助燃工业互联网:5G在智能制造的应用!

5G到底能改变什么?它是如何助燃工业互联网的?

移动通信技术更新迭代的速度太快,4G已经改变了我们很多生活方式,基于移动互联网,购物、娱乐、生活、商业等方式均发生了极大的改变。移动通信技术从 2G、3G 到 4G 发展,主要解决的是带宽和流量的问题。那么5G到底给世界带来什么?

助燃工业互联网:5G在智能制造的应用!

5G搭建比马达还快的机器连接

5G的设计目标除了 10 倍于 4G 的带宽以外,还有少于 1/10 的时延,大于 100 倍的连接数量,传输速度最高达到了5Gbps,意味着比今天的LTE连接标准快了250倍,标志着无线传输速度再创新纪录。也就是说,你现在用4G下载一部超高清电影需要31秒,而5G只需要1秒。

5G真正实现万物互联

5G高质量传输速度和最重要的时时在线,把万物互联,世界上的万事万物,小到手表、钥匙,大到汽车、楼房,只要嵌入一个微型感应芯片,把它变得智能化,这个物体就可以“自动开口说话”。再借助无线网络技术,人们就可以和物体“对话”,物体和物体之间也能“交流”,人们的生活更智能,更便捷。这就使得对带宽、时延、连接数要求更高的业务和应用,比如 VR/AR、高清视频、无人驾驶、智能制造、物联网等成为可能。

5G被视为实现工业互联网的“助燃剂”

5G因为其高速率、低时延、海量连接等特性能够为工业互联网提供网络基础,而被视为实现工业互联网的“助燃剂”。

那么,5G是如何助燃工业互联网的?据悉,要想节省工厂效率,实现工业互联网,就需要完成工业自动化的工业控制,而这需要端到端毫秒级的超低时延和接近100%的高可靠性通信做保障。5G网络切片技术能够为工业应用分配专属的低时延高可靠切片,并通过切片内部参数监控,实现可根据业务需求变化自动优化网络参数,并可针对不同企业的多样产品需求进行更细粒度切片,从而可以较低成本满足垂直行业需求。

尽管5G还未走进现实,华为、中兴、爱立信、诺基亚等国际主流设备商在加紧研发5G技术的同时,都在积极与垂直行业合作,利用其端到端无线网络试水工业互联网。

5G还具有工业级的可靠性和实时性,将为工业互联网提供强大网络支撑。华为曾展示了5G助力智能制造实现柔性生产的缩影。据悉,该应用通过用无线网络连接了“工厂”中的9台WAVE机器人,它们通过无线网络的形成分工协作,能够快速地根据需求组装3种不同的圆珠笔,基至将买家的名字刻在笔壳上。

此外,爱立信也将工业互联网作为5G的杀手级应用,并在MWC2018上和中国移动联合展示了智能工厂,该应用是利用5G网络切片能力,支撑产线产品的定制化组装能力,对产线上的配件信息实时采集,借助云端人工智能进行识别和匹配,并根据识别结果,驱动机械臂完成产品组装。

同时,诺基亚也与中国移动共同展示了5G网络切片在工业自动化领域的应用场景,通过移动网络实现了液压自动化高精度控制和作业场地实时监控的业务演示,展示了5G网络切片技术在工业自动化领域的应用实践。可以发现,虽然工业互联网方兴未艾,5G仍在路上,但5G与工业互联网结合已是必然,也必将创造更大的价值。

5G将成为工业互联网业务重要支撑

工业物联网是工业体系和互联网体系融合的产物。我国各地企业的工业水平层次不齐,工业变革必须从单点的信息技术应用向全面数字化、网络化和智能化转变。5G成为工业互联网业务的重要技术支撑。

助燃工业互联网:5G在智能制造的应用!

  • URLLC+(MBB+URLLC)+mMTC:支持工厂内工业控制、信息采集、先进人机交互的应用需求;

  • 5G网络切片:支持多业务场景、多服务质量、多用户及多行业的隔离和保护;

  • 5G边缘计算,支持及提升制造工厂内边缘智能化;

  • 高频+多天线,支持制造工厂内的精准定位和高带宽。

工业互联网5G关键技术-- 5G时间敏感网络TSN

助燃工业互联网:5G在智能制造的应用!

工业互联网已成为3GPP R16阶段工作重点,工业互联网5G关键技术,5G高可靠性,控制信道支持更高聚合等级,提升控制信道可靠性。

助燃工业互联网:5G在智能制造的应用!

5G低时延技术,在以太网里做了关键改造,保证端到端的时延。5G网络切片,面向不同的工业应用场景,能够保证在不同业务运营场景中达到相应的指标。5G边缘计算加速工业IT及OT网络融合,通过边缘数据处理、跟踪及聚合能力的增强,提升工业互联网业务的高可靠、低时延等性能指标,提供更好的安全和用户隐私,优化资源共享和用户体验。

5G时代的智能边缘计算AI-EC平台

2017年9月初华为透露:首款搭载AI芯片的商务手机将于10月发布并提出:Mobile AI=On_Device AI + Cloud AI。无独有偶,一周后苹果公司也发布了搭载A11可以人脸识别的史上最贵手机。那么On_Device AI将不可避免吗?

另外一种选项供参考:Mobile AI=5G_Device + AI-EC。

所谓的智能边缘计算(AI over Edge Computing, 以下简称AI-EC)是指在5G边缘(可理解在基站端)提供各类AI推理算法资源和相应的可编程AI计算资源的公共平台。其中的算法资源,主要以客观世界目标的视觉识别,音频识别以及自然语言处理为代表的通用类的AI推理算法软件。而另一个可编程AI计算资源是由以GPU及Tensor RT为代表的软硬件服务器支撑平台,用以承载和加速前者AI算法的推理计算,也可承载在线弱监督学习的训练或其他GPU应用。这种AI-EC平台所提供的AI推理服务如同在线函数库调用一样,你给它视频或图片,它返给你识别结果;你给他中文语音,它给你翻译成目标语言。今后亿万个物联网终端,智能穿戴等5G终端不必非得安装智能芯片及相关软件同样可以拥有智能,因为通用的AI推理功能已从终端剥离并转移到AI-MC平台上。(说白了就是智能产业将被纵向分割:会做终端的专做终端,懂算法的专做算法,5G将成为产业应用上下游的总线纽带)

一.AI-EC的架构

 

助燃工业互联网:5G在智能制造的应用!

二.AI-EC的功能

 

  • 深度学习的推理服务。雾智能终端将视频,音频,语言等上传至AI-EC 平台,由其平台上相关已训练好的推理模块进行推理,然后将结果反馈给雾智能终端。

  • 高性能计算池服务。很多对GPU依赖的应用可以不受时间、空间及移动速度的限制。例如现场指纹推理,哈希算法(对加解密和区块链的支撑),快速傅立叶变换,蒙特卡罗等等。

  • “串流”云游戏服务。5G时代的云游戏市场将会进一步增大,玩家不必拥有独立显卡,也可以通过“串流”黑科技来感受类似效果的云游戏。AI-EC的云游戏模块可以根据玩家的操控将游戏效果渲染成视频流下推给玩家的5G终端,玩家不受地点限制可以在高铁地铁上。例如GeForce Now云游戏,其官方建议20Mbps则可实现720P画质、60fps帧速;除此之外,网络时延需小于60ms。

  • 视频业务审核服务。5G时代手机户外现场直播重大活动或事件将成为可能。而直播视频中是否有不合法的内容(如暴力,色情,极端宗教及敏感议题等)必须借助AI来实施审核并采取相应措施。

  • VR等实时渲染服务。随着渲染需求的不断加大以及VR/AR等应用的日益普及,坐在飞速行驶的高铁上也可以感受VR,可以即时渲染出个性化产品设计效果,装修设计效果等,影视短片的后期效果等。例如可以即时渲染出女士本人穿上网购服装的效果。

三. AI-EC的特点

a. 网络时延优势:边缘位置优势保证了时间敏感的实时类应用的AI推理时延要求。

b. 网络分布优势:AI-EC让广泛分布的推理申请在末端就得到结果,既减少了网络流量,又降低了云中心集中推理的计算压力。例如上万个监控视频的推理需求,动态应急布设监控及无人机监控等。

c. 智能终端减负:物联网、智能穿戴等终端的体积,重量,功耗,成本以及价格都将因此而降低,同时也降低了终端的研发门槛,有利于5G终端的广泛普及。

d.产业布局灵活:人工智能的各种算法发展日新月异,组合千变万化,研发的人员及硬件成本越来越高,这些将由AI-EC营运商解决。AI应用产业被纵向分解成算法服务商和终端供应商。

e. 非商业属性:AI-EC平台一般将由国有控股的电信运营商来承建,其公共属性有利于将人工智能服务作为像电力、天然气和通讯网络一样的市政设施供应给千家万户。有利于政府、教育、医疗,军工等公共机构充分利用AI-EC平台上的算法资源和计算资源,有利于相关部门对人工智能产业发展进行规划,引导,管理及法律法规制定等,有利于将5G与AI-EC整体打包像高铁一样输出给其它国家。

  • 人脸识别鉴权技术:目前我国公安部相关研究所已立项“多维身份可信认证系统”,当海关、机场,车站,酒店,银行以及特殊单位等机构需要鉴权时,应有统筹法律法规约束。

  • 医学影像辅助诊疗:同样应由国家相关部门在大数据标注与训练,隐私保护,相关识别技术的商业化与非商业化推广及医院相关区域的AI-EC覆盖等,应有统筹法律法规约束。

  • 其它公共事业的AI部署:如AI教学、AI职业培训、科研院所的公用计算资源部署、AI市政公共设施、智能交通管理、AI家庭设施等部署,管理,法律法规约束等。

四.AI-EC带来的选择

a. 雾智能终端与硬智能终端的选择:前者适合在网络覆盖良好的城市区域内使用通用类的、复杂度高的、变化快的、对功耗和成本要求比较苛刻的终端AI智能应用;后者允许在网络覆盖不确定的乡村,山区,荒漠,海上等区域,使用AI需求相对固定的、变化少的以及对时延要求极端苛刻的AI智能应用。

b. AI-EC雾端还是商业云端的选择:对时延要求高的,集中推理压力大的,业务敏感或不适合在商业云使用的应用可选择前者。

第四次(人工智能)产业革命的春风已经扑面而来,它开始渐渐地冲击着各个传统行业甚至是人类文明。东西方的主要高科技巨头都在AI计算资源和AI人才资源争夺上以及AI产业事实标准的制定上豪赌般地投入,无疑他们是有远见的。作为经济大国的中国在4G时代已通过网购,手机支付,共享单车等业务崭露头角,那么在5G时代是否可以从顶层设计来与时俱进,通过AI-EC来推动人工智能、物联网、智能穿戴等终端在各行各业的普及,从而提高效率或解决原来解决不了的问题,帮助中国早日成为科技强国并引领人类在AI领域的发展!

5G技术在智能制造中的应用

5G技术特点及应用

5G的技术特点可以用“快”“稳”“密”来形容。

第一,5G“快”——在5G网络覆盖下,下载一部分辨率达到4K的电影理论上不超过18秒,但速度带来的不仅是量变。业界人士认为,5G将给“增强现实/混合现实”(AR/MR)技术带来新生。

第二,5G“稳”——5G最显著的特点是低时延和高可靠,即在任何环境下都表现稳定。

第三,5G“密”——5G网络每平方公里可支持100万台设备,非常有助于物联网发展。美国消费技术协会的市场研究业务负责人史蒂夫·柯尼格引用了业界常说的一句话——过去30年将人连接起来,接下来30年会将物连接起来。

国际标准组织“第三代合作伙伴计划”(3GPP)定义了5G的三大场景,即增强移动宽带、低时延高可靠和大规模物联网业务,正好对着“快”“稳”“密”三个特点。

助燃工业互联网:5G在智能制造的应用!

5G和智慧制造

5G时代的到来会使很多东西发生改变:

1、人机交互速度更快

5G的低延迟技术将会将延迟降低到前所未有的1 ms;此外,20 Gb / sec的标准机构速度,能够同时连接更多设备。

2、安全性能更高

为了防止机器人伤害人类或造成损害,目前,机器人大都配备了紧急停止按钮。但是如果按钮在所需的时刻无法触及怎么办?以后通过5G连接无线控制,就可以紧急停止。

3、生产系统更灵活性和成本优势

通过无线机器到机器和机器到云的通信为机器人生产系统提供更大的灵活性和成本优势。华为X Labs已有实验,机器人手臂在精确同步和协作中表演舞蹈和击鼓,已实现1 ms时钟同步和99.999%可靠性的低延迟时间。

4、实现未来工厂到个人定制

5G时代,移动通信将实现机器人、运营商和整个工厂之间的无缝连接解放数字制造的全部潜力,在未来的工厂中,每个人和所有人都将保持联系,依靠工业云提供的制造服务,个人可以直接下单到工厂完成定制生产。

5、降低生产本身的运营和管理成本

5G的速度提高将简化数据收集并实现对工作流程的全面和持续监控,这将有助于降低生产本身的运营和管理成本。

5G在制造业中的应用场景

1、自动化控制

5G可提供极低时延长、高可靠,海量连接的网络,使得闭环控制应用通过无线网络连接成为可能。如基于华为5G的实测能力:空口时延可到0.4ms,单小区下行速率达到20Gbps,小区最大可支持1000万+连接数。那么自动化控制在云端,通过5G网络,对系统的控制周期内每个传感器进行连续测量,测量数据传输给控制器以控制执行就成为可能。

2、生产可视化

5G技术可在28GHz超高频段以每秒1Gbps以上的速度传送数据,利用该技术,下载一部高画质(HD)电影只需一秒钟。如此,完全可以做到现场的及时监控。

3、远程维护

5G的低延时,与远程的设备、生产几乎同步,可以通过远程对设备进行检修和维护。

4、分布式设计

目前的远程协同、分布式设计,还具有时延性,未来5G大规模应用之后,这种时延性几乎可以忽略不计。

5、工业AR

增强现实AR在5G的环境下,可以云端到AR显示内容的云端回传需要小于20mms,在未来智能工厂生产过程中,将发挥更重要的作用。如:监控流程和生产流程、生产任务分步指引,手动装配过程指导、远程专家业务支撑等等。

6、物流追踪

5G可以实现动态跟踪更广泛的在途商品,特别是对温度控制等特别严格的领域,如对存储温度要求严格的药品运输等,提供在线监控和追踪。

7、云化机器人

5G切片网络能够为云化机器人应用提供端到端定制化的网络支撑。强大的网络能力能够极大满足云化机器人对时延和可靠性的挑战。

结语

5G技术的发展正在以可以预见的速度接近我们的生活。5G商用之后,不仅可以帮助制造企业摆脱以往无线网络技术较为混乱的应用状态,对于推动工业互联网的实施以及智能制造的深化转型也具有更积极的意义。

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