文獻標識碼：B文章編號：1003-0492（2024）07-078-08中圖分類號：TP29

★左志軍，陳科霖，賀毅，楊猛（廣州明珞裝備股份有限公司，廣東廣州510535）

關鍵詞：離線5G通信；自動化生產(chǎn)線；高可靠性；快速搭建

1　引言

隨著工業(yè)4.0時代的到來，自動化生產(chǎn)線已經(jīng)成為現(xiàn)代制造業(yè)的重要組成部分。而在自動化生產(chǎn)線中，通信網(wǎng)絡起著至關重要的作用。傳統(tǒng)的有線通信網(wǎng)絡雖然穩(wěn)定性較高，但部署成本高昂且靈活性較差，難以滿足現(xiàn)代生產(chǎn)線的需求。相比之下，無線通信網(wǎng)絡具有部署靈活、成本低廉等優(yōu)點，但由于其易受環(huán)境干擾和信號衰減的影響，穩(wěn)定性和可靠性成為了亟待解決的問題。5G可以滿足工業(yè)現(xiàn)場網(wǎng)絡靈活組網(wǎng)和無線通信的需求^[1]。例如，個性化定制要求生產(chǎn)線具有更高的靈活性，甚至可根據(jù)訂單變化和業(yè)務需求而快速增加、移除可移動操作設備實現(xiàn)生產(chǎn)線重構，這要求現(xiàn)場網(wǎng)絡也能夠支持靈活可重構的組網(wǎng)方式^[2]。此外5G通信技術以其高速度、大容量、低時延等特點，為工業(yè)現(xiàn)場網(wǎng)絡提供了全新的解決方案。然而，5G通信在實際應用中也存在一些問題，如覆蓋范圍有限、設備接入兼容性需要適配等。因此，如何快速高效地搭建出高可靠的離線5G通信現(xiàn)場網(wǎng)^[3]，并將其應用于自動化生產(chǎn)線交付過程中，是當前亟需解決的問題?；谝陨媳尘?，本文以高可靠快速搭建的離線5G通信現(xiàn)場網(wǎng)在自動化生產(chǎn)線交付過程中的研究與應用為主題，探索了一種適用于現(xiàn)代化生產(chǎn)線的新型通信網(wǎng)絡解決方案。這一研究對提高自動化生產(chǎn)線的生產(chǎn)效率和質量、降低企業(yè)運營成本、推動制造業(yè)的轉型升級具有重要意義。

近年來，國內(nèi)外對5G通信技術的研究已經(jīng)取得了顯著的進展。在國外，美國、歐洲等地的電信運營商已經(jīng)開始大規(guī)模部署5G網(wǎng)絡，并在多個領域實現(xiàn)了商業(yè)化應用。然而，5G通信在自動化生產(chǎn)線的應用方面，仍處于初級階段^[4]。目前的研究重點集中在5G通信技術的基礎理論和技術實現(xiàn)上，而對于如何將5G通信技術應用于自動化生產(chǎn)線交付過程中的具體實踐還較少。在國內(nèi)，盡管5G通信技術的研發(fā)和推廣正在加速推進，但在自動化生產(chǎn)線交付過程中的應用研究仍相對較弱。現(xiàn)有的研究多集中于單一設備或特定領域的應用，缺乏整體性、系統(tǒng)性的研究。同時，由于我國工業(yè)化水平的不斷提高，對自動化生產(chǎn)線的需求也在不斷增加，因此對5G通信在自動化生產(chǎn)線交付過程中的研究與應用有著巨大的市場需求和發(fā)展?jié)摿?sup>[5]。未來，隨著5G通信技術的不斷發(fā)展和完善，以及智能制造的不斷推進，預計5G通信在自動化生產(chǎn)線交付過程中的應用將會得到更廣泛的關注和研究。本文的研究目標是提出一種高可靠快速搭建的離線5G通信現(xiàn)場網(wǎng)在自動化生產(chǎn)線交付過程中的實現(xiàn)方案，以提高自動化生產(chǎn)線的通信質量和效率。為了達到這一目標，本文將圍繞以下幾個方面的內(nèi)容展開研究：（1）對現(xiàn)有5G通信技術進行梳理和分析，了解其基本原理、特點以及其在自動化生產(chǎn)線交付過程中的應用前景。（2）基于5G通信技術，設計并實現(xiàn)一套適用于自動化生產(chǎn)線交付過程的離線5G通信現(xiàn)場網(wǎng)，以滿足生產(chǎn)線實時監(jiān)控、數(shù)據(jù)傳輸?shù)刃枨?。?）對所提出的離線5G通信現(xiàn)場網(wǎng)進行實踐驗證，分析其實時性、可靠性等方面的性能指標，以確保其能夠在實際生產(chǎn)環(huán)境中穩(wěn)定運行。（4）根據(jù)實驗證明的結果，對所提出的離線5G通信現(xiàn)場網(wǎng)進行優(yōu)化，提升其性能表現(xiàn)。（5）分析離線5G通信現(xiàn)場網(wǎng)在自動化生產(chǎn)線交付過程中的經(jīng)濟效益和社會效益，為相關企業(yè)和行業(yè)提供決策支持。通過對上述內(nèi)容的研究，本文希望能夠為5G通信技術在自動化生產(chǎn)線交付過程中的應用提供一定的理論依據(jù)和技術支撐，促進制造業(yè)向更高層次的智能化、自動化發(fā)展^[4]。

2　離線5G通信技術與自動化

2.1　5G通信的基本概念

5G（Fifth Generation）是指第五代移動通信技術，是繼2G、3G、4G之后的最新一代蜂窩移動通信技術。5G不僅僅是更快的移動網(wǎng)絡速度，還通過一系列技術創(chuàng)新，提供了全新的功能和服務，包括增強型移動寬帶（eMBB）、海量機器類通信（mMTC）和超可靠低延遲通信（URLLC）。這些特性使得5G技術能夠廣泛應用在眾多領域，例如自動駕駛、遠程醫(yī)療、智慧城市、物聯(lián)網(wǎng)等等。此外，5G網(wǎng)絡采用了更高的頻率波段，使其能夠承載更多的數(shù)據(jù)流量和連接更多的設備^[6]。

2.2　5G通信的關鍵技術

5G通信的關鍵技術主要包括：（1）多址技術：采用新的多址接入方式，比如正交頻分復用（OFDM）和載波聚合（CA），能夠充分利用頻譜資源，提高了數(shù)據(jù)傳輸速率和系統(tǒng)容量^[3]。（2）寬帶射頻技術：采用毫米波、亞毫米波等高頻段頻譜資源，能夠提供更大的帶寬和更高的數(shù)據(jù)傳輸速率。（3）天線技術：采用多天線陣列和波束賦形技術，能夠提高空間分集增益和定向性，從而提高系統(tǒng)的抗干擾能力和信號質量。（4）光纖傳輸技術：利用光纖作為物理介質，實現(xiàn)超高速的數(shù)據(jù)傳輸^[7]。（5）云計算和大數(shù)據(jù)處理技術：將大量的數(shù)據(jù)處理任務遷移到云端，減少了本地計算負載，提高了系統(tǒng)的響應速度和容錯能力。（6）軟件定義網(wǎng)絡（SDN）和網(wǎng)絡功能虛擬化（NFV）：將傳統(tǒng)硬件設備的功能抽象出來，轉變?yōu)檐浖问?，實現(xiàn)網(wǎng)絡的靈活管理和資源動態(tài)分配。（7）人工智能和機器學習技術：用于優(yōu)化網(wǎng)絡資源配置、預測網(wǎng)絡行為，提高了網(wǎng)絡的智能化程度。（8）網(wǎng)絡切片技術：通過虛擬化技術將一張物理網(wǎng)絡切割成多張邏輯網(wǎng)絡，每張邏輯網(wǎng)絡可以獨立配置和管理，滿足了不同業(yè)務場景的需求^[3]。

2.3　5G通信的特點及優(yōu)勢

5G通信技術相對于前幾代移動通信技術，有以下特點和優(yōu)勢：（1）更高的傳輸速率：5G的最大理論峰值下載速度可以達到10Gbps，比4G快了幾百倍，能夠滿足未來智能工廠、無人駕駛等領域的高速數(shù)據(jù)傳輸需求。（2）更大的連接密度：5G的連接密度可以達到每平方公里百萬級別的設備，這將極大地擴展物聯(lián)網(wǎng)的應用場景。（3）更低的時延：5G的端到端時延可達到毫秒級別，這對于需要實時反饋控制的自動化生產(chǎn)線來說至關重要。（4）更高的能效：5G的技術創(chuàng)新使網(wǎng)絡設備的能耗大大降低，提高了能源使用效率^[8]。（5）更強的安全性：5G支持多種安全機制，如加密算法、身份認證、訪問控制等，可以保證自動化生產(chǎn)線的數(shù)據(jù)安全。（6）更靈活的網(wǎng)絡配置：5G引入了網(wǎng)絡切片的概念，可以根據(jù)不同的業(yè)務需求定制專屬的網(wǎng)絡服務，滿足了多樣化的需求。綜上所述，5G通信技術具有高速率、大連接密度、低時延、高能效、安全性強、靈活配置等特點，能滿足自動化生產(chǎn)線交付過程中的通信需求^[9]。

2.4　自動化生產(chǎn)線的基本概念

自動化生產(chǎn)線是一種先進的智能制造模式，它通過將各種生產(chǎn)設備和控制系統(tǒng)有機結合起來，實現(xiàn)產(chǎn)品的批量生產(chǎn)。自動化生產(chǎn)線通常由輸送系統(tǒng)、加工系統(tǒng)、檢測系統(tǒng)、控制系統(tǒng)等多個部分組成，通過計算機進行集成控制，實現(xiàn)物料搬運、加工、裝配、檢驗等全過程的自動化作業(yè)。自動化生產(chǎn)線的使用，可以提高生產(chǎn)效率、降低成本、保證產(chǎn)品質量和一致性，實現(xiàn)了生產(chǎn)過程的精益化和智能化^[10]。

2.5　5G通信的特點及優(yōu)勢

自動化生產(chǎn)線的關鍵技術包括傳感器技術、機械傳動技術、機器人技術、視覺識別技術、信息管理系統(tǒng)等。

傳感器技術負責采集生產(chǎn)線上的各種狀態(tài)信息，如溫度、壓力、位置、速度等，為后續(xù)的控制和管理提供基礎數(shù)據(jù)；工藝生產(chǎn)設備是實現(xiàn)加工工藝的設備，如數(shù)控機床、焊機、壓機、擰緊機等；機器人技術則是自動化生產(chǎn)線中非常重要的一環(huán)，它可以完成重復性的、繁瑣的工作，如搬運、組裝、檢測等；數(shù)字孿生系統(tǒng)是一種通過構建一個物理系統(tǒng)的數(shù)字模型，將現(xiàn)實世界與數(shù)字空間相結合的技術，可以真實地顯現(xiàn)自動化產(chǎn)線各種運行狀態(tài)，如焊接線過程的實時監(jiān)控、遠程維護、工藝參數(shù)優(yōu)化、故障預測等，從而提高了生產(chǎn)效率，降低了運營成本，并確保了焊接質量^[1]。

3　高可靠快速搭建的離線5G通信現(xiàn)場網(wǎng)設計

3.1　系統(tǒng)方案架構設計

隨著5G通信技術被廣泛應用，工控領域也迎來了新的機遇和挑戰(zhàn)^[9]。在高實時控制系統(tǒng)中，5G通信網(wǎng)絡可以部署實現(xiàn)數(shù)字化、智能化和柔性化產(chǎn)線控制網(wǎng)絡結構，但是，面對工作環(huán)境嚴峻、技術要求高的工業(yè)控制領域，5G通信網(wǎng)絡也同樣面臨著一些挑戰(zhàn)：

（1）工業(yè)控制系統(tǒng)的高可靠性和低時延性對5G通信網(wǎng)絡提出了更高的要求。在實時控制和遠程操作中，任何網(wǎng)絡延遲或信號丟失都可能導致生產(chǎn)事故或質量問題，因此需要確保5G無線網(wǎng)絡的穩(wěn)定性和可靠性。

（2）在生產(chǎn)過程中，隨著工控設備的增加，設備間互聯(lián)和數(shù)據(jù)傳輸量也大大增加，對5G網(wǎng)絡帶寬和服務器數(shù)據(jù)處理能力提出了挑戰(zhàn)。如何有效管理和優(yōu)化工控系統(tǒng)的數(shù)據(jù)流量，確保實時性和準確性，也是5G通信網(wǎng)絡技術需要解決的問題之一。

（3）5G網(wǎng)絡的開放性同時增加了安全方面的風險，工控領域對網(wǎng)絡安全和隱私保護有著高要求，需要采取高安全級別的措施，來防止網(wǎng)絡被惡意攻擊或數(shù)據(jù)泄露。

綜上所述，5G通信在工控領域的應用雖然帶來了許多機遇，但也面臨著諸多挑戰(zhàn)，需要在技術、管理和安全等方面持續(xù)進行創(chuàng)新和優(yōu)化，以實現(xiàn)工業(yè)生產(chǎn)的數(shù)字化和智能化落地^[10]。

3.2　5G網(wǎng)絡拓撲在毫秒級高實時控制系統(tǒng)中的應用場景分析

針對離線5G通信現(xiàn)場網(wǎng)在自動化生產(chǎn)線交付過程中的應用，我們考慮構建以下系統(tǒng)架構：

物理層（如圖1所示）：包括5G基站雙頻雙發(fā)選收、傳輸鏈路、電源系統(tǒng)等基礎設施，負責提供穩(wěn)定的網(wǎng)絡連接和供電保障。

圖1 離線5G核心網(wǎng)絡架構

網(wǎng)絡控制層：uRLLC場景的業(yè)務對PLC控制時延要求極為嚴格，西門子默認時延2ms，看門狗3次重連聯(lián)，單次最大時延6ms，安全I/O型模組對通信可靠性要求不低于99.999%，端到端切片、網(wǎng)絡安全要求和辦公業(yè)務完全隔離。因此，如圖2所示進行頻譜規(guī)劃設計、工業(yè)應用部署規(guī)劃、業(yè)務流量隔離規(guī)劃、網(wǎng)絡覆蓋規(guī)劃等，實現(xiàn)網(wǎng)絡的管理與控制、數(shù)據(jù)的路由交換與轉發(fā)^[12]。

圖2 離線5G網(wǎng)絡設計

數(shù)據(jù)管理層（如圖3所示）包括數(shù)據(jù)庫服務器、存儲設備等，負責存儲和管理自動化生產(chǎn)線的各種數(shù)據(jù)和信息。

圖3 服務器資源DockerCompose管理分配

應用層（如圖4所示）：包括各種應用程序和客戶端，如監(jiān)控系統(tǒng)、數(shù)據(jù)分析系統(tǒng)、生產(chǎn)調(diào)度系統(tǒng)等，用于實現(xiàn)自動化生產(chǎn)線的監(jiān)控、控制和管理^[12]。該系統(tǒng)架構采用了模塊化的設計思路，各個層級之間相互獨立而又協(xié)同工作，能夠有效地提高系統(tǒng)的可靠性和可用性，同時便于后期的維護和升級。

圖4 應用綜合管理平臺架構

4　離線5G現(xiàn)場網(wǎng)在自動化生產(chǎn)線的應用

4.1　應用場景搭建

自動化生產(chǎn)線交付過程中的5G應用場景可以分為產(chǎn)線內(nèi)部物流、生產(chǎn)過程控制、質量檢測和遠程監(jiān)控等幾個方面^[13]如圖5所示。

內(nèi)部物流：在自動化生產(chǎn)線的交付過程中，物流的實時跟蹤和管理是至關重要的。離線5G通信現(xiàn)場網(wǎng)可以幫助實現(xiàn)物流信息的實時傳輸和處理，從而實現(xiàn)物流的可視化和追蹤，提高了物流效率。

生產(chǎn)過程控制：在自動化生產(chǎn)線的交付過程中，生產(chǎn)過程的控制是非常重要的。離線5G通信現(xiàn)場網(wǎng)，可以實現(xiàn)實時的遠程生產(chǎn)調(diào)度，在交付過程中可減少現(xiàn)場鋪設通訊網(wǎng)絡線路的工期，提高了生產(chǎn)效率和質量^[14]。

圖5 離線5G產(chǎn)線網(wǎng)絡拓撲案例

數(shù)字化系統(tǒng)：在設備交付驗證階段，產(chǎn)線集成生產(chǎn)方可以利用離線5G現(xiàn)場網(wǎng)和數(shù)字孿生系統(tǒng)相結合^[14]（如圖6所示），為客戶提供更加全面、高效的服務。通過遠程監(jiān)控和數(shù)據(jù)分析，集成商能夠實時了解設備的運行狀態(tài)和性能表現(xiàn)，為客戶提供更加精準的調(diào)試和優(yōu)化建議。這不僅可以提高客戶滿意度，還能夠縮短設備交付周期，降低維護成本。

圖6 焊接工作站數(shù)字孿生系統(tǒng)

4.2　實施與測試

實施離線5G通信現(xiàn)場網(wǎng)在自動化生產(chǎn)線交付過程中的應用，首先需要確定適合的網(wǎng)絡設備和部署方案。在實際操作中，應考慮到生產(chǎn)線環(huán)境和設備特性的差異，以及通信設備和自動化設備之間的接口標準和協(xié)議要求，選擇合適的生產(chǎn)設備和組件。接下來，還需要進行定期的檢查和維護，以確保通信系統(tǒng)的正常運行和網(wǎng)絡安全。通過實時監(jiān)控和數(shù)據(jù)分析系統(tǒng)，生產(chǎn)企業(yè)的維保人員可以及時發(fā)現(xiàn)問題并采取有效措施加以解決，確保生產(chǎn)線的持續(xù)穩(wěn)定運行^[15]。總的來說，離線5G通信現(xiàn)場網(wǎng)在自動化生產(chǎn)線交付過程中的應用，需要綜合考慮多個因素，通過科學合理的規(guī)劃和實施方案，才能驗證出高效可靠的通信配置參數(shù)。

內(nèi)部物流：一些如移動AGV小車（如圖7所示）、無人叉車或其他自動化移動設備，5G網(wǎng)關接入5GCPE，可以實現(xiàn)原4G、Wi-Fi通訊無法比擬的高效、迅速、低延遲的通信，提升了運行效率。

圖7 移動設備（AGV小車）5G網(wǎng)絡連接數(shù)據(jù)傳輸

控制+機器人（如圖8所示）：原機器的接入組態(tài)掃描默認時延2ms通過5G無線網(wǎng)關，接入離線的5G專網(wǎng)通信網(wǎng)絡進行替換有線以太網(wǎng)，機器人能接收實時的指令，執(zhí)行高精度的操作，改善了效率；同時，機器人也可以實時反饋操作信息，提供數(shù)據(jù)支持。

圖8 機器人5G網(wǎng)絡連接數(shù)據(jù)傳輸

傳感器和檢測設備（如圖9所示）：異構復合數(shù)據(jù)傳輸傳感器及檢測設備通過不同傳輸介質，其進行協(xié)議轉換后接入5G網(wǎng)絡，生產(chǎn)線上的傳感器和檢測設備可以在極短的時間內(nèi)將搜集到的信息傳回，支持對生產(chǎn)過程的周邊環(huán)境設備進行實時監(jiān)控和調(diào)整。

圖9 傳感設備5G網(wǎng)絡連接數(shù)據(jù)傳輸

生產(chǎn)設備：生產(chǎn)設備如加工機床、裝配設備等，也可以通過連接5G網(wǎng)關，接入5GCPE，接入5G核心網(wǎng)，進行任務派送排程調(diào)達等。

5G設備參數(shù)：pRRU皮基站通訊頻率等選定，如表1所示；核心網(wǎng)IP設定如表2所示；設備數(shù)據(jù)需求劃分如表3所示。

表1 離線5G實踐基站參數(shù)配置

表2 離線5G專網(wǎng)IP設定

表3 自動化產(chǎn)線各類設備數(shù)據(jù)傳輸質量需求劃分

4.3　關鍵技術實現(xiàn)

離線5G通訊在自動化生產(chǎn)線中離不開以下關鍵的技術：

（1）雙發(fā)選收：5G+實時控制，在自動化產(chǎn)線中對低延遲的需求極高，達毫秒級以上。故使用雙發(fā)選收技術，可以通過增加發(fā)射和接收的數(shù)量，提高數(shù)據(jù)傳輸速率，減小通信延遲，保證數(shù)據(jù)的可靠性。

（2）動態(tài)自組網(wǎng)：離線5G通信現(xiàn)場網(wǎng)具備動態(tài)自組網(wǎng)的能力，即在網(wǎng)絡拓撲發(fā)生變化時，節(jié)點能夠自動進行重新組織和鏈接，以保持網(wǎng)絡的有效運行。

（3）異構網(wǎng)絡融合：離線5G通信現(xiàn)場網(wǎng)具備異構網(wǎng)絡融合的能力，即能夠將不同類型的無線網(wǎng)絡（如Wi-Fi、藍牙、ZigBee等）無縫地融合在一起，以實現(xiàn)高效的通信。

（4）動態(tài)資源調(diào)度：離線5G通信現(xiàn)場網(wǎng)具備動態(tài)資源調(diào)度的能力，即根據(jù)用戶的實時需求，動態(tài)地分配網(wǎng)絡資源，以滿足用戶的服務質量要求。

（5）MEC邊緣計算：離線5G一體機具有豐富的存儲資源和強大的運算能力，能提供給用戶部署自動化產(chǎn)線的各種交付過程監(jiān)控的業(yè)務App等^[16]。

4.4　應用性能效果分析與優(yōu)化

自動化生產(chǎn)線中其網(wǎng)絡通訊質量是非常高，故對5G的通訊質量及速率的優(yōu)化是非常重要的。下面是一些性能指標要求和網(wǎng)絡優(yōu)化：

（1）數(shù)據(jù)傳輸速率：數(shù)據(jù)傳輸速率是衡量網(wǎng)絡性能的一個重要因素。如果速率過慢，可能會導致生產(chǎn)線的連接設備掉線、設備故障，因此可以通過增加信道帶寬、提高發(fā)射功率、雙發(fā)選收等方法來提高數(shù)據(jù)傳輸速率，其次再在設備端進行網(wǎng)絡參數(shù)配置設定（如圖10所示）。

參數(shù)優(yōu)化：PLC配置修改，PLC設備組態(tài)update time →set update time manualiy: 8.000ms；accepted update cycles without io data: 3；watchdog time: 24ms。

圖10 機器人修改掃描周期為8ms

在離線5G通信現(xiàn)場網(wǎng)性能測試：

對特定端進行PING包長時測試雙發(fā)選收5G網(wǎng)絡時延≤20ms的比例達100%，基本滿足工業(yè)設備需求（更新周期8×3），可用于工業(yè)生產(chǎn)場景。

5G網(wǎng)絡運行約11天，期間非安全類I/O和機器人設備一直在線，未發(fā)現(xiàn)掉線如表4所示。

表4 5G現(xiàn)場網(wǎng)數(shù)據(jù)質量時延、丟包率、穩(wěn)定性

（2）網(wǎng)絡覆蓋范圍：網(wǎng)絡覆蓋范圍是指離線5G通信現(xiàn)場網(wǎng)能夠覆蓋的地理區(qū)域。如果覆蓋范圍不夠廣，會導致某些區(qū)域無法接收到信號，因此可以通過增加基站數(shù)量、優(yōu)化天線布局、調(diào)整發(fā)射功率等方法來擴大網(wǎng)絡覆蓋范圍。如圖11所示，廣州明珞黃埔CPS創(chuàng)新中心的5G信號強度、上下行速率均符合應用場景要求。

圖11 自動化產(chǎn)線區(qū)域離線5G網(wǎng)絡覆蓋測試

（3）數(shù)據(jù)傳輸質量：數(shù)據(jù)傳輸質量是指網(wǎng)絡能夠提供的服務水平，包括延遲、抖動、丟包率等因素。為滿足現(xiàn)場的設備網(wǎng)絡通訊需求，通過設置優(yōu)先級、預留帶寬、使用QoS策略等方法來提高5G數(shù)據(jù)傳輸服務質量，網(wǎng)絡通訊質量測試驗證如圖12所示。

圖12 離線5G網(wǎng)絡測試驗證

（4）數(shù)據(jù)業(yè)務應用：我們成功實現(xiàn)了基于離線5G通信的一體機MEC，部署了自動化產(chǎn)線的效能管理平臺如圖13所示。該系統(tǒng)可縮短生產(chǎn)線部署調(diào)試交付周期，可精準快速定位生產(chǎn)線在交付前存在的問題，并給出相應的建議解決方案；在數(shù)字孿生系統(tǒng)如圖14所示，也基于5G現(xiàn)場網(wǎng)進行驗證，數(shù)據(jù)的傳輸也達成使用標準。

圖13 效能平臺自動化產(chǎn)線的監(jiān)控

圖14 焊接工作站數(shù)字孿生系統(tǒng)

綜上所述，離線5G通信現(xiàn)場網(wǎng)在自動化生產(chǎn)線交付過程中的實踐驗證結果表明，離線5G的現(xiàn)場網(wǎng)應用是可行的，通過增加覆蓋范圍、設備參數(shù)匹配修改適配等手段，5G的工業(yè)應用可為生產(chǎn)線的現(xiàn)場網(wǎng)提供基礎，簡化了現(xiàn)場網(wǎng)絡線路，減少了現(xiàn)場網(wǎng)絡線路鋪著的時間周期。此外，5G算網(wǎng)一體機MEC可以為現(xiàn)場提供極速的邊緣云應用，例如工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)設備的接入、全連接工廠的打造、內(nèi)容緩存、超高帶寬內(nèi)容交付、本地業(yè)務分流、任務遷移等。這些應用可以大大提高現(xiàn)場業(yè)務處理的效率和實時性、推動數(shù)字化轉型和工業(yè)智能化的發(fā)展，達成快速交付的能力。

5　總結與展望

從本次的研究和實踐中，我們得出了一些關于離線5G通信現(xiàn)場網(wǎng)在自動化生產(chǎn)線交付過程中的主要研究成果：（1）成功實現(xiàn)了基于離線5G通信的自動化產(chǎn)線現(xiàn)場網(wǎng)的快速搭建快速落地的解決方案，縮短了生產(chǎn)線交付周期，達成了快速交付的能力。（2）基于離線5G通信技術實現(xiàn)了自動化生產(chǎn)線的遠程監(jiān)控和實時調(diào)度，提升了生產(chǎn)線的智能化水平。（3）提出了一種基于深度學習的故障診斷方法，可以準確快速地判斷生產(chǎn)線在交付前設備存在的問題，并給出相應的解決方案。

雖然通過本次課題的實踐研究，我們得到了一定的收獲，但實驗測試的數(shù)據(jù)從時間維度看還是有限，還需要更長時間的運行來驗證離線5G網(wǎng)絡的穩(wěn)定性，以及實踐的案例過少，需要進行更多的場景來運行測試。另外，第一點，離線5G通信現(xiàn)場網(wǎng)目前的設備成本較高，限制其在自動化生產(chǎn)線交付的普及應用。我們需要研發(fā)出低成本的離線5G通信現(xiàn)場網(wǎng)的設備，降低部署設備成本，促進其在自動化生產(chǎn)線交付的應用普及。第二點，離線5G通信現(xiàn)場網(wǎng)的數(shù)據(jù)傳輸速率受限，離線5G傳輸速率基本為10～20ms，最大時延達18ms甚至更高，而本方案的博途設備組態(tài)默認掃描周期為2ms×3次，需要我們修改設備掃描周期，方可避免設備因網(wǎng)絡掉線而引發(fā)的設備故障，因此我們需要研發(fā)出更高數(shù)據(jù)傳輸速率的設備，以適配更多的使用場景。

★廣州市產(chǎn)業(yè)領軍人才集聚工程項目支持：廣州市創(chuàng)新領軍團隊（編號：201909010005）。

作者簡介：

左志軍（1985-），男，河北石家莊人，高級工程師，現(xiàn)就職于廣州明珞裝備股份有限公司，主要從事計算機系統(tǒng)結構、數(shù)字化與智能制造方面的研究。

參考文獻：

[1] 5G工業(yè)應用聯(lián)合創(chuàng)新實驗室. 5G工業(yè)應用白皮書[R/OL].

[2] 徐楠楠, 孫明, 孫賀, 等. 5G技術在工業(yè)制造中的應用研究[J]. 電信網(wǎng)技術, 2020, 000 (11) : 79 - 85.

[3] 陳鋒, 譚津, 王潔, 等. 5G低時延高可靠場景傳輸可靠性性能評估[J]. 電子技術應用, 2023, 49 (12) : 70 - 74.

[4] 中國信息通信研究院. 中國 "5G+工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)" 發(fā)展報告[R/OL].

[5] 丁哲, 于佳. 電力5G低時延技術在電力系統(tǒng)中研究與應用[J]. 山東電力技術, 2023, 50 (12) : 45 - 51.

[6] 趙睿. 面向5G的低時延高可靠通信關鍵技術研究[D]. 西安電子科技大學 [2024-07-11].

[7] 辛冰. 5G新技術在工業(yè)制造的應用場景分析及探索實踐[J]. 數(shù)字通信世界, 2022 (6) : 138 - 140.

[8] 徐勇, 李曉東. 大上行 低時延 高穩(wěn)定 中國聯(lián)通下好 "'5G+工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)' 先手棋"[R/OL].

[9] 高欣, 楊征, 秦越. 基于內(nèi)容中心網(wǎng)絡的5G高速移動通信網(wǎng)絡架構研究[J]. 科技資訊, 2019, 17 (14) : 2.DOI:10.16661/j.cnki.1672-3791.2019.14.025.

[10] 馮毅雄, 楊晨, 胡炳濤, 等. 基于5G多接入邊緣計算的云化PLC系統(tǒng)架構設計與應用[R/OL].

[11] 施耐德電氣.《5G和5G演進: 工業(yè)控制應用揚景白皮書》發(fā)布[J]. 數(shù)據(jù)中心建設+, 2021, (008) : P.79 - 79.

[12] 肖韓鳳. 5G在工業(yè)制造領域的應用探索[J]. 信息與電腦, 2020.DOI:10.3969/j.issn.1003-9767.2020.22.073.

[13] 2021年第四屆 "綻放杯" 5G應用征集大賽洞察. 5G應用創(chuàng)新發(fā)展白皮書[R/OL].

[14] 劉燕. 面向超可靠低時延通信的隨機接入技術研究[R/OL].

[15] 工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)產(chǎn)品聯(lián)盟. 5G/5G-A 超可靠低時延通信工業(yè)場景需求白皮書[R/OL].

[16] 常振元, 高勇, 井德強, 等. 5G通信網(wǎng)絡在高速電梯領域的運用展望[J]. 中國電梯, 2019, 30 (11) : 2.DOI:CNKI:SUN:ZGDT.0.2019 - 11 - 011.

摘自《自動化博覽》2024年7月刊