5G在工業領域的應用 提升自動化信息化整體水平
http://www.sharifulalam.com 2022-01-25 10:25 來源：新華財經
目前，5G應用在工業領域還處于頭部企業早期探索階段。未來，隨著5G網絡的能力的飛躍提升，除了帶來更極致的體驗和更大的容量外，還將開啟物聯網時代并滲透進至各個行業。
一、我國平均每周建設5G基站1萬個
5G是第五代移動通信技術的簡稱，具有高速率、低時延和大連接等特點的新一代寬帶移動通信技術，是實現人機物互聯的網絡基礎設施。5G的頻譜利用效率，即占據相同頻段能提供的帶寬極限，達到4G的3.68倍。而5G滿負荷狀態下的能量效率，也就是單位耗電所能提供的帶寬是4G的26.64倍到28.25倍之間。5G的鋪設可以有效地緩解網絡擁堵問題，為互聯網產業發展帶來更大的空間。
2017年12月21日，在國際電信標準組織3GPP RAN第78次全體會議上，5G-NR首發版本正式發布，這是全球第一個可用商用部署的5G標準。與以往不同的是，這次在5G核心專利當中占比最高的公司是我國的華為公司。2018年7月，華為公司發布了5G時代十大應用場景白皮書，闡述了VR、AR、車聯網、智能制造、無線醫療等十大5G新產業應用。2019年6月6日，工信部正式發布了5G商用牌照，標志著5G時代正式來臨。
隨后，我國各大電信運營商紛紛加大5G基站建設。2020年，雖然我國遭受了新冠疫情嚴重影響，但各企業仍加快5G建設速度，爭取把時間趕回來。當年6月，工信部部長苗圩透露，我國平均每周增加1萬多個5G基站。
截至2021年12月，我國已建成5G基站超過115萬個，占全球70%以上，是全球規模最大、技術最先進的5G獨立組網網絡，全國所有地級市城區、超過97%的縣城城區和40%的鄉鎮鎮區實現5G網絡覆蓋；5G終端用戶達到4.5億戶，占全球80%以上。全國各地政府積極釋放政策紅利，根據中國信通院的統計數據，全國各省市發布5G相關政策達320余個，各地因地制宜，結合地方經濟產業特點，明確了5G產業和重點應用發展方向及目標。以北京市為例，1月16日，北京市通信管理局披露，截至2021年底，本市已開通5G基站5.2萬個，比上年末增加1.4萬個；5G終端用戶高達1488.4萬戶。其中，通州區(含城市副中心)開通了5G基站3859個。
二、首鋼京唐公司無人駕駛的天車
隨著5G在中國的廣泛應用，那給百姓的生活帶來什么改變呢？人們最大的感受也許是在家休閑時，刷劇、打游戲更加流暢了；在地鐵站、火車站、飛機場等人流密集區域，通信時不再卡頓擁堵。其實，這只是人們直觀的感受和體驗，5G技術正在潛移默化地改變著經濟社會的各個方面，尤其在工業領域的應用，極大地提高了我國工業自動化和信息化體系的升級創新水平。
位于河北省唐山市曹妃甸地區的首鋼京唐公司，是我國龍頭鋼鐵企業之一。這家企業無法用“廠”來形容，因為廠區面積有22平方公里，廠區有自己的港口、鐵路、公交車、紅綠燈，甚至還有交警，相當于一座小型城市。首鋼曹妃甸廠擁有世界最大的單流程煉鋼設施，在生產流程中，礦山和煤炭源源不斷地從遠方運來堆放在料場。經過燒結、焦化，運往高爐冶煉。鐵礦在高溫下化成鐵水，送往轉爐粗煉，轉爐中加廢鋼并吹入氧氣，粗煉后的鋼水進一步精煉，鋼水在連鑄過程中被鋪上不同的渣層進行保溫，而后生成不同的鋼坯，再由軋機制成鋼板等結構，經過后處理制造為成品。通過碼頭和卡車運往下游的工廠，每年為全球提供上千萬噸的精品鋼材。
在鋼廠的天車車間，軋制完成的鋼卷，在這個車間被包裝、分類存放。一部分送往別的車間處理，一部分轉運到貨運卡車上。所有高速運動的天車駕駛室都顯得非常詭異，因為內部并沒有人在操作。據鋼廠工程師介紹，天車操控完全是自動化的，這是基于5G通信網絡的自動化平臺。
推進工業的自動化和信息化需要建設高效的通信平臺來傳輸信息。之前的通信平臺通常有兩種方案，一種是基于光纖的有線方案，另一種是基于工業WIFI的無線方案。而它們都有各自的短板。具體來說，光纖方案需要鋪設光纜，只適合固定的場景。如果設備本身進行大范圍的移動，鋪設起來會非常困難。而工業WIFI最大的問題是穩定度太低，會出現卡頓、丟包、延時等不穩定。用來當監控還可以，但是用來操作就很困難。智能天車需要基于攝像頭傳回的視頻信號，準確識別抓取的位置，如果突然發生了卡頓，每個20多噸重的鋼卷從天上砸下來，后果將不堪設想。
現在的5G通訊可以有效解決上述難題，補齊了技術的缺口。作為無線網絡，5G方便鋪設，可以支持移動設備，并且穩定度足夠支撐自動化的操作和遠程的遙控操作。因此被廣泛用于鋼廠天車，呈現在人們面前的場景就是眾多無人操控的天車在高速進行作業。
三、天津港全自動化的智能裝卸運輸
在天津港的集裝箱碼頭上，塔吊不斷抓取貨船上的集裝箱。塔吊將貨物放在卡車上運向橋吊，然后將貨物分門別類碼放整齊，整個過程不但井井有條，并且帶有節奏感。但把視線拉近，就可以看到卡車司機的座位上沒有人，吊車司機的座位上也沒有人，整個運輸過程都沒有人。這是因為5G通信技術在港口的應用，除了能夠支持移動的卡車和吊車自動化操作之外，對吊車也可以進行遠程視頻操作。運用5G技術對碼頭進行升級改造，不用鋪設光纖那樣破土施工，有效地規避了碼頭停擺難題。
在天津港集裝箱碼頭，31臺高大的場橋曾經是“男人的舞臺”。如今，伴隨著智能化改造的完成，只需要用手輕輕一點，機械就可以替代人工完成大量重體力勞動。以前，每臺場橋需要配備4名員工，整個碼頭共需要100多人；改造后，一名操作員可以管理6座場橋，操作人員縮減至40人。在效率上，每臺場橋吊箱數量增長了30%；車輛等候時間從原來的30分鐘至1小時縮減到5分鐘。智能化改造，不僅帶來了全新的用戶體驗，更帶來了作業效率的大幅提升。2021年12月18日，隨著中遠海運“天盛河”輪作業的一個集裝箱吊裝上船，天津港年集裝箱吞吐量首次突破2000萬標準箱，標志著天津港集裝箱事業實現新跨越，天津港在全球國際樞紐港地位進一步提升。
四、5G通信在地下煤礦同樣大顯身手
5G網絡在地下的應用又是如何呢？位于山西省大同市的塔山煤礦是世界上最大的單礦井煤礦。在塔山煤礦的控制室中的大屏上清楚地顯示出礦下的采礦和運輸的實時情況，也是通過5G網絡來實現的。煤炭的采掘面在地下500米深處，坐礦車下到地下第一層就需要半個多小時。第一層是井下變電站，以前需要人工一次次來下井來檢查運作是否正常，有了5G網絡之后就可以用巡線機器人，機器巡邏發現排除故障，人工下井頻次大幅度降低。
塔山煤礦基于5G系統在井下搭建一個獨特的內部導航系統。因為井下如同一個地下城市，面積大且地形復雜，沒有導航很容易困在其中。而一般用來建設導航系統的GPS、北斗等無法將信號覆蓋到地下。這時5G就能夠大顯身手了，煤礦不但有5G導航系統，還有一個5G打車系統。比如在采掘面工人需要上井，在井下是無法自行走上去，這時就可以拿出定制版的5G防爆手機來叫車，然后就可以從地下起飛了。經測試，地下5G網絡信號強大，可以刷抖音、B站等。
煤礦的采掘面是一個長約2公里，寬300米的矩形坑道。坑道用液壓柱支撐，兩邊都是巨大的采煤機，不停地把煤從石壁上打下來，送上傳送帶運輸出去。所在的位置上下左右都是煤，巖層結構非常松散，時不時會有煤礦從頂上掉落。這里水霧彌漫，伸手不見五指。礦山工程師介紹，因為接近采掘面，煤礦采掘過程中會有大量煤屑、煤粉彌漫在空氣中，需要用設備噴出水霧把煤粉沉降下來，不然會有很大危險。在這種能見度下進行采掘作業，5G導航起到了非常關鍵的作用。以前的4G光纖一旦出現斷線，需要整條線路一寸一寸查找困難度很高。而應用5G后，只要查幾個基站點就可以了，節省了70%以上的工作量。煤礦對5G的運用主要是采掘面的設備可以自動運行，不用人工過多參與，可以大大縮短工作人員下井的時間，減少工人面臨的艱苦和危險，同時也能大幅度提高工作的效率。
5G應用補強了移動通信網絡，補齊了自動化信息化系統的短板。雖然目前5G的應用還處于頭部企業早期探索階段，沒有滲透到日常產業中。但就像移動通信本身發展一樣，5G必須有一個成長的過程。當前，有不少人以為5G的作用僅僅是提高了網速，沒有出現讓人們憧憬的無線通信帶來的美好生活。其實，這和幾十年前人們問互聯網有什么用，電腦有什么用？是一個道理。5G除了帶來更極致的體驗和更大的容量外，還將開啟物聯網時代，并滲透進至各個行業。5G的運用會潛移默化地改變人們的生產和生活。但是只有需求還不夠，需要我們去開發應用場景，打通上下游的核心技術，做好營銷推廣，解決新技術可能帶來的社會問題，比研究AR、VR的應用，成熟的機器人網絡，讓全自動生產企業等越來越多地出現在中國。
工信部聯合中央網信辦、發展改革委等九部門印發《5G應用“揚帆”行動計劃(2021—2023年)》，從面向消費者(to C)、面向行業(to B)以及面向政府(to G)3個方面明確了未來3年重點行業5G應用發展方向，大力推動5G賦能千行百業。工信部先后編制印發《關于推動5G加快發展的通知》《“雙千兆”網絡協同發展行動計劃(2021—2023年)》《工業和信息化部辦公廳關于印發“5G+工業互聯網”512工程推進方案的通知》，從網絡建設、應用場景等方面加強政策指導和支持，引導各方合力推動5G應用發展。據工信部統計數據顯示，目前全國5G應用創新案例已超過1萬個，覆蓋22個國民經濟重要行業。面向信息消費、實體經濟、民生服務三大領域，“十四五”期間，15個行業的5G應用正成為相關部委及地方政府的推進重點。
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