Les industries des processus et autres industries manufacturières introduisent les technologies numériques pour améliorer encore l'efficacité de la production. En tant que technologie de base, la communication sans fil qui fournit une connectivité partout où elle est déployée devient de plus en plus importante. Dans le même temps, la communication sans fil doit répondre aux besoins d'une variété d'applications, ce qui devient de plus en plus difficile.
01 Aperçu des fonctionnalités de communication 5G
Après 3G et 4G / LTE, "5G" est la cinquième génération de systèmes de communication mobile. Bien que ces générations de systèmes aient été développées davantage pour les services de communication personnelle, la 5G peut également être utilisée pour l'infrastructure réseau de l'Internet des objets (IoT), qui connectera tous les appareils et objets de la vie quotidienne, de la fabrication et d'autres industries.
Trois caractéristiques de la communication 5G et leurs applications pratiques.
● haut débit mobile amélioré
5G se concentre sur l'augmentation du débit de données des communications sans fil à large bande, qui a été améliorée dans les générations précédentes. Les services à large bande pour les smartphones et autres appareils mobiles sont un excellent exemple de profit de cette fonctionnalité.
● Communication à faible délai ultra-fiable
La 5G est conçue pour permettre une communication sans fil très fiable, à faible latence et en temps réel.
● Communication machine à grande échelle
Cette fonctionnalité signifie que de nombreux bornes à faible trafic sont connectées simultanément.
02 Spectre dédié en 5G
Avec la plupart des technologies de communication sans fil existantes, ce spectre sans licence peut être utilisé pour une variété de scénarios avec un nombre illimité d'utilisateurs. Cependant, il existe un risque d'interférence entre différents systèmes sans fil sur la même bande de fréquences.
03 Exploitation du réseau privé (5G local)
Les systèmes de communication mobile existants sont généralement conçus pour fournir une large gamme de services de communication dans un réseau national établi par un opérateur de réseau mobile.
04 Standardisation internationale de la 5G
Dans certains pays, les entreprises et les gouvernements locaux devraient construire et exploiter leurs propres réseaux 5G dédiés. Après avoir obtenu une licence, les opérateurs locaux peuvent utiliser exclusivement ces bandes dans leur région.
La 5G devrait être utilisée dans l'industrie traditionnelle des communications mobiles et de nombreuses autres industries. L'inclusion de nouvelles exigences pour les applications industrielles est un facteur important dans le développement réussi des normes. Les grandes entreprises des industries de la fabrication et des télécommunications participent activement et explorent l'application de la technologie 5G dans l'industrie manufacturière.
05 cinq applications potentielles dans l'industrie des processus
Dans le secteur manufacturier, les exigences de communication pour différentes applications sur le terrain varient et, comme mentionné précédemment, la 5G devrait être utilisée comme une infrastructure sans fil capable d'introduire une variété d'applications d'usine sans fil. De plus, les applications qui tirent le meilleur parti des fonctionnalités de communication de 5G sont en cours de développement pour faciliter les opérations à distance numériques dans la fabrication.
1. Prise en charge du fonctionnement sur place pour les appareils mobiles
Les appareils mobiles sont déployés sur le terrain pour augmenter la productivité, ainsi que la couverture du réseau et les limitations de bande passante de terrain limitent la prise en charge de l'application via la communication sans fil. 5G permettra la communication sans fil à large bande à des vitesses plus élevées et une latence plus faible dans n'importe quelle zone de l'usine.
La réalité augmentée (AR) est l'un des scénarios d'application du haut débit mobile amélioré en 5G. Bien que AR nécessite beaucoup de données, il peut superposer des images haute définition sur le dispositif cible et les afficher en temps réel sur la tablette ou le terminal portable du travailleur, fournissant une solution intuitive. Les travailleurs sur le terrain peuvent utiliser l'équipement cible tout en faisant référence aux procédures de travail superposées, ou partager des images en temps réel avec des techniciens dans des endroits éloignés et obtenir des recommandations spécifiques. Il aide non seulement à améliorer l'efficacité, la fiabilité et la sécurité des travaux sur le terrain, mais peut également transmettre les compétences plus efficacement grâce à la pratique.
2. Surveillance à distance avec des images haute définition
La 5G a plus de capacité que la génération précédente de 4G / LTE, en particulier en termes de communications de liaison montante. Cela permet de diffuser une vidéo en 4K ou une résolution supérieure en temps réel. Dans les usines, une utilisation potentielle est l'utilisation de caméras sans fil pour la surveillance à distance. Lorsque la clarté de l'image est suffisamment élevée pour distinguer les changements subtils de la couleur de la surface liquide ou la corrosion du tuyau, l'inspection visuelle peut être effectuée à distance. Les images à haute résolution peuvent également être utilisées comme entrée pour l'analyse de l'IA, qui peut détecter automatiquement les anomalies telles que l'intrusion humaine non autorisée ou les situations telles que les incendies.
3. Robots de nuages
À mesure que la population active se rétrécit, les robots mobiles devraient garantir que les usines fonctionnent en toute sécurité et de manière fiable. Les robots se déplacent de manière autonome dans toute l'usine, en prenant la place des travailleurs pour patrouiller des zones dangereuses. Les drones peuvent effectuer des travaux à haute altitude, ce qui peut être dangereux pour les travailleurs. "Cloud Robotics" est en train de devenir une technologie prometteuse. Étant donné que les fonctions de contrôle dans le cloud ne sont pas limitées par les performances de calcul du robot, les fonctions de contrôle avancées peuvent être déployées.
En utilisant ses propriétés à grande vitesse et à grande capacité, la 5G permet aux robots mobiles de se connecter sans fil aux fonctions de contrôle dans le cloud en temps réel. Utilisez des ressources informatiques massives dans le cloud et traitez de grandes quantités de données de capteurs en temps réel. Les fonctionnalités ultra-fiables et à faible latence offertes par la 5G permettent d'être utilisée pour les communications d'urgence et de temps, ce qui peut éviter des événements tels que les collisions entre les robots et l'équipement de processus mobile.
4. Système de contrôle sans fil / cloud
La technologie sans fil existante ne peut pas atteindre une forte fiabilité et une faible latence en même temps, mais elle peut être réalisée avec la 5G. Cela rend la 5G disponible pour les applications critiques de mission. Une application possible consiste à une partie sans fil d'un système de contrôle distribué (DCS) pour réduire le coût d'installation et de maintien des câbles de communication dans une large zone de l'usine. Les points de surveillance peuvent également être ajoutés et modifiés sans aucune manipulation des câbles de communication.
De plus, si la 5G garantit une communication très fiable, la communication à faible latence entre les périphériques de champ et le cloud, les contrôleurs et autres fonctions DCS peuvent être configurés dans le cloud tout en maintenant des performances critiques. En plus des systèmes de cloud externes, la 5G peut également être utilisée avec l'informatique à bord multi-accès (MEC), qui créera une plate-forme informatique à faible latence dans le réseau. Lorsque les applications de contrôle sont implémentées sur la plate-forme MEC, les services de contrôle cloud peuvent être permis de profiter pleinement de la fiabilité élevée et de la faible latence de la 5G sans avoir besoin d'Internet ou d'autres réseaux.
5. Capteurs connectés pour les jumeaux numériques
Le jumeau numérique est la réalisation numérique de l'usine réelle dans le cyberespace et est la base de la transformation numérique des opérations d'usine. Les applications ne se limitent pas aux informations statiques de conception de l'usine numérique. Les jumeaux numériques reflètent les conditions de l'usine réelles en temps réel, permettant une maintenance prédictive et des opérations optimisées par simulation et analyse d'IA.
Pour synchroniser plus précisément l'état des jumeaux physiques et numériques, les entreprises doivent comprendre avec précision l'état de l'équipement, des pipelines et d'autres actifs, ainsi que la météo et d'autres conditions. Pour ce faire, l'usine a dû installer de nombreux capteurs. Pour répondre à cette demande, chaque capteur doit être sans fil, peu coûteux et capable de fonctionner pendant des années sans avoir à remplacer la batterie. La capacité de 5G à connecter plusieurs appareils en même temps est la clé de cette application.
Les cas d'application potentiels 5G en usines incluent la prise en charge des appareils mobiles, la surveillance à distance, la robotique cloud, les systèmes de contrôle sans fil / cloud et la connectivité des capteurs améliorée pour l'optimisation numérique du jumeau.
06 Statut et défis des applications industrielles 5G
Malgré les nombreux cas de candidature potentiels dans l'usine, la 5G n'a pas encore été largement mise en œuvre dans l'industrie des processus. Les applications industrielles 5G sont toujours confrontées à de nombreux défis.
Afin de répondre aux besoins des applications grand public et industrielles, la 5G doit prendre en charge plusieurs fonctions. La norme 5G est en cours de développement de manière progressive avec différentes priorités. Les versions R16 et ultérieures de la norme 5G incluent des fonctionnalités qui peuvent être utilisées pour les applications industrielles. Ils améliorent la haute fiabilité, les communications à faible latence et les réseaux privés, et soutiennent également l'interopération avec les réseaux sensibles au temps (TSN), une technologie de réseautage essentielle en automatisation.
Les capacités du secteur industriel seront encore améliorées dans les normes R18 et plus tard (5G avancées). Alors que la 5G propose des capacités industrielles avancées telles que la haute fiabilité, la faible latence et la connectivité simultanée multipoint, le développement supplémentaire des normes 5G, des produits de conformité et des infrastructures sont nécessaires pour soutenir ces capacités.
Les configurations de test de preuve de concept utilisent de nouveaux algorithmes et 5G pour résoudre des défis avancés de contrôle des processus avancés.
07 Preuve de concept de technologie de télécommande utilisant la 5G
Bien que le POC soit une étape prometteuse, des tests supplémentaires sont nécessaires pour développer une valeur commerciale claire pour les solutions industrielles 5G. Une solution possible consiste à déployer des appareils de bord de communication sans fil à haut débit dans les usines et à utiliser la technologie d'IA autonome basée sur le cloud pour contrôler les appareils en temps réel.
08 5 g et contrôle autonome basé sur le cloud AI
La combinaison de FKDPP et Cloud avec 5G, qui offre une faible latence et la capacité de connecter de nombreux appareils, devrait devenir la technologie de base pour obtenir un contrôle autonome industriel.
De nombreuses industries commencent à considérer l'utilisation de la technologie de communication sans fil 5G pour accélérer la transformation numérique. Une fiabilité élevée, une faible latence et la possibilité de connecter plusieurs appareils sont essentiellement essentielles pour les applications industrielles. Afin d'obtenir un plus large éventail d'applications, il est nécessaire d'améliorer en continu la norme 5G, de fournir des produits et des infrastructures de conformité plus matures et de montrer aux utilisateurs les avantages et la valeur uniques apportés par la 5G.