Le industrie di processo e altre industrie manifatturiere stanno introducendo tecnologie digitali per migliorare ulteriormente l'efficienza della produzione. Come tecnologia di base, la comunicazione wireless che fornisce connettività ovunque sia distribuita sta diventando sempre più importante. Allo stesso tempo, la comunicazione wireless deve soddisfare le esigenze di una varietà di applicazioni, che sta diventando sempre più impegnativa.
01 Panoramica delle funzionalità di comunicazione 5G
Dopo 3G e 4G\/LTE, "5G" è la quinta generazione di sistemi di comunicazione mobile. Mentre queste generazioni di sistemi sono state sviluppate più per i servizi di comunicazione personale, il 5G può essere utilizzato anche per l'infrastruttura di rete Internet of Things (IoT), che collegherà tutti i dispositivi e gli oggetti nella vita di tutti i giorni, nella produzione e in altri settori.
Tre caratteristiche della comunicazione 5G e delle loro applicazioni pratiche.
● Bandiera mobile avanzata
5G si concentra sull'aumento del throughput dei dati delle comunicazioni wireless a banda larga, che è stata migliorata nelle generazioni precedenti. I servizi a banda larga per smartphone e altri dispositivi mobili sono un ottimo esempio di vantaggio di questa funzione.
● Comunicazione a basso risultato ultra affidabile
5G è progettato per consentire comunicazione wireless altamente affidabile, a bassa latenza e in tempo reale.
● Comunicazione a macchina su larga scala
Questa funzione significa che molti terminali a basso traffico sono collegati contemporaneamente.
02 Spettro dedicato in 5G
Con la maggior parte delle tecnologie di comunicazione wireless esistenti, questo spettro senza licenza può essere utilizzato per una varietà di scenari con un numero illimitato di utenti. Tuttavia, esiste un rischio di interferenza tra diversi sistemi wireless sulla stessa banda di frequenza.
03 Operating Private Network (Local 5G)
I sistemi di comunicazione mobile esistenti sono generalmente progettati per fornire una vasta gamma di servizi di comunicazione in una rete nazionale stabilita da un operatore di rete mobile.
04 Standardizzazione internazionale di 5G
In alcuni paesi, le aziende e i governi locali dovrebbero costruire e gestire le proprie reti 5G dedicate. Dopo aver ottenuto una licenza, gli operatori locali possono utilizzare esclusivamente queste bande all'interno della loro regione.
Il 5G dovrebbe essere utilizzato nel settore delle comunicazioni mobili tradizionale e in molti altri settori. L'inclusione di nuovi requisiti per le applicazioni industriali è un fattore importante nello sviluppo di successo degli standard. Le principali aziende delle industrie manifatturiere e delle telecomunicazioni stanno partecipando attivamente ed esplorando l'applicazione della tecnologia 5G nel settore manifatturiero.
05 Cinque potenziali applicazioni nel settore dei processi
Nel settore manifatturiero, i requisiti di comunicazione per diverse applicazioni sul campo variano e, come menzionato in precedenza, il 5G dovrebbe essere utilizzato come infrastruttura wireless in grado di introdurre una varietà di applicazioni di fabbrica wireless. Inoltre, quelle applicazioni che sfruttano meglio le funzionalità di comunicazione di 5G sono in fase di sviluppo per facilitare le operazioni remote digitali nella produzione.
1. Supporto operativo in loco per dispositivi mobili
I dispositivi mobili vengono distribuiti sul campo per aumentare la produttività e l'attuale copertura della rete e le limitazioni della larghezza di banda del campo limitano il supporto dell'applicazione tramite comunicazione wireless. Il 5G consentirà una comunicazione wireless a banda larga a velocità più elevate e una minore latenza in qualsiasi area della fabbrica.
La realtà aumentata (AR) è uno degli scenari di applicazione della banda larga mobile migliorata 5G. Sebbene l'AR richieda molti dati, può sovrapporre immagini ad alta definizione sul dispositivo target e visualizzarle in tempo reale sul tablet del lavoratore o sul dispositivo di terminale indossabile, fornendo una soluzione intuitiva. I lavoratori sul campo possono gestire le attrezzature target durante il riferimento alle procedure di lavoro sovrapposte o condividere immagini in tempo reale con i tecnici in luoghi remoti e ottenere raccomandazioni specifiche. Non solo aiuta a migliorare l'efficienza, l'affidabilità e la sicurezza del lavoro sul campo, ma può anche trasmettere competenze in modo più efficace attraverso la pratica.
2. Monitoraggio remoto con immagini ad alta definizione
Il 5G ha più capacità della generazione precedente di 4G\/LTE, in particolare in termini di comunicazioni uplink. Ciò consente di trasmettere in streaming video in una risoluzione 4K o superiore in tempo reale. In fabbriche, un potenziale uso è l'uso di telecamere wireless per il monitoraggio remoto. Quando la chiarezza dell'immagine è abbastanza alta da distinguere sottili cambiamenti nel colore della superficie liquida o la corrosione del tubo, l'ispezione visiva può essere effettuata da remoto. Le immagini ad alta risoluzione possono anche essere utilizzate come input per l'analisi dell'IA, che può rilevare automaticamente anomalie come intrusioni umane non autorizzate o situazioni come gli incendi.
3. Robot cloud
Man mano che la popolazione di lavoro si riduce, i robot mobili dovrebbero garantire che le fabbriche funzionino in modo sicuro e affidabile. I robot si muovono autonomamente in tutta la fabbrica, portando il posto dei lavoratori per pattugliare le aree pericolose. I droni possono eseguire lavori ad alta quota, che possono essere pericolosi per i lavoratori. "Cloud Robotics" sta emergendo come una tecnologia promettente. Poiché le funzioni di controllo nel cloud non sono limitate dalle prestazioni computazionali del robot, è possibile distribuire funzioni di controllo avanzate.
Utilizzando le sue proprietà ad alta velocità e ad alta capacità, il 5G consente ai robot mobili di connettersi wireless per controllare le funzioni nel cloud in tempo reale. Utilizzare enormi risorse di elaborazione nel cloud ed elaborare grandi quantità di dati sui sensori in tempo reale. Le funzionalità ultra affidabili e a bassa latenza offerte dal 5G consentono di essere utilizzate per le comunicazioni di emergenza, sensibili al tempo, che possono evitare eventi come collisioni tra robot e apparecchiature di processo mobile.
4. Sistema di controllo wireless\/cloud
La tecnologia wireless esistente non può ottenere elevata affidabilità e bassa latenza allo stesso tempo, ma può essere raggiunta con 5G. Ciò rende il 5G disponibile per le applicazioni mission-critical. Una possibile applicazione è quella di una parte wireless di un sistema di controllo distribuito (DCS) per ridurre i costi di installazione e manutenzione di cavi di comunicazione in un'ampia area vegetale. I punti di monitoraggio possono anche essere aggiunti e modificati senza alcuna manipolazione dei cavi di comunicazione.
Inoltre, se 5G garantisce una comunicazione altamente affidabile e a bassa latenza tra i dispositivi di campo e il cloud, i controller e altre funzioni DCS possono essere configurate nel cloud mantenendo le prestazioni mission-critical. Oltre ai sistemi cloud esterni, il 5G può essere utilizzato anche con Multi-Access Edge Computing (MEC), che costruirà una piattaforma di calcolo a bassa latenza nella rete. Quando le applicazioni di controllo sono implementate sulla piattaforma MEC, i servizi di controllo cloud possono essere abilitati a sfruttare appieno l'elevata affidabilità e la bassa latenza di 5G senza la necessità di Internet o altre reti.
5. Sensori collegati per gemelli digitali
Il gemello digitale è la realizzazione digitale della fabbrica reale nel cyberspazio ed è la base per la trasformazione digitale delle operazioni di fabbrica. Le applicazioni non si limitano alle informazioni sulla progettazione di impianti digitali statici. I gemelli digitali riflettono le condizioni delle piante reali in tempo reale, consentendo la manutenzione predittiva e le operazioni ottimizzate attraverso la simulazione e l'analisi dell'IA.
Per sincronizzare più precisamente lo stato dei gemelli fisici e digitali, le aziende devono comprendere accuratamente lo stato di attrezzatura, condutture e altre attività, nonché meteo e altre condizioni. Per fare ciò, la fabbrica ha dovuto installare molti sensori. Per soddisfare questa domanda, ogni sensore deve essere wireless, economico e in grado di funzionare per anni senza dover sostituire la batteria. La capacità di 5G di collegare più dispositivi contemporaneamente è la chiave per questa applicazione.
I potenziali casi di applicazioni 5G nelle fabbriche includono supporto per dispositivi mobili, monitoraggio remoto, robotica cloud, sistemi wireless\/cloud di controllo e connettività a sensore avanzata per l'ottimizzazione dei gemelli digitali.
06 Stato e sfide delle applicazioni 5G industriali
Nonostante i numerosi potenziali casi di applicazione in fabbrica, il 5G deve ancora essere ampiamente implementato nel settore dei processi. Le applicazioni industriali 5G devono ancora affrontare molte sfide.
Al fine di soddisfare le esigenze delle applicazioni consumatori e industriali, il 5G deve supportare molteplici funzioni. Lo standard 5G viene sviluppato in modo graduale con priorità diverse. Le versioni R16 e successive dello standard 5G includono funzionalità che possono essere utilizzate per applicazioni industriali. Migliorano le comunicazioni ad alta affidabilità, a bassa latenza e reti private e supportano anche l'interoperazione con le reti sensibili al tempo (TSN), una tecnologia di networking essenziale nell'automazione.
Le capacità del settore industriale saranno ulteriormente migliorate negli standard R18 e successivi (5G-Advanced). Mentre il 5G offre capacità industriali avanzate come elevata affidabilità, bassa latenza e connettività simultanea multipoint, sono necessari un ulteriore sviluppo di standard 5G, prodotti di conformità e infrastrutture per supportare tali capacità.
Le configurazioni di test di prova di concetto utilizzano nuovi algoritmi e 5G per risolvere sfide di controllo avanzate di processo.
07 Prova del concetto di tecnologia di controllo remoto utilizzando 5G
Mentre il POC è un passo promettente, sono necessari ulteriori test per sviluppare un chiaro valore commerciale per le soluzioni 5G industriali. Una possibile soluzione è quella di distribuire dispositivi di bordo di comunicazione wireless ad alta velocità nelle fabbriche e utilizzare la tecnologia AI autonoma basata su cloud per controllare i dispositivi in tempo reale.
08 5 G e controllo autonomo basato su cloud ai
La combinazione di FKDPP e cloud con 5G, che offre bassa latenza e la capacità di collegare molti dispositivi, dovrebbe diventare la tecnologia principale per raggiungere il controllo autonomo industriale.
Molte industrie stanno iniziando a considerare l'uso della tecnologia di comunicazione wireless 5G per accelerare la trasformazione digitale. Alta affidabilità, bassa latenza e capacità di collegare più dispositivi contemporaneamente sono fondamentali per le applicazioni industriali. Al fine di ottenere una gamma più ampia di applicazioni, è necessario migliorare continuamente lo standard 5G, fornire prodotti e infrastrutture di conformità più maturi e mostrare agli utenti i vantaggi e il valore unici apportati dal 5G.