Οι βιομηχανίες διεργασιών και άλλες μεταποιητικές βιομηχανίες εισάγουν ψηφιακές τεχνολογίες για την περαιτέρω βελτίωση της αποτελεσματικότητας της παραγωγής. Ως βασική τεχνολογία, η ασύρματη επικοινωνία που παρέχει συνδεσιμότητα όπου κι αν αναπτύσσεται γίνεται όλο και πιο σημαντική. Ταυτόχρονα, η ασύρματη επικοινωνία πρέπει να καλύψει τις ανάγκες μιας ποικιλίας εφαρμογών, η οποία καθίσταται όλο και πιο δύσκολη.
01 Επισκόπηση λειτουργιών επικοινωνίας 5G
Μετά από 3G και 4G\/LTE, το "5G" είναι η πέμπτη γενιά συστημάτων κινητής επικοινωνίας. Ενώ αυτές οι γενιές συστημάτων έχουν αναπτυχθεί περισσότερο για υπηρεσίες προσωπικής επικοινωνίας, το 5G μπορεί επίσης να χρησιμοποιηθεί για την υποδομή δικτύου Internet of Things (IoT), η οποία θα συνδέει όλες τις συσκευές και τα αντικείμενα στην καθημερινή ζωή, την κατασκευή και άλλες βιομηχανίες.
Τρία χαρακτηριστικά της επικοινωνίας 5G και των πρακτικών εφαρμογών τους.
● βελτιωμένη ευρυζωνική ευρυζωνική σύνδεση
Το 5G επικεντρώνεται στην αύξηση της απόδοσης δεδομένων των ευρυζωνικών ασύρματων επικοινωνιών, η οποία έχει ενισχυθεί σε προηγούμενες γενιές. Οι ευρυζωνικές υπηρεσίες για smartphones και άλλες κινητές συσκευές αποτελούν πρωταρχικό παράδειγμα εκμετάλλευσης αυτού του χαρακτηριστικού.
● Εξαιρετική επικοινωνία χαμηλής καθυστέρησης
Το 5G έχει σχεδιαστεί για να επιτρέπει την εξαιρετικά αξιόπιστη ασύρματη επικοινωνία και την ασύρματη επικοινωνία σε πραγματικό χρόνο.
● επικοινωνία μεγάλης κλίμακας μηχανής
Αυτό το χαρακτηριστικό σημαίνει ότι πολλά τερματικά χαμηλής κυκλοφορίας συνδέονται ταυτόχρονα.
02 Ειδικό φάσμα σε 5g
Με τις περισσότερες υπάρχουσες τεχνολογίες ασύρματης επικοινωνίας, αυτό το φάσμα που δεν έχει άδεια χρήσης μπορεί να χρησιμοποιηθεί για μια ποικιλία σεναρίων με απεριόριστο αριθμό χρηστών. Ωστόσο, υπάρχει κίνδυνος παρεμβολής μεταξύ διαφορετικών ασύρματων συστημάτων στην ίδια ζώνη συχνοτήτων.
03 Λειτουργικό ιδιωτικό δίκτυο (τοπικό 5G)
Τα υπάρχοντα συστήματα κινητής επικοινωνίας έχουν συνήθως σχεδιαστεί για να παρέχουν ένα ευρύ φάσμα υπηρεσιών επικοινωνίας σε ένα εθνικό δίκτυο που δημιουργείται από έναν χειριστή δικτύου κινητής τηλεφωνίας.
04 Διεθνής Τυποποίηση 5G
Σε ορισμένες χώρες, οι εταιρείες και οι τοπικές κυβερνήσεις αναμένεται να οικοδομήσουν και να εκμεταλλευτούν τα δικά τους αφοσιωμένα δίκτυα 5G. Μετά την απόκτηση άδειας, οι τοπικοί φορείς εκμετάλλευσης μπορούν να χρησιμοποιήσουν αποκλειστικά αυτές τις ζώνες στην περιοχή τους.
Το 5G αναμένεται να χρησιμοποιηθεί στην παραδοσιακή βιομηχανία κινητών επικοινωνιών και σε πολλές άλλες βιομηχανίες. Η συμπερίληψη νέων απαιτήσεων για βιομηχανικές εφαρμογές αποτελεί σημαντικό παράγοντα για την επιτυχή ανάπτυξη των προτύπων. Μεγάλες εταιρείες από τις βιομηχανίες παραγωγής και τηλεπικοινωνιών συμμετέχουν ενεργά και διερευνούν την εφαρμογή της τεχνολογίας 5G στον κλάδο της μεταποίησης.
05 Πέντε πιθανές εφαρμογές στον κλάδο των διαδικασιών
Στον τομέα της μεταποίησης, οι απαιτήσεις επικοινωνίας για διαφορετικές εφαρμογές πεδίου ποικίλλουν και όπως αναφέρθηκε προηγουμένως, το 5G αναμένεται να χρησιμοποιηθεί ως ασύρματη υποδομή ικανή να εισαγάγει μια ποικιλία ασύρματων εργοστασιακών εφαρμογών. Επιπλέον, αυτές οι εφαρμογές που αξιοποιούν καλύτερα τα χαρακτηριστικά επικοινωνίας της 5G αναπτύσσονται για να διευκολύνουν τις ψηφιακές απομακρυσμένες λειτουργίες στην κατασκευή.
1. Υποστήριξη λειτουργίας επί τόπου για κινητές συσκευές
Οι κινητές συσκευές αναπτύσσονται στο πεδίο για την αύξηση της παραγωγικότητας και η τρέχουσα κάλυψη δικτύου και ο όρια του εύρους ζώνης πεδίου περιορίζουν την υποστήριξη εφαρμογών μέσω ασύρματης επικοινωνίας. Το 5G θα επιτρέψει την ευρυζωνική ασύρματη επικοινωνία σε υψηλότερες ταχύτητες και χαμηλότερη καθυστέρηση σε οποιαδήποτε περιοχή του εργοστασίου.
Η Augmented Reality (AR) είναι ένα από τα σενάρια εφαρμογής του 5G Enhanced Mobile Broadband. Παρόλο που το AR απαιτεί πολλά δεδομένα, μπορεί να υπερβεί εικόνες υψηλής ευκρίνειας στη συσκευή προορισμού και να τις εμφανίζει σε πραγματικό χρόνο στο δισκίο του εργαζομένου ή στη φορητή συσκευή τερματικού, παρέχοντας μια διαισθητική λύση. Οι εργαζόμενοι στο πεδίο μπορούν να λειτουργούν τον εξοπλισμό -στόχο, ενώ αναφέρονται στις διαδικασίες εργασίας που υπερβαίνουν ή να μοιράζονται εικόνες σε πραγματικό χρόνο με τεχνικούς σε απομακρυσμένες τοποθεσίες και να λαμβάνουν συγκεκριμένες συστάσεις. Δεν βοηθά μόνο στη βελτίωση της αποτελεσματικότητας, της αξιοπιστίας και της ασφάλειας της εργασίας στον τομέα, αλλά και να μεταβιβάσει πιο αποτελεσματικά τις δεξιότητες μέσω της πρακτικής.
2. Απομακρυσμένη παρακολούθηση με εικόνες υψηλής ευκρίνειας
Το 5G έχει μεγαλύτερη χωρητικότητα από την προηγούμενη γενιά 4G\/LTE, ειδικά όσον αφορά τις επικοινωνίες Uplink. Αυτό καθιστά δυνατή τη ροή βίντεο σε 4Κ ή υψηλότερη ανάλυση σε πραγματικό χρόνο. Στα εργοστάσια, μια πιθανή χρήση είναι η χρήση ασύρματων φωτογραφικών μηχανών για απομακρυσμένη παρακολούθηση. Όταν η σαφήνεια της εικόνας είναι αρκετά υψηλή ώστε να διακρίνει τις λεπτές αλλαγές στο χρώμα της επιφάνειας υγρού ή στη διάβρωση του σωλήνα, η οπτική επιθεώρηση μπορεί να πραγματοποιηθεί εξ αποστάσεως. Οι εικόνες υψηλής ανάλυσης μπορούν επίσης να χρησιμοποιηθούν ως εισροές για τα αναλυτικά στοιχεία AI, τα οποία μπορούν να ανιχνεύσουν αυτόματα ανωμαλίες όπως η μη εξουσιοδοτημένη ανθρώπινη εισβολή ή καταστάσεις όπως οι πυρκαγιές.
3. Cloud Robots
Καθώς ο εργαζόμενος πληθυσμός συρρικνώνεται, τα κινητά ρομπότ αναμένεται να εξασφαλίσουν ότι τα εργοστάσια λειτουργούν με ασφάλεια και αξιόπιστα. Τα ρομπότ κινούνται αυτόνομα σε όλο το εργοστάσιο, λαμβάνοντας υπόψη τους εργαζόμενους για να περιπολούν επικίνδυνες περιοχές. Τα αεροσκάφη μπορούν να εκτελέσουν εργασίες υψηλού υψομέτρου, η οποία μπορεί να είναι επικίνδυνη για τους εργαζόμενους. Το "Cloud Robotics" αναδύεται ως μια πολλά υποσχόμενη τεχνολογία. Επειδή οι λειτουργίες ελέγχου στο σύννεφο δεν περιορίζονται από την υπολογιστική απόδοση του ρομπότ, μπορούν να αναπτυχθούν προηγμένες λειτουργίες ελέγχου.
Χρησιμοποιώντας τις ιδιότητες υψηλής ταχύτητας και υψηλής χωρητικότητας, το 5G επιτρέπει στα κινητά ρομπότ να συνδεθούν ασύρματα με λειτουργίες ελέγχου στο σύννεφο σε πραγματικό χρόνο. Χρησιμοποιήστε μαζικούς υπολογιστικούς πόρους στο σύννεφο και επεξεργαστείτε μεγάλες ποσότητες δεδομένων αισθητήρων σε πραγματικό χρόνο. Τα εξαιρετικά αξιόπιστα χαρακτηριστικά και χαμηλής καθυστέρησης που προσφέρονται από το 5G επιτρέπουν τη χρήση του για επείγουσες, ευαίσθητες στο χρόνο επικοινωνίες, οι οποίες μπορούν να αποφύγουν γεγονότα όπως συγκρούσεις μεταξύ ρομπότ και εξοπλισμού κινητής διαδικασίας.
4. Σύστημα ελέγχου ασύρματου\/νέφους
Η υπάρχουσα ασύρματη τεχνολογία δεν μπορεί να επιτύχει ταυτόχρονα υψηλή αξιοπιστία και χαμηλή λανθάνουσα κατάσταση, αλλά μπορεί να επιτευχθεί με 5G. Αυτό καθιστά το 5G διαθέσιμο για εφαρμογές κρίσιμης σημασίας για την αποστολή. Μια πιθανή εφαρμογή είναι το ασύρματο μέρος ενός κατανεμημένου συστήματος ελέγχου (DCS) για τη μείωση του κόστους εγκατάστασης και διατήρησης των καλωδίων επικοινωνίας σε μια ευρεία περιοχή φυτών. Τα σημεία παρακολούθησης μπορούν επίσης να προστεθούν και να τροποποιηθούν χωρίς καμία χειραγώγηση των καλωδίων επικοινωνίας.
Επιπλέον, εάν το 5G εξασφαλίζει εξαιρετικά αξιόπιστη επικοινωνία χαμηλής καθυστέρησης μεταξύ συσκευών πεδίου και σύννεφων, ελεγκτών και άλλων λειτουργιών DCS μπορεί να ρυθμιστεί στο σύννεφο διατηρώντας παράλληλα την κρίσιμη απόδοση της αποστολής. Εκτός από τα εξωτερικά συστήματα cloud, το 5G μπορεί επίσης να χρησιμοποιηθεί με υπολογιστική ακμή πολλαπλών πρόσβασης (MEC), το οποίο θα κατασκευάσει μια πλατφόρμα υπολογιστών χαμηλής καθυστέρησης στο δίκτυο. Όταν εφαρμόζονται εφαρμογές ελέγχου στην πλατφόρμα MEC, οι υπηρεσίες ελέγχου σύννεφων μπορούν να ενεργοποιηθούν για να επωφεληθούν πλήρως από την υψηλή αξιοπιστία και τη χαμηλή καθυστέρηση των 5G χωρίς την ανάγκη για το Διαδίκτυο ή άλλα δίκτυα.
5. Συνδεδεμένοι αισθητήρες για ψηφιακά δίδυμα
Το ψηφιακό δίδυμο είναι η ψηφιακή πραγματοποίηση του πραγματικού εργοστασίου στον κυβερνοχώρο και αποτελεί το θεμέλιο για τον ψηφιακό μετασχηματισμό των εργοστασιακών εργασιών. Οι εφαρμογές δεν περιορίζονται σε στατικές πληροφορίες σχεδιασμού ψηφιακών εγκαταστάσεων. Τα ψηφιακά δίδυμα αντικατοπτρίζουν τις πραγματικές συνθήκες των φυτών σε πραγματικό χρόνο, επιτρέποντας την πρόβλεψη συντήρησης και βελτιστοποιημένες λειτουργίες μέσω της προσομοίωσης και της ανάλυσης AI.
Για να συγχρονιστούν με μεγαλύτερη ακρίβεια την κατάσταση των φυσικών και ψηφιακών δίδυμων, οι εταιρείες πρέπει να κατανοούν με ακρίβεια την κατάσταση του εξοπλισμού, των αγωγών και άλλων περιουσιακών στοιχείων, καθώς και τις καιρικές συνθήκες και άλλες συνθήκες. Για να γίνει αυτό, το εργοστάσιο έπρεπε να εγκαταστήσει πολλούς αισθητήρες. Για να καλύψει αυτό το αίτημα, κάθε αισθητήρας πρέπει να είναι ασύρματο, φθηνό και ικανό να λειτουργεί για χρόνια χωρίς να χρειάζεται να αντικαταστήσει την μπαταρία. Η ικανότητα του 5G να συνδέει πολλαπλές συσκευές ταυτόχρονα είναι το κλειδί για αυτήν την εφαρμογή.
Πιθανές περιπτώσεις εφαρμογών 5G στα εργοστάσια περιλαμβάνουν υποστήριξη για κινητές συσκευές, απομακρυσμένη παρακολούθηση, ρομποτική σύννεφο, ασύρματα συστήματα ελέγχου\/cloud και βελτιωμένη συνδεσιμότητα αισθητήρων για ψηφιακή βελτιστοποίηση δίδυμων.
06 Κατάσταση και προκλήσεις των βιομηχανικών εφαρμογών 5G
Παρά τις πολλές πιθανές περιπτώσεις εφαρμογών στο εργοστάσιο, το 5G δεν έχει ακόμη εφαρμοστεί ευρέως στον κλάδο των διαδικασιών. Οι βιομηχανικές εφαρμογές 5G εξακολουθούν να αντιμετωπίζουν πολλές προκλήσεις.
Προκειμένου να καλύψουν τις ανάγκες των καταναλωτικών και βιομηχανικών εφαρμογών, το 5G πρέπει να υποστηρίζει πολλαπλές λειτουργίες. Το πρότυπο 5G αναπτύσσεται με φάση με διαφορετικές προτεραιότητες. Οι εκδόσεις R16 και αργότερα του προτύπου 5G περιλαμβάνουν χαρακτηριστικά που μπορούν να χρησιμοποιηθούν για βιομηχανικές εφαρμογές. Βελτιώνουν τις επικοινωνίες υψηλής αξιοποίησης, χαμηλής καθυστέρησης και ιδιωτικά δίκτυα, καθώς και υποστηρίζουν τη διαδηλώσεις με ευαίσθητα στο χρόνο δίκτυα (TSN), μια βασική τεχνολογία δικτύωσης στον αυτοματισμό.
Οι δυνατότητες του βιομηχανικού τομέα θα ενισχυθούν περαιτέρω στα πρότυπα R18 και αργότερα (5G-Advanced). Ενώ η 5G προσφέρει προηγμένες βιομηχανικές δυνατότητες, όπως η υψηλή αξιοπιστία, η χαμηλή λανθάνουσα κατάσταση και η ταυτόχρονη συνδεσιμότητα πολλαπλών σημείων, η περαιτέρω ανάπτυξη των προτύπων 5G, τα προϊόντα συμμόρφωσης και η υποδομή απαιτούνται για την υποστήριξη αυτών των δυνατοτήτων.
Οι διαμορφώσεις δοκιμών απόδειξης της ιδέας χρησιμοποιούν νέους αλγόριθμους και 5G για να λύσουν δύσκολες προκλήσεις ελέγχου διεργασιών.
07 Απόδειξη της έννοιας της τεχνολογίας τηλεχειριστηρίου χρησιμοποιώντας 5G
Ενώ το POC είναι ένα πολλά υποσχόμενο βήμα, απαιτούνται περαιτέρω δοκιμές για την ανάπτυξη μιας σαφούς εμπορικής αξίας για τις βιομηχανικές λύσεις 5G. Μία πιθανή λύση είναι η ανάπτυξη συσκευών ασύρματης επικοινωνίας υψηλής ταχύτητας σε εργοστάσια και χρησιμοποιείτε αυτόνομη τεχνολογία AI βασισμένη σε σύννεφο για τον έλεγχο των συσκευών σε πραγματικό χρόνο.
08 5 G και αυτόνομος έλεγχος με βάση το σύννεφο AI
Ο συνδυασμός των FKDPP και Cloud με 5G, το οποίο προσφέρει χαμηλή λανθάνουσα κατάσταση και τη δυνατότητα σύνδεσης πολλών συσκευών, αναμένεται να γίνει η βασική τεχνολογία για την επίτευξη βιομηχανικού αυτόνομου ελέγχου.
Πολλές βιομηχανίες αρχίζουν να εξετάζουν τη χρήση της τεχνολογίας ασύρματης επικοινωνίας 5G για την επιτάχυνση του ψηφιακού μετασχηματισμού. Η υψηλή αξιοπιστία, η χαμηλή λανθάνουσα κατάσταση και η δυνατότητα σύνδεσης πολλαπλών συσκευών ταυτόχρονα είναι κρίσιμες για τις βιομηχανικές εφαρμογές. Προκειμένου να επιτευχθεί ένα ευρύτερο φάσμα εφαρμογών, είναι απαραίτητο να βελτιωθεί συνεχώς το πρότυπο 5G, να παρέχουμε πιο ώριμα προϊόντα συμμόρφωσης και υποδομές και να δείξουμε στους χρήστες τα μοναδικά πλεονεκτήματα και την αξία που ασκούνται από το 5G.