5G的超高無線速度，將給社會的一切帶來一場升級革命，這就是由量變引起質(zhì)變的社會變革。那么，5G通訊技術(shù)將給智能制造帶來了什么影響呢？

智能制造對5G網(wǎng)絡(luò)有哪些需求？

顯而易見，智能制造過程中云平臺和工廠生產(chǎn)設(shè)施的實時通信、以及海量傳感器和人工智能平臺的信息交互，和人機(jī)界面的高效交互，對通信網(wǎng)絡(luò)有多樣化的需求以及極為苛刻的性能要求，并且需要引入高可靠的無線通信技術(shù)。

高可靠無線通信技術(shù)在工廠的應(yīng)用來看，一方面，生產(chǎn)制造設(shè)備無線化使得工廠模塊化生產(chǎn)和柔性制造成為可能。另一方面，因為無線網(wǎng)絡(luò)可以使工廠和生產(chǎn)線的建設(shè)、改造施工更加便捷，并且通過無線化可減少大量的維護(hù)工作降低成本。

在智能制造自動化控制系統(tǒng)中，低時延的應(yīng)用尤為廣泛，比如對環(huán)境敏感高精度的生產(chǎn)制造環(huán)節(jié)、化學(xué)危險品生產(chǎn)環(huán)節(jié)等。智能制造閉環(huán)控制系統(tǒng)中傳感器(如壓力、溫度等)獲取到的信息需要通過極低時延的網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行傳遞，最終數(shù)據(jù)需要傳遞到系統(tǒng)的執(zhí)行器件(如：機(jī)械臂、電子閥門、加熱器等)完成高精度生產(chǎn)作業(yè)的控制，并且在整個過程需要網(wǎng)絡(luò)極高可靠性，來確保生產(chǎn)過程的安全高效。

此外，工廠中自動化控制系統(tǒng)和傳感系統(tǒng)的工作范圍可以是幾百平方公里到幾萬平方公里，甚至可能是分布式部署。根據(jù)生產(chǎn)場景的不同，制造工廠的生產(chǎn)區(qū)域內(nèi)可能有數(shù)以萬計傳感器和執(zhí)行器，需要通信網(wǎng)絡(luò)的海量連接能力作為支撐。

5G使能工廠無線自動化控制

在自動化控制中，倒立擺是典型的應(yīng)用。倒立擺原理用于機(jī)器人各種姿態(tài)控制、航空飛船對接控制等姿態(tài)控制等工業(yè)應(yīng)用。國內(nèi)實驗室通過倒立擺驗證5G對極低試驗自動控制的價值，研究表明，當(dāng)?shù)沽[運(yùn)行在4G模式下時，4G的過高時延，使得倒立擺的控制指令不能得到快速執(zhí)行，倒立擺起擺到穩(wěn)態(tài)的時間過長，達(dá)到13.2秒。

當(dāng)運(yùn)行在5G模式下時，5G的1ms超低時延，使倒立擺的控制指令快速執(zhí)行，起擺到穩(wěn)態(tài)只用4秒。通過對比，可以看到5G低時延網(wǎng)絡(luò)在自動控制的巨大價值，網(wǎng)絡(luò)端到端時延從4G的50ms減低至5G的1ms。

自動化控制是制造工廠中最基礎(chǔ)的應(yīng)用，核心是閉環(huán)控制系統(tǒng)。在該系統(tǒng)的控制周期內(nèi)每個傳感器進(jìn)行連續(xù)測量，測量數(shù)據(jù)傳輸給控制器以設(shè)定執(zhí)行器。典型的閉環(huán)控制過程周期低至ms級別，所以系統(tǒng)通信的時延需要達(dá)到ms級別甚至更低才能保證控制系統(tǒng)實現(xiàn)精確控制，同時對可靠性也有極高的要求。如果在生產(chǎn)過程中由于時延過長，或者控制信息在數(shù)據(jù)傳送時發(fā)生錯誤可能導(dǎo)致生產(chǎn)停機(jī)，會造成巨大的財務(wù)損失。

此外，在規(guī)模生產(chǎn)的工廠中，大量生產(chǎn)環(huán)節(jié)都用到自動控制過程，所以將有高密度海量的控制器、傳感器、執(zhí)行器需要通過無線網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行連接。

閉環(huán)控制系統(tǒng)不同應(yīng)用中傳感器數(shù)量、控制周期的時延要求、帶寬要求都有差異，典型來看，周期時間和通信帶寬大小的一些典型值如下：

5G切片網(wǎng)絡(luò)可提供極低時延長、高可靠，海量連接的網(wǎng)絡(luò)，使得閉環(huán)控制應(yīng)用通過無線網(wǎng)絡(luò)連接成為可能?；趪鴥?nèi)5G的實測能力：空口時延可到0.4ms，單小區(qū)下行速率達(dá)到20Gbps，小區(qū)最大可支持1000萬+連接數(shù)。由此可見，移動通信網(wǎng)絡(luò)中僅有5G網(wǎng)絡(luò)可滿足閉環(huán)控制對網(wǎng)絡(luò)的要求。

隨著智能制造場景的引入，制造對無線通信網(wǎng)絡(luò)的需求已經(jīng)顯現(xiàn)，5G網(wǎng)絡(luò)可為高度模塊化和柔性的生產(chǎn)系統(tǒng)提供多樣化高質(zhì)量的通信保障。和傳統(tǒng)無線網(wǎng)絡(luò)相比，5G網(wǎng)絡(luò)在低時延、工廠應(yīng)用的高密度海量連接、可靠性、以及網(wǎng)絡(luò)移動性管理等方面優(yōu)勢凸顯，是智能制造的關(guān)鍵使能者。