡將現場環境全景無死角地反饋給指揮平臺，由后臺吊裝專家進行集中管理和實時調度，從而實現風機的安全快速吊裝

3.4.3 風機AR遠程運維

在風電場建立5G 通信網絡，利用AR 技術實現風機的遠程診斷和遠程維修指導。風電場操作人員佩戴AR 眼鏡，通過5G 網絡將現場環境及故障情況實時反饋至異地專家，異地專家通過視頻畫面，對現場人員進行指導，最大化復用專家的能力。風電場AR遠程運維提高了效率，降低了成本，解決了技術專家緊缺的難題。

4 結束語

分析了5G 技術在工業互聯網領域的應用，明晰了5G 技術對工業互聯網發展的重要作用和深遠意義。相信隨著企業數字化轉型浪潮，5G+工業互聯網勢必能催生更多的應用。