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在工业环境下工业互联网的主要作用是什么?

2020-08-14 11:20 次阅读

一. 从消费互联网到工业互联网

在这个互联网如我们生活中的水和电一样无孔不入的时代,不能联网的设备是可耻的。它们像是一个一个的信息孤岛,原始而静寂。

然而 50 年前,这样的信息孤岛却是这个世界的常态,直到美国阿帕网的诞生。

它一开始仅用于军事,但一投入民用,便爆发出了空前的生命力,以「互联网」成其名。

这张互联网在全球急剧扩张,把其神经末梢延伸到了地球的每一个角落。

曾经,这个末梢是无数的个人电脑(Personal Computer,简称 PC 机),显示器背后的人们孜孜不倦地汲取着外部世界的信息,同时向外传播自己的声音。

这张由大量 PC 机终端组成的互联网就叫做 PC 互联网。但 PC 机大而重,没法随身携带,人又不可能随时都守在电脑跟前,所以有了「在线」和「离线」的概念。在电脑跟前,信息可达就是「在线」,反之就是「离线」。

随着 3G 和 4G 网络带来的高速上网服务,以及智能手机的普及,手机逐渐取代 PC 机成为了互联网的末梢,移动互联网迅速发展,并几乎覆盖了几乎所有的智能手机用户。

手机的特点是可以揣在兜里随身携带,并且 4G 网络覆盖完善随时可达,原先「在线」和「离线」的说法就没有了意义。也就是说,在移动互联网时代,大家都是「实时在线」的。

移动互联网是一个划时代的革命,它深刻地改变了人们(尤其是中国人)的生活方式。手机在手,生活无忧,出门可以不带钱,但没了手机就寸步难行。

随着智能手机普及率的不断提升,人口红利趋近结束,移动互联网的发展已经接近饱和状态。

于是,为了寻求新的蓝海,互联网的概念进一步扩展,从「生活方式」向「生产工具」的不断延伸。

这样一来,原先的 PC 互联网和移动互联网被被统称为「消费互联网」。

和消费这个词对应的,自然就是生产,因此用于生产的互联网就被称作「工业互联网」。

在工业环境下工业互联网的主要作用是什么?

二 。 什么是工业互联网?

早在 2012 年,美国通用电气公司在提出「工业互联网」这个概念时,是这么说的:「工业互联网,就是把人、数据和机器连接起来」。

也就是说,工业互联网的三要素,是人、数据、机器。

人和人的连接,就是传统的互联网;物和物(机器)之间的连接,就是近来发展迅速的物联网;而网络存在的核心,自然就是数据中蕴藏的巨大价值。

可以看出,工业互联网其实并太多没有新的技术,更多的是架构的整合,从而把互联网中成熟的网络架构和技术移植到工业生产的应用中,用于效率的提升。

工业互联网可以从「网络」,「数据」和「安全」这三个方面来理解。

网络是基础,即通过互联网,物联网等技术实现工业全系统的互联互通,促进工业数据的充分流动和无缝集成。

数据是核心,即通过网络采集得到的工业生产全周期的海量数据,并进行大数据分析,形成基于数据的智能系统,实现机器弹性生产,运营管理优化,生产协同组织以及商业模式创新。

安全是保障,如果没有严密的安全保障体系,上层的应用就无从谈起,网络和数据的价值就难以得到良好的应用。

上图是蜉蝣君根据工业互联网联盟的图重绘的,可以看出在物理系统,网络,数据,安全,以及应用和用户中存在三个闭环(也就是图中三个红色的虚线圆圈)。

首先是面向设备运行优化的闭环。通过工厂车间内的物联网系统采集机器操作数据和生产环境数据,再经过边缘计算进行分析,实现设备的动态智能调整和生产质量控制。

然后是生产运营优化的闭环。其核心是基于上一层闭环中的数据分析结果,进行生产建模,仿真和分析,并将结论用于车间 / 工厂 / 企业的运营决策优化。

最后是面向企业协同,用户交互及企业服务优化的闭环。这一层次的闭环终于走出了企业内部局域网的范围,真正实现了企业间的工业系统互联和数据共享。可用于企业之间的资源组织,商业活动创新,形成网络化协同,个性化定制,服务化延伸等新模式。

三 。 5G+工业互联网?

说了这么多,5G 到底能在工业互联网中承担哪些重任呢?

我们还是先祭出这张经典的图片。三角形的三个顶点国际电联定义的就是 5G 三大应用场景:增强型移动宽带(eMBB),大规模机器类型通信(mMTC),超可靠和低延时通信(uRLLC)。

在工业环境下工业互联网的主要作用是什么?

如果 5G 像 4G 一样,仅仅用于支撑消费互联网的话,仅仅需要 eMBB 就足够了。

毕竟普通手机用户要的是网速,所谓的 mMTC 专注于大连接数,速率低和时延大,在手机上毫无用武之地;那么 uRLLC 呢?人的反应速度至少就要 100 毫秒了,5G 在手机上要 1 毫秒的超低时延完全没有意义。

也就是说,5G 的大部分应用场景都不是给人用的,理所当然也就不是给消费互联网用的。那给谁用呢?结果显而易见,那就是工业互联网。

工业互联网包含多个不同的垂直行业,需求包罗万象,5G 要在其中发挥作用,无非是作为网络基础设施,然后借助它高速率,大连接,与超可靠低时延这三项能力,在其上构筑适合的行业应用。

这些行业应用在初期大多用于智慧园区的安防,巡检,远程协助,虚拟培训等外围应用,用于核心的工业制造控制还比较困难,随着业界不断的研究和试探,待到更多应用的成熟,后续才会逐步触碰到工业核心控制环节。

以下是一些 5G 用于工业互联网的例子。

1、5G+超高清视频:随着技术的发展,超高清视频已经不再局限于监视,录像,回放等传统功能,对视频流的清晰及流畅度提出了更高的要求。

在工业环境下高清视频的主要应用是:智慧园区的安防,人员管理等场景。

通过 5G 将采集的监控视频 / 图像实时回传,结合边缘计算(MEC)统一监控平台,实现人员违规,厂区环境风险监控的实时分析和报警,提高作业安全性。

在超高清采集分析的技术上,经过人工智能的分析,视频应用逐渐向字符识别,人脸识别,视觉定位,行为分析,物体识别,物体测量,物体分拣等智能化发展,也就可称之为「机器视觉」。

到了这个层次,5G+机器视觉就可以用于工业生产的某些环节了。

2、5G+VR/AR:VR 需要超高带宽和时延才能让人虚拟现实的感受更真实,而 AR 对带宽和时延的要求相对来说宽松一些。

VR 由于沉浸,交互和构想这三大特点,在工业互联网中的主要应用是虚拟装配,虚拟培训,虚拟展厅等场景,720°全景的展示让人身临其境,信息传递更丰富而直观。

AR 则融入到了工业制造的交互,营销,设计,采购,生产,物流和服务等多个环节。

比如,通过 AR 远程协助,专家可远程在 AR 眼镜中实时标注设备状态和操作方法,实现了现场人员和远程专家等零距离沟通。

3、5G+无人机:工业级无人机可以通过 5G 进行远程操控,并进行实时高清视频回传,可用于智慧园区的 24 小时不间歇,无死角的安防,或者恶劣环境下的设备巡检等场景。

4、5G+远程控制:在工业环境中,很多场景不适合人进行作业,比如高位,高空,有毒等恶劣环境,这就需要远程控制。

远程控制不但需要超高清视频的回传,还需要极低的时延和可靠性。5G 正好可以满足这些方面的要求。

在上述几种应用场景中,5G 与超高清视频的融合应用已进入成熟期,将成为 5G 在工业互联网领域的第一批应用场景。

5G+VR/VR,5G+无人机以及 5G+机器视觉等应用已进入高速发展期,经济价值逐渐显现,未来将成为 5G 在工业互联网的主流应用场景。

5G+远程控制等应用涉及工业核心控制环节,目前还处于探索期,还有待进一步的测试验证。

实现以上的应用场景需要两个关键技术:5G 网络切片和边缘计算。

5G 网络切片在一个物理网络上实现多个资源隔离的逻辑网络。

不同特点的应用,对于网络的需求千差万别。有的要求大带宽,有的要求大连接,还有的要求低时延,同一网络下同时满足这些要求代价很大,而网络切片可以通过给它们定制不同的逻辑网络来满足。

综合商业视角,切片网络的目标架构包括商业层,切片管理层和网络层。

商业层为垂直客户提供切片设计服务以及购买入口;切片管理层提供切片调度,管理和实例化;切片网络层就是支撑上层应用的物理设备和逻辑模块。

边缘计算(MEC,Multi-access Edge Computing,多接入边缘计算),就是让大量的数据计算在网络的边缘就近进行。

这样不但可以降低时延,还可以减少向上的传输带宽,更重要的是把关键数据保存在企业之内,更具安全性。

5G 可天生支持 MEC。由于 5G 核心网采用了用户面和控制面分离的服务化架构,其用户面单元 UPF 可以很方便得部署在企业内,甚至 MEC 服务器之上,从而实现用户面就近处理,关键数据也不会流出企业。

综上,有了 5G 对 eMBB,mMTC 和 uRLLC 这三大应用场景,网络切片,边缘计算,以及核心网用户面下沉的支持,才能更好地服务工业互联网。

并且,这些 5G 功能必须在 SA 场景下才能实现,这也是中国目前大力发展 5G SA 部署模式的原因之一。
       责任编辑:pj

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发表于 08-26 06:45 0次 阅读
联网安全接受度成自动驾驶的关键

堡盟HOG 86E重载编码器介绍

编码器专家堡盟推出的新型重载编码器HOG 86E将性价比做到了极致:耐腐蚀铝合金外壳且功能纯粹,对用户而言,由于无需任何面漆...
发表于 08-25 06:29 0次 阅读
堡盟HOG 86E重载编码器介绍

机器人核心技术之一的自主导航该如何实现

人工智能和机器人领域着名的莫拉维克悖论表示:和传统假设不同,对计算机而言,实现逻辑推理等人类高级智慧只需要相对很少的计算...
发表于 08-20 07:31 101次 阅读
机器人核心技术之一的自主导航该如何实现

CCD机器视觉检测定位系统在手机壳瑕疵检测的应用介绍

随着技术的进步和生活水平的提高,智能手机行业近年来发展迅速,更换和产品升级迅速,智能手机的产量持续增长,但与此同时,不同...
发表于 08-19 10:39 909次 阅读
CCD机器视觉检测定位系统在手机壳瑕疵检测的应用介绍