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剖析:5G赋能下的工业物联网怎么走

2019-05-28 15:16
来源: 亿欧网

Fraunhofer也测算了引入5G改进生产技术后产生的经济价值,传统叶盘加工返工率高达25%,意味着每加工4个叶盘中就有1个需要返工。这个成本是非常高的,降低返工率就可以产生很大的经济价值。

如果通过引入5G与物联网技术实现自动化后,返工率可以降低10%,就相当于减少了单位产品的加工时间。换算成机器成本的话,单叶盘成本可以降低3600欧元,全球叶盘的产量大概一年10万片,这就意味着,通过5G技术实现实时监控,一年可以节省3.6亿欧元的成本。

二、采矿行业

矿业是全球经济活动的基础产业,市场规模巨大,全球前40家矿业公司年收入总和就超过了5000亿美元。

提高采矿行业的盈利能力,要求在采掘效率、运输和金属提取技术方面不懈的努力,来最优化矿石的流动效率。然而,在这些方面增加的投入却面临着边际效应递减的问题。自动化正在成为采矿行业新的机会和焦点。要实现自动化的一个前提条件是,矿区内要有比较完善的网络覆盖和连接能力,矿区内环境恶劣,部署移动通信网络是一个比较好的解决方案。

瑞典的Boliden公司是世界顶级矿业公司之一,在全球有8个矿场,其中位于瑞典北部的Aitik矿场是欧洲最大的露天矿场。Boliden和爱立信联合成立了一个研究小组,来探索5G技术如何帮助采矿行业提高效率和经济价值。

Aitik是一个快速扩张的矿场,为了获得铜矿石,必须转移大量的岩石。每年在矿场内来回运输的石头的量都在增长,根据矿石所处位置,岩矿比不同,平均下来每获得一吨铜矿石就要移额外移动一吨的岩石。Aitik目前的年产量是3600万吨矿石,并且预计很快会增长到4500万吨,这样需要移动的岩石的量也会相应增长。

矿场内的复杂和繁忙程度非常高,为移走岩石而增加巨型设备,以及保持住这些新增设备的利用率都不是一件简单的事。

另外,矿石都是通过钻孔爆破获得,每次爆破都会产生有毒气体,只有等这些有毒气体被驱散后,人类才能进入矿区进行挖掘作业,这些都是影响采矿效率的因素。

针对这些问题,比较好的解决方案是自动化和远程控制设备。

自动化钻机可以按照预设的路径自主从一个钻孔自动移动到下一个目标钻孔,并且可以自动重复任务。传统上需要人工在现场操作设备来移动钻机,如果某个任务或者移动路径并未被预先设定好,操作人员可以借助钻机上装备的摄像头远程控制他们的移动。

大多数情况下,自动化已经能完成大部分工作,然而少数只有人才能做出评估决策的情况下,比如对岩石状况的评估,还是需要人工参与远程甚至现场的评估。

Aitik将5个传统钻机改造成了有自动化和远程控制功能的钻机,为这些传统钻机安装了摄像头,升级了控制系统,加装了通信模组,但由于当前的网络带宽只能支持中等质量视频的传输,这限制了远程控制的能力。

改造后的自动化钻机可以将年工作小时数从5000小时提高到了7000小时,相当于Boliden用5台改进后的钻机完成了之前需要7台或者更多钻机才能完成的工作量。

除此之外,自动化同样减少了对人员数量、服务站、停车区的需求,降低了矿区内繁忙运输路线的压力。因为人员的减少,也降低了矿区内人员安全的风险,Boliden可以在保持设备量和员工数量不变的情况下增加爆破工作量。经过测算,用自动化技术进行钻孔和爆破可以为Aitik矿场每年节省250万欧元。

而要实现完全的自动化,远程控制设备和高性能通信系统是必须的。目前采矿业中使用的通信技术还是WiFi,通过仔细优化后覆盖率和性能还可以被接受,但也只能处理自动化中简单、重复性的任务,比如调整钻孔的形式。

Boliden之前已经在Aitik矿场部署了WiFi通信系统来满足控制钻机的需要,虽然这样也提高了一定的生产力水平,但是WiFi的性能还是有很多不足。毕竟WiFi并不是为户外大区域覆盖设计的,而Aitik的露天矿场正是这样的场景。WiFi连接能力有限,也限制了新增连接其他自动化机器设备的可能。

大到整个采矿行业,小到Boliden这家公司,WiFi通信系统的性能严重限制了自动化方面的进一步发展,比如要实现复杂钻孔、自动驾驶矿车、自动规划和调度系统等,必须有高性能的通信系统才能满足这些需求。而5G正是最合适的通信系统,可以处理3D高清视频的传输,大幅提高远程操控的精度,从而实现远程管理高度复杂的任务。

为实现矿区自动化的目标,Boliden的通信系统需要满足以下的需求:

首先,要确保实现远程监控,这就需要通信系统的大带宽和低时延能力;

其次,矿区内的系统要能适配其他的自动化和远程控制设备,包括不同品牌和不同的控制系统;

另外,还要实现全覆盖,能覆盖到矿场的所有角落,确保所有的机器和人员能被连接和定位到;

最后,是在矿场这种复杂多变的环境下,保证系统的稳定运行。

5G通信系统可以满足Boliden最高的需求,包括带宽、网络服务质量、时延和定位。通过引入高性能的通信网络,矿场变得更加安全和高效。虽然有一部分应用需要传输的数据量并不大,但像远程实时操控机器这样的应用,只有5G通信系统才有实现的能力,有了5G的赋能之后,采矿业会成为创新领域之一,产生出新的应用和商业模式。

5G赋能,任重而道远

解决了时延和稳定性的问题,工业领域大量设备联网的制约因素就消除了。这个巨大的市场之前未曾被互联网触及,就好像4G和智能手机的出现,打开了移动互联网的大门,5G面对的可能是一个比移动互联网更大的机会。

因为5G连接的数量、提供的价值、付费的能力,都不是移动互联网可以比拟的。所以也有很多人认为,5G最大的机会在于产业互联网。

虽然5G技术目前还不成熟,大规模部署和应用还有很长的路要走,但我们相信,5G赋能工业领域的方向是明确的,未来可期。

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