2020年5G与智能制造

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5G智能制造的网络切片架构实现业务按需隔离
5G与智能制造
中国信息通信研究院 技术与标准研究所 2020年5月
世界各国加速数字化经济建设
世界各国高度重视数字化经济，利用5G、人工智能、云计算等技术推进产业数字化变革。
➢ 2018年，世界上47 个国家数字经济总规模超过30.2 万亿美元，占GDP比重高达40.3%。 ➢ 2019年，作为推动经济社会发展的新动力，5G被多个国家上升为国家战略。
代表：丰田精益生产
工业4.0：智能化，信息物理系统 代表：德国大规模个性化定制
2006年启动，2011年推出工业4.0概念）
互
联
网 与
互 联 网
工
业
融
合
工
脉
业
络
互联网发展： 消费互联网
ARPANET
学术科研
互联网商用
生产性互联网
生活服务 移动互联网
生产服务 工业互联网
1950 单机数控
1969 工控系统
1-美国颁布《国家人工智能研究和 发展战略计划》《美国机器智能国 家战略报告》。 2-成立工业贸易组织“5G美洲”， 由领先的电信服务提供商和制造商 组成。
数字化经济下的工业体系变革
工 业 体 系 变 革
工业1.0：机械化，工厂
工业2.0：电气化、科学管理和大规 模生产线
代表：福特汽车（福特制）
工业3.0：自动化，计算机辅助 生产
1990 1995 ERP、MES
辅助 工业变革：信息技术的单点应用
集成
2000
2007
电子商务
2012 交汇点
融合 全面的数字化、网络化、智能化
智能化工业变革需要机器具备人的能力
➢
智能制造是工业变革的主要内容，是推动数字经济发展的动力；
➢
智能制造需赋予机器感官能力、思考能力和行动能力等。
采集信息的感官能力
多点 并发
√
√
信息处理 路径规划
…
AI+云计算+ 大数据
环境信息采集 业务类型信息
5G
指令下达
√
√
√
×
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1- 欧 盟 提 出 “ 人 脑 计 划 ” 和 “ 石 墨 烯旗舰项目”。 2-发布“5G Action Plan”, 2018 年启动了5G规模试验。 3-工业互联与自动化5G联盟（5GACIA）。
1-日本2018 年发布《日本制造业白皮 书》中强调智能制造和融合发展。 2-发布5G在工业制造领域的白皮书以 推进5G在工业的应用。
网络参数
上行速率
通信时延
应用范围
~1Mbps
1~200 Mbps 10Mbps~ 1Gbps
<100ms
20~40m s
10~100 ms
调度通信及状态 管理
实时通信需求 （SLAM）
集成其它视觉应 用需求
5G满足90%以上云化AGV网络需求 人工智能和云计算满足了AGV自主导引与行动的 需求
5G
单点
处理信息的思考能力
执行命令的行动能力
机器视觉 …
云计算、大数据 人工智能
智能制造基本单元
远程操控 自动移动…
5G会是一种连接基本单元的有效手段
5G支撑智能化工业变革所需网络需求
➢
5G弥补现有无线网络性能不足，且相较有线网络具备部网灵活、扩展性强等优势；
➢
5G支撑智能制造各基本单元之间的数据传输，赋予智能制造“神经“。
人工智能
云计算
5G网络
智能化 信息处理
云计算、人工智能等技术 赋予机器基本能力
大数据处理 高性能计算
大带宽 低时延 高速率
5G保障基本信息传输， 赋予机器“神经”
5G是实现智能制造的关键基础设施之一
➢ 以5G网络为核心的新一代信息通信网络是智能制造场景的关键基础设施之一； ➢ 5G网络可以同时支撑制造环节的内部网络和日常办公的外部网络。
10~100 ms
典型应用
云端机器人 调度通信 实时操控 协作视觉应用
5G
单点
多点 并发
√
√
√
×
5G满足云端机器人实时调度需求的网络需求 人工智能和云计算满足了机器人智能判断的能力
信息识别 信息处理及判定
…
AI+云计算+ 大数据
信息采集 5G
指令下达
5G支撑云化AGV信息采集与数据传输
5G+云化AGV主要业务 自动化物流 货物装卸 物体搬运 物体分拣
5G 单点 多点并发
AI+云计算+ 大数据
√
×
√
√
大数据训练 智能化判别
…
5G 识别、检测结果
高清图像信息采集
5G支撑云端机器人实现实时调度
5G+云端机器人主要业务 故障处理 生产线辅助 园区导引 生产线控制 园区巡检
网络参数
上行速率 通信时延
1~10 Mbps 10Mbps~ 1Gbps
10~100 ms
5G助力智能制造的网络架构主要包括网络切片、边缘计算两大类。
网络切片Βιβλιοθήκη Baidu
四大关键能力 业务按需隔离 网络自主运营 业务二次开发 行业系统无缝对接
5G智能制造的边缘计算网络架构实现生产不出园
边缘计算
四大关键能力 生产业务 不出园
网络自主运营
业务二次开发
行业系统无缝对接
5G支撑机器视觉控制系统反馈及图像传输
1-德国政府2014年提出《数 字化战略 (2025)》 ，推进智 能互联，协助德国企业实践工 业4.0。
1-2019年政府工作报告明确指出，深化 大数据、人工智能等研发应用，培育新 一代信息技术。 2-国务院深化“互联网+先进制造” 指 导意见。 3-工信部5G+工业互联网“512”工程
1-英国颁布实施政府 转型战 略 (2017-2020)》 制 定 整 合 的数字化路线致力于改善企业 等用户群体的在线服务体验。
5G+机器视觉主要业务 产品识别 物体定位 产品检测 物体分拣 物体测量
网络参数
通信速率
通信时延
UL>50Mbps （8K）
<20ms
DL>1Mbps <100ms
应用范围
图像信息实时 上传
MES系统信 息反馈
5G满足控制系统信息反馈和视觉图像信息上传场景的网络需求 人工智能和云计算满足了机器视觉识别、分析的技术需求