褚文彬
中国广电云南网络有限公司保山市分公司 云南保山 678000
摘要：在改革开放的新时期，经济在迅猛发展，社会在不断进步，5G网络覆盖较广、带宽较大、时延较低，能够在工业领域发挥重要的作用，当前已经出现了基于5G专网的工业物联网，有效提升了工业生产的质量及效率，让工业加速数字化、智能化以及网络化。基于此，本文概述了工业物联网技术的基本应用需求，介绍了5G专网背景下的工业物联网架构，分析了5G应用于工业物联网的几种模式。
关键词：5G专网；工业物联网；工业生产
引言
随着我国经济水平的不断提升，5G技术的出现促使了我国通讯业逐渐处于世界领先地位，5G技术的发展，对于未来通讯领域有着重要的意义，同时将5G技术和物联网构建的过程中，物品信息与资金流动信息都在高效率的进行传输，所以基于5G技术在物联网中大规模的应用，能够将物联网与5G通信进行有效的结合，使物联网得到更好的发展，提高人们的生活品质。
15G技术特点及应用场景
5G的3大特性分别是eMBB增强型移动带宽、mMTC大规模机器通信以及URLLC高可靠低延时，分别实现上下行速率倍速提升、海量机器链接以及超低时延和高可靠等性能。基于5G技术及网络特性，总结了9大主流工业应用场景。一是云设计云仿真，主要可应用的工业行业有航空航天、工程机械以及汽车电子等。可利用5G、边缘云及虚拟桌面等，针对工业产品和生产系统的方案进行快速设计与仿真验证。二是5G远程操控，主要可应用的工业行业有矿山、港口、爆破以及危险品等。在危险作业环境安装高精定位器、传感器、激光雷达、高清摄像头以及智能终端，通过5G网络实现实时控制。在远程操作台对矿车、钻机即电铲等设备发送指令完成作业。5G远程操控网络示意如图1所示。三是自动驾驶/无人驾驶，主要可应用的工业行业有消防、矿山以及勘探等。四是机器视觉检测/无人机巡检，主要可应用的工业行业有医疗器械、食品、汽配、钢铁、纺织、机器加工以及电子制造等。通过在生产设备和生产线安装高清智能摄像头，识别包装和产品表面缺陷，检测喷码缺失等。结合5G+AI技术，通过机器学习，不断提高检出率，降低人工成本。五是工艺优化和效能优化，主要可应用的的工业行业有机械加工、钢铁、冶金、水泥、化工以及制药等。打造一个5G、数据采集、边缘云以及工业大数据为一体的解决方案，通过构建缺陷识别和工艺参数相关联的数据库，分析产品缺陷与工艺的必然联系，从而优化工艺，提高良品率。通过大数据计算，对耗能管理和优化，巧妙运用波峰波谷，优化效能。六是云MES/供应链协同，主要可应用的工业场景有食品、汽配、家具以及水泥等。针对有很多生产制造环节的企业，对企业提供数据管理，合理计划排程、生产调度以及库管理等，实现手机端和PC端无缝对接，灵活部署，实时掌控工厂情况，提升管理效率。
25G专网背景下的工业物联网架构研究
2.15G 推动万物互联
回顾人类前几代移动通信技术，第一代移动通信技术主要通过模拟电路实现了人类间“行走的通话”；第二代移动通信技术实现了数字化，大幅度提升了通话的质量，也降低了移动终端的成本，为个人化通信的普及作出了贡献；第三代移动通信技术则实现了移动互联，人类通过手机除了可以语音交流之外，还可拓展到看图片和看视频等多元化的信息交互方式；第四代移动通信则更好地满足了人类在移动互联方面的需求，各项感知上比以往更流畅更舒适。但纵观前四代移动通信技术，仅仅实现了人与人之间的互联，并为转变到人与物、物与物之间的通信。5G的出现，使万物互联不再停留在概念阶段。
2.2以“移”换“固”，解放生产
将5G技术应用于工业物联网之中，能够完美代替传统固线，让之前与生产设备相连接的复杂通信电缆得以移除，使工业生产具备更强的灵活性，简而言之便是以无线代替了有线。在这样的模式之下，能够完成对各类数据信息的移动采集，一般应用在部分旋转、滑动频率较高、速度较快的设备之中，诸如涉及温度、视频、风速、振动等因素的风机等。根据相关数据能够得知，引入5G技术之后，单台风机能够在一天时间之内达到85GB的数据量。风机在机舱的前半部分一般是处于旋转状态，对轴承、叶片、滑环等配件进行固线操作有着较高的难度，通过移动采集方式的应用则能够有效解决这一问题。柔性产线也是应用5G技术后的创新手段，能够有效满足离散制造企业的“小批量、多批次”这一基本需求。在传统固线部署方式下，产线的优化与改良受到了较大幅度的限制，例如设备商在对一次生产的基站板卡型号进行调整时，往往需要耗费一天的时间来重新进行接线，极大地降低了工作效率。通过5G无线技术的应用，能够实现对固线现场总线的完美代替，有效促进了柔性生产的高速发展，相关工作人员能够在最短的时间之内完成对生产批量以及生产批次的调整，同时也能够优化不同生产阶段的产能，让各生产阶段能够紧密衔接。
2.3毫米波技术
在5G技术和物联网的融合应用过程中，毫米波技术是5G技术与物联网应用的关键技术点，所以想要实现物联网的全面拓展和覆盖，就需要对将更多的设备接入到物联网中，而在这个过程中，还需要增加5G网络的容量。和传统的1G-4G移动通讯技术相比，5G通讯技术的频段在3GHz以上，而传统移动通讯技术的频率都在3GHz以下，这是因为传统的通讯技术频谱资源比较有限，同时传统通讯网络的容量也不大造成的。而5G技术和物联网的融合过程中，加入毫米波技术，能够有效的实现对工作情况的判断，由于5G网络技术能够支持超高的传输速率，因此也可以实现更多设备的接入量。在未来移动通讯技术中，通讯技术会向逐渐向高频和超高频的方向发展，因此随着频率的变化越来越高，也会逐渐使传输距离变得越来越短，所以在未来移动通讯的发展中，会给移动通讯系统的硬件提出更高的要求。
35G+ 工业互联网面临的挑战
从产业整体观察，当前 5G+ 工业互联网面临着规模小、价值不清晰、试验性示范多、应用创新碎片化、商业模式不明朗等挑战，具体可归结为以下三点：（1）成本结构未清晰虽然无线电频谱的使用成本是透明的，但由于当前5G 网络的覆盖率比起 4G 网络仍然处于较低水平，此外制造企业对于 5G 网络与其必需组件的部署费用、新系统新应用的开发、操作以及后续运营维护成本等仍然缺乏了解。（2）安全可靠未明确大部分制造企业目前由于缺乏移动连接的使用经验，企业对于 5G 网络安全可靠方面的信心尚未建立，对于当今对工序链时序要求严格的企业而言，网络连接中断是不可接受的。只有当技术效益和成本优势明显，并且风险被证明处于可控范围时，制造企业对 5G 网络的需求才会开始增加。（3）通信模组未成熟目前能真正独立且通过时间检验的工业 5G 基础设施仍然较少，同时产业链上也缺乏足够的工业兼容通信组件可用，只有少数模块制造商已经开始为工业互联网领域生产了 5G 模组，但尚未形成规模效应。
结语
综上所述，5G技术在工业智能化进程之中做出了突出的贡献，5G专网能够让工业物联网更为完善，具备更佳的性能，有效助力高质量、高效率的工业生产。当前5G专网技术仍处于一个持续发展阶段，能够预见在5G专网背景下的工业物联网势必在未来得到更为广泛的普及与应用，工业生产也将迈向更高的台阶，从而有效推动工业经济的高速发展。
参考文献
[1]马浩壤.5G对工业物联网的影响[J].计算机与网络，2020，46（20）：43.
[2]雷诺尔.5G赋能工业物联网控制系统[J].造纸信息，2020（10）：62.