工業(yè)5G - 未來(lái)的無(wú)線(xiàn)網(wǎng)絡(luò )

智能手機用戶(hù)以及工業(yè)公司都期待著(zhù)新的5G無(wú)線(xiàn)移動(dòng)標準的出現，這要歸功于哪些公司能夠連接他們的機器，從而使他們的生產(chǎn)工廠(chǎng)和內部物流操作更有效，更自主，更靈活比以往任何時(shí)候都。

今天，工廠(chǎng)中的大多數機器仍然通過(guò)電纜連接。但由于新的5G通信標準將于2020年開(kāi)始在德國推出，因此在不久的將來(lái)幾乎肯定會(huì )發(fā)生變化。它初的數據速度在1到5千兆位/秒之間，隨后增加到每秒20千兆位 - 這一重大飛躍將使其比系統的前身LTE快10到20倍。

這對智能手機用戶(hù)來(lái)說(shuō)是個(gè)好消息，因為5G可以讓他們隨時(shí)隨地觀(guān)看4K電影。但對于工業(yè)公司而言，它意味著(zhù)更多。這是工業(yè)4.0之路上的一個(gè)里程碑，其中綜合數字服務(wù)和物聯(lián)網(wǎng)將使智能工廠(chǎng)更加靈活和有效。 

5G設計為無(wú)線(xiàn)網(wǎng)絡(luò )，可以統一一切，從自動(dòng)貨架系統到生產(chǎn)機器人，空調系統和控制臺。它將是一個(gè)全面的網(wǎng)絡(luò )，可以在沒(méi)有任何電纜的情況下控制工廠(chǎng)。它堅固耐用，超快或配備舒適的帶寬。“機遇是巨大的，”西門(mén)子無(wú)線(xiàn)工業(yè)通信產(chǎn)品管理負責人Sander Rotmensen說(shuō)。“想象一下一個(gè)工廠(chǎng)綜合體，其中自動(dòng)駕駛車(chē)隊在交貨坡道，工廠(chǎng)大廳和倉庫之間來(lái)回運輸貨物，備件或成品，其時(shí)間恰好適應生產(chǎn)計劃。所有這一切都將由Industrial 5G實(shí)現。“ 

超快反應 

無(wú)論是汽車(chē)行業(yè)，化工公司還是電子制造業(yè)，5G對工業(yè)都具有吸引力。它可以在工廠(chǎng)綜合體中傳輸每平方公里100萬(wàn)個(gè)物聯(lián)網(wǎng)設備產(chǎn)生的數據。這可能涵蓋完整的生產(chǎn)線(xiàn)及其相關(guān)的溫度測量和流量傳感器，以及自動(dòng)移動(dòng)機器人。

有史以來(lái)一次，毫秒范圍下端的反應將是可能的，例如，如果攝像機識別傳送帶上的異物，則可以立即停止機器人手臂。此外，5G的高帶寬將實(shí)現充分利用增強現實(shí)的潛力，這標志著(zhù)人類(lèi)與機器之間相互作用的新階段。

由于這些優(yōu)勢，5G的市場(chǎng)預計將是巨大的。根據GSMA發(fā)布的“移動(dòng)經(jīng)濟2019年報告” - 移動(dòng)網(wǎng)絡(luò )運營(yíng)商協(xié)會(huì ) - 早在2025年，全球無(wú)線(xiàn)通信的15％將通過(guò)5G傳輸。如今，每年有6,100億美元用于建設5G網(wǎng)絡(luò )。根據這一預測，5G將在未來(lái)15年內為全球經(jīng)濟貢獻2.2萬(wàn)億美元，而這一增長(cháng)將主要受制造業(yè)和公用事業(yè)的推動(dòng)。

工業(yè)5G：新標準的誕生 

當然，工業(yè)中的無(wú)線(xiàn)通信并不新鮮。例如，今天西門(mén)子使用帶有RUGGEDCOM WIN的私人WiMAX無(wú)線(xiàn)解決方案，用于多種用途，包括快速識別石油和天然氣管道中的泄漏，監控和控制島上的電力網(wǎng)絡(luò )，以及工廠(chǎng)中的移動(dòng)運輸系統。此外，私人LTE網(wǎng)絡(luò )偶爾也會(huì )在工廠(chǎng)和港口等地方使用。西門(mén)子已成功使用工業(yè)WLAN進(jìn)行工業(yè)無(wú)線(xiàn)通信超過(guò)15年，并滿(mǎn)足無(wú)線(xiàn)安全所需的所有要求。IWLAN還與工業(yè)5G并行進(jìn)一步發(fā)展，因為5G的私有工業(yè)頻率在世界各地都無(wú)法獲得。但是這樣的網(wǎng)絡(luò )甚至沒(méi)有接近5G的性能范圍。“直到現在，隨著(zhù)工業(yè)5G的出現，

然而，盡管前景看好，但5G技術(shù)尚未普及。盡管?chē)H移動(dòng)無(wú)線(xiàn)電標準組織3GPP（第三代合作伙伴計劃）在2018年底公布了商用移動(dòng)無(wú)線(xiàn)網(wǎng)絡(luò )的5G組件標準，但它仍然沒(méi)有公布對工業(yè)5G標準的任何具體要求。它預計到2020年中期將填補這一空白。此外，在德國，很長(cháng)一段時(shí)間內工業(yè)公司是否能夠使用自己的頻段或依賴(lài)電信公司尚不清楚。 

在美國和中國推廣5G

該問(wèn)題由國際保護工業(yè)利益協(xié)會(huì )，5G聯(lián)網(wǎng)工業(yè)和自動(dòng)化聯(lián)盟（5G-ACIA）解決，其成員包括西門(mén)子和其他運營(yíng)技術(shù)（OT）和IT公司。由于他們的努力，可以在德國保留一個(gè)介于3.7和3.8千兆赫之間的100兆赫頻段，這些頻段可以由工業(yè)公司專(zhuān)門(mén)用于其本地網(wǎng)絡(luò )。“讓工業(yè)企業(yè)直接接觸這些頻率是有意義的，”Rotmensen說(shuō)。“畢竟，我們是了解工廠(chǎng)要求的人 - 因此我們可以根據我們的具體應用優(yōu)化網(wǎng)絡(luò )。”

安裝5G后，建立智能工廠(chǎng)將不再存在障礙 - 假設全球已建立工業(yè)5G。考慮到這一點(diǎn)，公司正在緊鑼密鼓地在兩個(gè)重要的全球市場(chǎng) - 美國和中國推出5G。“在本地工業(yè)網(wǎng)絡(luò )投入運行之前，西門(mén)子將為工業(yè)5G提供解決方案，”Rotmensen說(shuō)。“那是因為這種發(fā)展當然在很長(cháng)一段時(shí)間內都在西門(mén)子以及其他公司展開(kāi)。”

現實(shí)的期望

關(guān)于5G的機遇和限制，西門(mén)子工業(yè)通信與識別總經(jīng)理Herbert Wegmann提出三個(gè)問(wèn)題。

人們一直在談?wù)?G，但工業(yè)5G的標準要到2020年中才會(huì )公布。你不耐心嗎？

赫爾曼韋格曼：不，因為現在只是一個(gè)時(shí)間問(wèn)題。重要的是，工業(yè)公司的要求正在國際移動(dòng)無(wú)線(xiàn)電標準組織3GPP的16版（預期M2020）和17版（預期的E2020）中標準化。更重要的是，促進(jìn)系統被工業(yè)公司接受的另一個(gè)重要步驟是聯(lián)邦網(wǎng)絡(luò )局決定讓希望在工廠(chǎng)中使用5G的公司創(chuàng )建自己的本地網(wǎng)絡(luò )。現在很明顯，在德國，我們可以使用3.7和3.8 GHz之間的100 MHz頻段用于高質(zhì)量服務(wù)的工業(yè)應用。我們對此感到高興，不僅因為我們提倡這一政策，而且因為工業(yè)5G將使我們完全連接工業(yè)。

5G的哪個(gè)方面給你留下深刻的印象？

Wegmann：數字 - 每平方公里100萬(wàn)個(gè)連接單元，傳輸速率高達每秒20千兆位，反應時(shí)間僅為幾毫秒。這些數字不言自明。但令我印象深刻的是工業(yè)5G將成為可能的事情。它可用于開(kāi)發(fā)全新且靈活的工廠(chǎng)概念。公司將能夠隨時(shí)根據當前情況動(dòng)態(tài)調整其生產(chǎn)區域，而無(wú)需對其基礎架構進(jìn)行重大更改。一旦我們開(kāi)始意識到這些可能性，我們就不會(huì )達到自組織工廠(chǎng)的愿景。

什么是5G的限制？

韋格曼：當然，我們須有現實(shí)的期望。如果您想象5G的三個(gè)優(yōu)點(diǎn) - 帶寬，連接設備的數量和服務(wù)質(zhì)量 - 在三角形中，您無(wú)法無(wú)限擴展所有三個(gè)方面。對于工業(yè)應用，這意味著(zhù)如果您需要為確定性自動(dòng)化系統提供高質(zhì)量的服務(wù)，您將不再擁有5G的全部帶寬或大數量結構。這就是本地頻段對工業(yè)企業(yè)如此重要的原因。這是每個(gè)用戶(hù)以與有線(xiàn)時(shí)間敏感網(wǎng)絡(luò )（TSN）系統的方法類(lèi)似的方式為其應用優(yōu)化無(wú)線(xiàn)網(wǎng)絡(luò )的方式。