Procesna industrija in druge proizvodne industrije uvajajo digitalne tehnologije za nadaljnje izboljšanje učinkovitosti proizvodnje. Kot temeljna tehnologija postaja vse pomembnejša brezžična komunikacija, ki zagotavlja povezljivost, kjer koli je nameščena. Hkrati mora brezžična komunikacija zadovoljiti potrebe različnih aplikacij, ki postajajo vse bolj zahtevne.
01 Pregled komunikacijskih funkcij 5G
Po 3G in 4G/LTE je "5G" peta generacija sistemov za mobilne komunikacije. Medtem ko so te generacije sistemov bolj razvite za osebne komunikacijske storitve, se 5G lahko uporablja tudi za omrežno infrastrukturo Internet of Things (IoT), ki bo povezala vse naprave in predmete v vsakdanjem življenju, proizvodnji in drugih panogah.
Tri značilnosti 5G komunikacije in njihove praktične aplikacije.
● Izboljšana mobilna širokopasovna povezava
5G je osredotočen na povečanje podatkov o širokopasovnih brezžičnih komunikacijah, ki je bila v prejšnjih generacijah izboljšana. Širokopasovne storitve za pametne telefone in druge mobilne naprave so odličen primer, kako izkoristiti to funkcijo.
● Ultra zanesljiva komunikacija z nizkimi zamudami
5G je zasnovan tako, da omogoča zelo zanesljivo brezžično komunikacijo z nizko zamudo in v realnem času.
● Obsežna strojna komunikacija
Ta lastnost pomeni, da je veliko terminalov z nizkim prometom povezano hkrati.
02 Namenski spekter v 5G
Pri večini obstoječih brezžičnih komunikacijskih tehnologij lahko ta nelicencirani spekter uporabimo za različne scenarije z neomejenim številom uporabnikov. Vendar obstaja tveganje za motnje med različnimi brezžičnimi sistemi na istem frekvenčnem pasu.
03 Operativno zasebno omrežje (lokalno 5G)
Obstoječi mobilni komunikacijski sistemi so običajno zasnovani tako, da zagotavljajo široko paleto komunikacijskih storitev v omrežju po vsej državi, ki ga je vzpostavil operater mobilnega omrežja.
04 Mednarodna standardizacija 5G
V nekaterih državah naj bi podjetja in lokalne vlade gradili in upravljali svoje namenske mreže 5G. Po pridobitvi licence lahko lokalni operaterji izključno uporabljajo te pasove v svoji regiji.
5G naj bi se uporabljal v tradicionalni industriji mobilnih komunikacij in mnogih drugih panogah. Vključitev novih zahtev za industrijske aplikacije je pomemben dejavnik pri uspešnem razvoju standardov. Večja podjetja iz proizvodne in telekomunikacijske industrije aktivno sodelujejo in raziskujejo uporabo tehnologije 5G v proizvodni industriji.
05 Pet potencialnih aplikacij v procesni industriji
V proizvodnem sektorju se komunikacijske zahteve za različne terenske aplikacije razlikujejo, kot smo že omenili, pa naj bi se 5G uporabljal kot brezžična infrastruktura, ki bo lahko uvedla različne aplikacije brezžičnih tovarni. Poleg tega se razvijajo tiste aplikacije, ki najbolje izkoristijo komunikacijske funkcije 5G za olajšanje digitalnih daljinskih operacij v proizvodnji.
1. Podpora za operacijo na kraju samem za mobilne naprave
Mobilne naprave so nameščene na polje za povečanje produktivnosti, trenutne pokritosti omrežja in omejitve pasovne širine polja Omejitve podpore aplikacije prek brezžične komunikacije. 5G bo omogočil širokopasovno brezžično komunikacijo z večjimi hitrostmi in nižjo zamudo na katerem koli območju tovarne.
Augmented Reality (AR) je eden od scenarijev aplikacije 5G izboljšane mobilne širokopasovne povezave. Čeprav AR potrebuje veliko podatkov, lahko na ciljni napravi namesti slike z visoko ločljivostjo in jih v realnem času prikaže na delavskem tabličnem računalniku ali nosljivi terminalni napravi, kar zagotavlja intuitivno rešitev. Terenski delavci lahko upravljajo ciljno opremo, medtem ko se sklicujejo na nameščene delovne postopke ali v realnem času delijo slike s tehniki na oddaljenih lokacijah in dobijo posebna priporočila. Ne samo da pomaga izboljšati učinkovitost, zanesljivost in varnost terenskega dela, ampak lahko tudi učinkoviteje prenese veščine s prakso.
2. daljinsko spremljanje s slikami z visoko ločljivostjo
5G ima večjo zmogljivost kot prejšnjo generacijo 4G/LTE, zlasti v smislu navzgornje komunikacij. To omogoča pretakanje videoposnetkov v 4K ali višji ločljivosti v realnem času. V tovarnah je ena potencialna uporaba uporaba brezžičnih kamer za daljinsko spremljanje. Kadar je jasnost slike dovolj visoka, da loči subtilne spremembe v barvi tekočine ali korozije cevi, lahko vizualni pregled izvedemo na daljavo. Slike z visoko ločljivostjo se lahko uporabljajo tudi kot vhod za AI analitiko, ki lahko samodejno zazna anomalije, kot so nepooblaščeni vdor človeka ali situacije, kot so požari.
3. Oblačni roboti
Ko se delovna populacija zmanjšuje, naj bi mobilni roboti zagotovili varno in zanesljivo tovarne. Roboti se samostojno gibljejo po vsej tovarni in se postavijo na mesto delavcev, da patrulirajo z nevarnimi območji. Droni lahko opravljajo visoko večjo delo, kar je lahko nevarno za delavce. "Cloud Robotics" se pojavlja kot obetavna tehnologija. Ker nadzorne funkcije v oblaku niso omejene z računsko uspešnostjo robota, je mogoče uporabiti napredne nadzorne funkcije.
S s svojimi lastnostmi visoke hitrosti in visoke zmogljivosti 5G omogoča mobilnim robotom, da se v realnem času brezžično povežejo z nadzornimi funkcijami v oblaku. Uporabite množične računalniške vire v oblaku in obdelajte velike količine senzorskih podatkov v realnem času. Značilne funkcije, ki jih je mogoče sprostiti in z nizko zamudo, ki jih ponuja 5G, omogočajo uporabo za nujne, časovno občutljive komunikacije, ki se lahko izognejo dogodkom, kot so trki med roboti in mobilno procesno opremo.
4. sistem za nadzor brezžičnega/oblaka
Obstoječa brezžična tehnologija ne more doseči visoke zanesljivosti in nizke zamude hkrati, vendar jo je mogoče doseči s 5G. To omogoča 5G na voljo za kritične aplikacije. Ena od možnih aplikacij je brezžični del porazdeljenega krmilnega sistema (DCS) za zmanjšanje stroškov namestitve in vzdrževanja komunikacijskih kablov v širokem območju rastlin. Točke spremljanja lahko dodate in spremenite tudi brez manipulacije komunikacijskih kablov.
Poleg tega, če 5G zagotavlja zelo zanesljivo, nizkokanosno komunikacijo med terenskimi napravami in oblakom, lahko krmilnike in druge funkcije DCS konfigurirate v oblaku, hkrati pa ohranjajo kritične zmogljivosti. Poleg zunanjih sistemov v oblaku se lahko 5G uporablja tudi z večkratnim računalnikom Edge (MEC), ki bo v omrežju ustvaril računalniško platformo z nizko zamudo. Kadar se na platformi MEC izvajajo nadzorne aplikacije, lahko storitve Cloud Control omogočijo v celoti izkoristiti visoko zanesljivost in nizko zamudo 5G brez potrebe po internetu ali drugih omrežjih.
5. Povezani senzorji za digitalne dvojčke
Digitalni dvojček je digitalna realizacija dejanske tovarne v kibernetskem prostoru in je temelj za digitalno preobrazbo tovarniških operacij. Aplikacije niso omejene na statične informacije o oblikovanju digitalnih rastlin. Digitalni dvojčki odražajo resnične rastlinske razmere v realnem času, kar omogoča napovedovanje vzdrževanja in optimizirane operacije s simulacijo in analitiko AI.
Da bi natančneje sinhronizirali stanje fizičnih in digitalnih dvojčkov, morajo podjetja natančno razumeti stanje opreme, cevovodov in drugih sredstev, pa tudi vreme in druge pogoje. Da bi to naredili, je morala tovarna namestiti veliko senzorjev. Za izpolnitev tega povpraševanja mora biti vsak senzor brezžičen, poceni in lahko deluje leta, ne da bi moral zamenjati baterijo. Sposobnost 5G za povezavo več naprav hkrati je ključna za to aplikacijo.
Potencialni primeri aplikacij 5G v tovarnah vključujejo podporo za mobilne naprave, daljinsko spremljanje, oblačno robotiko, sisteme za brezžično/oblak v oblaku in izboljšano senzorsko povezljivost za digitalno dvojno optimizacijo.
06 Status in izzivi industrijskih 5G aplikacij
Kljub številnim potencialnim primerom uporabe v tovarni 5G še ni mogoče široko izvajati v procesni industriji. Industrijske 5G aplikacije se še vedno srečujejo s številnimi izzivi.
Da bi zadovoljili potrebe potrošniških in industrijskih aplikacij, mora 5G podpirati več funkcij. Standard 5G se razvija na postopni način z različnimi prioritetami. R16 in poznejše različice standarda 5G vključujejo funkcije, ki jih je mogoče uporabiti za industrijske aplikacije. Izboljšajo visoko zanesljivost, komunikacije z nizko zamudo in zasebna omrežja, prav tako pa podpirajo interoperacijo s časovno občutljivimi omrežji (TSN), bistveno mrežno tehnologijo pri avtomatizaciji.
Zmogljivosti industrijskega sektorja bodo še izboljšane v R18 in poznejših (5G-advanced) standardih. Medtem ko 5G ponuja napredne industrijske zmogljivosti, kot so visoka zanesljivost, nizka zamuda in večstopenjska hkratna povezljivost, so za podporo teh zmogljivosti potrebni nadaljnji razvoj standardov 5G, izdelkov za skladnost in infrastrukturo.
Konfiguracije preizkusnih konceptov do koncepta uporabljajo nove algoritme in 5G za reševanje težkih naprednih izzivov nadzora procesov.
07 Dokazilo o konceptu tehnologije daljinskega upravljanja z uporabo 5G
Medtem ko je POC obetaven korak, je potrebno nadaljnje testiranje za razvoj jasne komercialne vrednosti za industrijske rešitve 5G. Ena od možnih rešitev je namestitev hitrih brezžičnih komunikacijskih naprav v tovarnah in uporabo avtonomne tehnologije AI v oblaku za nadzor naprav v realnem času.
08 5 g in avtonomni nadzor v oblaku AI
Pričakuje se, da bo kombinacija FKDPP in oblaka s 5G, ki ponuja nizke zamude in zmožnost povezovanja številnih naprav, postala temeljna tehnologija za doseganje industrijskega avtonomnega nadzora.
Številne panoge začenjajo razmisliti o uporabi 5G brezžične komunikacijske tehnologije za pospešitev digitalne preobrazbe. Visoka zanesljivost, nizka zamuda in sposobnost povezave več naprav hkrati so ključni za industrijske aplikacije. Da bi dosegli širši obseg aplikacij, je treba nenehno izboljševati standard 5G, zagotoviti bolj zrele izdelke in infrastrukturo ter uporabnikom pokazati edinstvene prednosti in vrednost, ki jo prinaša 5G.