Các ngành công nghiệp và các ngành công nghiệp sản xuất khác đang giới thiệu các công nghệ kỹ thuật số để cải thiện hơn nữa hiệu quả sản xuất. Là một công nghệ cốt lõi, giao tiếp không dây cung cấp kết nối bất cứ nơi nào nó được triển khai đang ngày càng trở nên quan trọng. Đồng thời, giao tiếp không dây cần đáp ứng nhu cầu của nhiều ứng dụng, ngày càng trở nên khó khăn.
01 Tổng quan về các tính năng giao tiếp 5G
Sau 3G và 4G\/LTE, "5G" là thế hệ thứ năm của các hệ thống truyền thông di động. Mặc dù các thế hệ hệ thống này đã được phát triển nhiều hơn cho các dịch vụ truyền thông cá nhân, 5G cũng có thể được sử dụng cho cơ sở hạ tầng mạng Internet of Things (IoT), sẽ kết nối tất cả các thiết bị và đối tượng trong cuộc sống hàng ngày, sản xuất và các ngành công nghiệp khác.
Ba tính năng của giao tiếp 5G và các ứng dụng thực tế của chúng.
● Băng thông rộng di động nâng cao
5G tập trung vào việc tăng thông lượng dữ liệu của giao tiếp không dây băng thông rộng, đã được tăng cường trong các thế hệ trước. Các dịch vụ băng thông rộng cho điện thoại thông minh và các thiết bị di động khác là một ví dụ điển hình về việc tận dụng tính năng này.
● Giao tiếp giảm giá thấp cực kỳ đáng tin cậy
5G được thiết kế để cho phép giao tiếp không dây có độ tin cậy cao, độ trễ thấp và thời gian thực.
● Giao tiếp máy quy mô lớn
Tính năng này có nghĩa là nhiều thiết bị đầu cuối lưu lượng truy cập thấp được kết nối đồng thời.
02 Phổ chuyên dụng trong 5G
Với hầu hết các công nghệ truyền thông không dây hiện có, phổ không được cấp phép này có thể được sử dụng cho nhiều kịch bản khác nhau với số lượng người dùng không giới hạn. Tuy nhiên, có nguy cơ can thiệp giữa các hệ thống không dây khác nhau trên cùng một dải tần số.
03 Mạng riêng vận hành (địa phương 5G)
Các hệ thống truyền thông di động hiện tại thường được thiết kế để cung cấp một loạt các dịch vụ truyền thông trong một mạng lưới toàn quốc được thành lập bởi một nhà điều hành mạng di động.
04 Tiêu chuẩn hóa quốc tế là 5G
Ở một số quốc gia, các công ty và chính quyền địa phương dự kiến sẽ xây dựng và vận hành các mạng 5G chuyên dụng của riêng họ. Sau khi có được giấy phép, các nhà khai thác địa phương có thể sử dụng độc quyền các ban nhạc này trong khu vực của họ.
5G dự kiến sẽ được sử dụng trong ngành công nghiệp truyền thông di động truyền thống và nhiều ngành công nghiệp khác. Việc đưa vào các yêu cầu mới cho các ứng dụng công nghiệp là một yếu tố quan trọng trong việc phát triển thành công các tiêu chuẩn. Các công ty lớn từ các ngành sản xuất và viễn thông đang tích cực tham gia và khám phá ứng dụng của công nghệ 5G trong ngành sản xuất.
05 Năm ứng dụng tiềm năng trong ngành quy trình
Trong lĩnh vực sản xuất, các yêu cầu giao tiếp cho các ứng dụng trường khác nhau khác nhau và như đã đề cập trước đó, 5G dự kiến sẽ được sử dụng như một cơ sở hạ tầng không dây có khả năng giới thiệu nhiều ứng dụng nhà máy không dây. Ngoài ra, những ứng dụng có tận dụng các tính năng giao tiếp của 5G tốt nhất đang được phát triển để tạo điều kiện cho các hoạt động từ xa kỹ thuật số trong sản xuất.
1. Hỗ trợ hoạt động tại chỗ cho thiết bị di động
Các thiết bị di động đang được triển khai vào trường để tăng năng suất và phạm vi bảo hiểm mạng hiện tại và giới hạn băng thông hiện trường Hạn chế hỗ trợ ứng dụng thông qua giao tiếp không dây. 5G sẽ cho phép giao tiếp không dây băng rộng ở tốc độ cao hơn và độ trễ thấp hơn trong bất kỳ khu vực nào của nhà máy.
Thực tế tăng cường (AR) là một trong những kịch bản ứng dụng của băng thông rộng di động nâng cao 5G. Mặc dù AR yêu cầu rất nhiều dữ liệu, nhưng nó có thể áp dụng hình ảnh độ phân giải cao trên thiết bị đích và hiển thị chúng trong thời gian thực trên máy tính bảng của công nhân hoặc thiết bị thiết bị đầu cuối có thể đeo được, cung cấp một giải pháp trực quan. Nhân viên hiện trường có thể vận hành thiết bị đích trong khi tham khảo các quy trình làm việc chồng chất hoặc chia sẻ hình ảnh trong thời gian thực với các kỹ thuật viên ở các địa điểm từ xa và nhận được các khuyến nghị cụ thể. Nó không chỉ giúp cải thiện hiệu quả, độ tin cậy và sự an toàn của công việc thực địa, mà còn có thể truyền lại các kỹ năng hiệu quả hơn thông qua thực hành.
2. Giám sát từ xa với hình ảnh độ phân giải cao
5G có nhiều công suất hơn thế hệ 4G\/LTE trước đó, đặc biệt là về mặt truyền thông đường lên. Điều này cho phép phát trực tuyến video trong độ phân giải 4K hoặc cao hơn trong thời gian thực. Trong các nhà máy, một cách sử dụng tiềm năng là việc sử dụng máy ảnh không dây để theo dõi từ xa. Khi độ trong của hình ảnh đủ cao để phân biệt những thay đổi tinh tế về màu sắc của bề mặt chất lỏng hoặc sự ăn mòn của đường ống, kiểm tra trực quan có thể được thực hiện từ xa. Hình ảnh độ phân giải cao cũng có thể được sử dụng làm đầu vào cho các phân tích AI, có thể tự động phát hiện các dị thường như xâm nhập trái phép con người hoặc các tình huống như hỏa hoạn.
3. Robot đám mây
Khi dân số làm việc co lại, robot di động dự kiến sẽ đảm bảo rằng các nhà máy hoạt động an toàn và đáng tin cậy. Robot di chuyển tự chủ trên khắp nhà máy, thay thế công nhân đến tuần tra các khu vực nguy hiểm. Máy bay không người lái có thể thực hiện công việc tầm cao, có thể gây nguy hiểm cho người lao động. "Cloud Robotics" đang nổi lên như một công nghệ đầy hứa hẹn. Bởi vì các chức năng điều khiển trong đám mây không bị giới hạn bởi hiệu suất tính toán của robot, các chức năng điều khiển nâng cao có thể được triển khai.
Sử dụng các thuộc tính tốc độ cao và công suất cao của nó, 5G cho phép robot di động kết nối không dây để kiểm soát các chức năng trong đám mây trong thời gian thực. Sử dụng tài nguyên điện toán lớn trong đám mây và xử lý một lượng lớn dữ liệu cảm biến trong thời gian thực. Các tính năng cực kỳ đáng tin cậy và độ trễ thấp được cung cấp bởi 5G cho phép nó được sử dụng cho trường hợp khẩn cấp, giao tiếp nhạy cảm với thời gian, có thể tránh các sự kiện như va chạm giữa robot và thiết bị xử lý di động.
4. Hệ thống điều khiển không dây\/đám mây
Công nghệ không dây hiện tại không thể đạt được độ tin cậy cao và độ trễ thấp cùng một lúc, nhưng nó có thể đạt được với 5G. Điều này làm cho 5G có sẵn cho các ứng dụng quan trọng. Một ứng dụng có thể là một phần không dây của hệ thống kiểm soát phân tán (DCS) để giảm chi phí lắp đặt và duy trì cáp liên lạc trên một khu vực nhà máy rộng. Điểm giám sát cũng có thể được thêm và sửa đổi mà không có bất kỳ thao tác nào của cáp liên lạc.
Ngoài ra, nếu 5G đảm bảo giao tiếp có độ trễ thấp, đáng tin cậy giữa các thiết bị hiện trường và đám mây, bộ điều khiển và các chức năng DCS khác có thể được cấu hình trong đám mây trong khi duy trì hiệu suất quan trọng. Ngoài các hệ thống đám mây bên ngoài, 5G cũng có thể được sử dụng với điện toán cạnh đa truy cập (MEC), sẽ xây dựng một nền tảng điện toán độ trễ thấp trong mạng. Khi các ứng dụng điều khiển được triển khai trên nền tảng MEC, các dịch vụ kiểm soát đám mây có thể được bật để tận dụng tối đa độ tin cậy cao và độ trễ thấp là 5G mà không cần Internet hoặc các mạng khác.
5. Cảm biến kết nối cho cặp song sinh kỹ thuật số
Twin kỹ thuật số là sự hiện thực hóa kỹ thuật số của nhà máy thực tế trong không gian mạng và là nền tảng cho sự chuyển đổi kỹ thuật số của các hoạt động của nhà máy. Các ứng dụng không giới hạn trong thông tin thiết kế nhà máy kỹ thuật số tĩnh. Cặp song sinh kỹ thuật số phản ánh các điều kiện thực vật thực trong thời gian thực, cho phép bảo trì dự đoán và hoạt động tối ưu hóa thông qua mô phỏng và phân tích AI.
Để đồng bộ hóa chính xác hơn tình trạng của cặp song sinh vật lý và kỹ thuật số, các công ty phải hiểu chính xác trạng thái của thiết bị, đường ống và các tài sản khác, cũng như thời tiết và các điều kiện khác. Để làm điều này, nhà máy đã phải cài đặt nhiều cảm biến. Để đáp ứng nhu cầu này, mỗi cảm biến phải không dây, không tốn kém và có thể hoạt động trong nhiều năm mà không phải thay pin. Khả năng kết nối nhiều thiết bị của 5G cùng một lúc là chìa khóa cho ứng dụng này.
Các trường hợp ứng dụng 5G tiềm năng trong các nhà máy bao gồm hỗ trợ thiết bị di động, giám sát từ xa, robot đám mây, hệ thống điều khiển không dây\/đám mây và kết nối cảm biến nâng cao để tối ưu hóa đôi kỹ thuật số.
06 Tình trạng và thách thức của các ứng dụng 5G công nghiệp
Mặc dù có nhiều trường hợp ứng dụng tiềm năng trong nhà máy, 5G vẫn chưa được thực hiện rộng rãi trong ngành quy trình. Các ứng dụng 5G công nghiệp vẫn phải đối mặt với nhiều thách thức.
Để đáp ứng nhu cầu của các ứng dụng tiêu dùng và công nghiệp, 5G phải hỗ trợ nhiều chức năng. Tiêu chuẩn 5G đang được phát triển theo cách thức với các ưu tiên khác nhau. R16 trở lên các phiên bản sau của tiêu chuẩn 5G bao gồm các tính năng có thể được sử dụng cho các ứng dụng công nghiệp. Họ tăng cường trách nhiệm cao, truyền thông có độ trễ thấp và mạng riêng, đồng thời hỗ trợ tương tác với các mạng nhạy cảm với thời gian (TSN), một công nghệ mạng thiết yếu trong tự động hóa.
Khả năng của ngành công nghiệp sẽ được tăng cường hơn nữa trong các tiêu chuẩn R18 và sau đó (nâng cao 5G). Mặc dù 5G cung cấp các khả năng công nghiệp tiên tiến như độ tin cậy cao, độ trễ thấp và kết nối đồng thời đa điểm, cần phát triển hơn nữa các tiêu chuẩn 5G, sản phẩm tuân thủ và cơ sở hạ tầng để hỗ trợ các khả năng này.
Các cấu hình kiểm tra bằng chứng sử dụng các thuật toán mới và 5G để giải quyết các thách thức kiểm soát quy trình nâng cao khó khăn.
07 Bằng chứng về khái niệm công nghệ điều khiển từ xa sử dụng 5G
Mặc dù POC là một bước đầy hứa hẹn, cần thử nghiệm thêm để phát triển giá trị thương mại rõ ràng cho các giải pháp 5G công nghiệp. Một giải pháp khả thi là triển khai các thiết bị cạnh giao tiếp không dây tốc độ cao trong các nhà máy và sử dụng công nghệ AI tự trị dựa trên đám mây để kiểm soát các thiết bị trong thời gian thực.
08 5 G và điều khiển tự trị dựa trên đám mây AI
Sự kết hợp giữa FKDPP và đám mây với 5G, cung cấp độ trễ thấp và khả năng kết nối nhiều thiết bị, dự kiến sẽ trở thành công nghệ cốt lõi để đạt được kiểm soát tự trị công nghiệp.
Nhiều ngành công nghiệp đang bắt đầu xem xét việc sử dụng công nghệ truyền thông không dây 5G để tăng tốc chuyển đổi kỹ thuật số. Độ tin cậy cao, độ trễ thấp và khả năng kết nối đồng thời nhiều thiết bị rất quan trọng đối với các ứng dụng công nghiệp. Để đạt được một loạt các ứng dụng, cần phải liên tục cải thiện tiêu chuẩn 5G, cung cấp các sản phẩm và cơ sở hạ tầng tuân thủ trưởng thành hơn và cho người dùng thấy những lợi thế và giá trị độc đáo do 5G mang lại.