連接制造商與未來：5G 如何改變制造業(yè)格局

　　如今，不斷變化的運營需求對數(shù)據(jù)密集型技術(shù)的要求越來越高。同時，現(xiàn)有的無線網(wǎng)絡(luò)協(xié)議并不完全適合提供現(xiàn)代制造商所需的一切。第五代蜂窩無線技術(shù)(5G)的日益部署將使制造商及其員工能夠迎接更具創(chuàng)造力的未來。

　　眾所周知，5G 將迎來更快的速度、更大的吞吐量和更低的延遲。新網(wǎng)絡(luò)規(guī)范還承諾更高的可靠性、延長連接設(shè)備的電池壽命并支持大規(guī)模設(shè)備連接。這些網(wǎng)絡(luò)特性不僅會結(jié)合起來改造當前的制造活動，而且 5G 也將成為創(chuàng)新的催化劑。 5G 將以多種方式賦予整個工廠的工人權(quán)力，幫助支持全球制造業(yè)的轉(zhuǎn)型升級。

　　本文將探索制造商如何看待 5G 的功能以及他們計劃入戶充分利用 5G 連接的獨特潛力。5G是定義下一代制造業(yè)的關(guān)鍵因素。在5G的幫助下，制造商將能夠更好地提高產(chǎn)品質(zhì)量、優(yōu)化工作流程并向內(nèi)部成員和外部客戶提供新產(chǎn)品和服務(wù)。

　　因此，5G 和制造業(yè)的組合力量具有廣泛的意義。幾乎所有制造商都認為 5G 連接對其業(yè)務(wù)的整體未來非常重要。至關(guān)重要的是，5G 技術(shù)部署到制造業(yè)的速度越快，制造商就越有競爭力;絕大多數(shù)受訪者表示，5G 部署的速度將對他們的全球競爭能力產(chǎn)生積極影響。制造商對 5G 的采用率，以及他們可以通過這種變革性技術(shù)實現(xiàn)的目標，可能會越來越多地定義競爭格局，從而更廣泛地定義制造。

　　主要概況

　　5G 將幫助制造商采用現(xiàn)有的經(jīng)營方式。

　　•  百分之九十的制造商認為，在其設(shè)施中使用 5G 將有助于現(xiàn)有的經(jīng)營方式 (92%)，并將進一步推進現(xiàn)有流程 (88%)。

　　5G將推動新流程，為制造商創(chuàng)造新商機。

　　• 創(chuàng)建新流程和業(yè)務(wù)是5G 部署的一個特別重要的結(jié)果。除了制造商目前在其設(shè)施中所做的事情之外， 百分之九十的制造商還預計 5G 的利用將導致新流程的創(chuàng)建 (88%) 和新業(yè)務(wù)的創(chuàng)建 (86%)。

　　5G 將有助于改變供應鏈和工廠運營。

　　• 制造商預計5G 將對工廠運營的許多方面產(chǎn)生重大影響。五分之四的制造商表示，5G 技術(shù)對其設(shè)施內(nèi)的庫存跟蹤 (83%)、設(shè)施安全 (81%) 以及倉儲和物流 (81%) 非常重要。此外，四分之三的制造商表示 5G 對檢查 (76%) 和組裝 (76%) 活動也很重要，十分之七的制造商表示包裝 (72%) 和員工培訓 (71%) 工作將從部署中受益5G到制造業(yè)。

　　• 制造商還報告說，5G 將影響車間的特定應用，包括設(shè)備監(jiān)控 (89%)、實時分析傳感器數(shù)據(jù)的安全程序 (87%) 和員工安全 (86%)。絕大多數(shù)制造商還報告說，5G 將幫助遠程分析以支持實時決策 (84%)、基于狀態(tài)的遠程監(jiān)控以進行預測性維護 (84%)、資產(chǎn)跟蹤 (83%) 和預防性維護 (82%) )。

　　5G 將推動制造商節(jié)省成本。

　　• 幾乎所有制造商都希望將機器和設(shè)備與 5G 無線連接的直接影響視為一定程度的成本節(jié)約 (93%)。平均而言，制造商預計可節(jié)省大約 38% 的成本。

　　5G 將提高機器和員工的生產(chǎn)力。

　　• 幾乎所有制造商都希望通過實施 5G 來提高機器 (94%) 和工人 (93%) 的生產(chǎn)力。平均而言，制造商預計設(shè)備生產(chǎn)率將提高約 42%，工人生產(chǎn)率將提高 41%。

　　5G 有望改善依賴網(wǎng)絡(luò)連接的眾多制造活動。

　　• 與當前的連接技術(shù)相比，三分之二 (65%) 的受訪制造商表示 5G 在提高效率方面更勝一籌，超過一半的制造商認為 5G 將提供更好的質(zhì)量和服務(wù) (56%) 以及更大的靈活性 (53%)。此外，五分之二的人認為 5G 將是有利的，因為它與增強的安全性 (45%) 和提高競爭力 (41%) 有關(guān)，三分之一的人認為它將縮短交貨時間 (35%) 和更低成本(32%)。

　　• 當被問及一系列制造活動時，制造商報告說，5G 將使所有活動都變得更加容易。值得注意的是，生產(chǎn)線的重新配置被認為是使用當前技術(shù)最困難的制造活動，當使用 5G 技術(shù)時，預計將在“易用性”方面看到最大的改進。制造商還預計，5G 的利用將推動設(shè)備遠程控制、增強現(xiàn)實/虛擬現(xiàn)實 (AR/VR) 應用的利用、移動機器人和自動引導車輛的利用以及自動化等方面的顯著改善。

　　制造商采用 5G 的首要驅(qū)動力是在整個生產(chǎn)過程中進行質(zhì)量控制監(jiān)控的能力。

　　• 超過一半的制造商還報告稱，提高機器生產(chǎn)力 (53%) 將推動 5G 的采用。

　　為什么 5G 對制造商很重要?

　　制造商一直在尋找提高運營績效并在其流程中建立更大彈性的方法。一個有希望的潛力是 5G 連接的擴展部署以及隨之而來的服務(wù)和機會，這些服務(wù)和機會將來自普遍和無處不在的連接。

　　重要的是要認識到 5G 連接與其前身有著根本的不同。雖然命名約定可能表明 5G 只是以前蜂窩網(wǎng)絡(luò)的線性擴展，但 5G 是超越 4G 的重要一步。人們普遍認為 5G 將提供更好更快的移動寬帶，但僅此而已。實際上，蜂窩網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的每一次迭代都具有獨特的特性和特性，因此迎來了全新的用例。 5G 尤其如此。 2G網(wǎng)絡(luò)提供海量移動語音通信。 3G 網(wǎng)絡(luò)引入了基本的移動寬帶功能。 4G 網(wǎng)絡(luò)支持移動流式傳輸圖形豐富的內(nèi)容。每次迭代都連接了更廣泛、更多樣化的對象，并帶來了移動流量數(shù)據(jù)的指數(shù)級增長。

　　5G 具有獨特的屬性和屬性，這將定義其顛覆性特征。其中包括高數(shù)據(jù)速率、更高的系統(tǒng)容量、減少的延遲和大規(guī)模的設(shè)備連接。商業(yè) 5G 部署將擴大網(wǎng)絡(luò)可能性，超越任何以前的蜂窩網(wǎng)絡(luò)技術(shù)。 5G 是一種技術(shù)范式轉(zhuǎn)變，而不僅僅是現(xiàn)有技術(shù)的延伸。

　　5G 的獨特特性將對制造業(yè)和工業(yè)經(jīng)濟產(chǎn)生巨大影響。高數(shù)據(jù)量將使增強現(xiàn)實和虛擬現(xiàn)實能夠通過移動網(wǎng)絡(luò)傳遞，迎來 8K 視頻功能并取代固定寬帶，這意味著可以在更多地方連接更多對象。低延遲支持任務(wù)關(guān)鍵型應用，例如遠程采礦、交通控制、全息圖和實時工廠控制。大規(guī)模設(shè)備連接將改變通過智能儀表、物流跟蹤和智能生物識別等應用測量的方式和內(nèi)容。 5G 網(wǎng)絡(luò)的可靠和彈性特性將使無人駕駛車輛、實時控制移動機器人的能力以及無人機的更廣泛可靠性成為可能。

　　5G 標準的設(shè)計目標與以前的蜂窩網(wǎng)絡(luò)完全不同。5G 消除了以前網(wǎng)絡(luò)中存在的障礙，使其能夠提供以前不可能的新服務(wù)。

　　什么是5G?

　　大約 50 年前，在曼哈頓中城的一條街道上，摩托羅拉工程師 Martin Cooper 打出了第一個蜂窩電話。 雖然無線革命始于語音通信，但蜂窩網(wǎng)絡(luò)的每一次迭代都代表著一次飛躍，因為無線網(wǎng)絡(luò)已經(jīng)適應了另一場決定性的技術(shù)革命：互聯(lián)網(wǎng)的興起。 在這樣做的過程中，自那次關(guān)鍵電話呼叫以來的每一代主要無線技術(shù)都被定義為不斷提高的數(shù)據(jù)容量和可以通過蜂窩網(wǎng)絡(luò)提供的更廣泛的服務(wù)：

　　• 1G (1979)：語音通話

　　• 2G (1991)：數(shù)字語音、短信、撥號數(shù)據(jù)速度

　　• 3G (1998)：電子郵件、圖片、網(wǎng)絡(luò)

　　• 4G (2009)：流媒體視頻

　　5G 代表了無線通信的第五個重要里程碑。 它帶來了許多功能，包括以下內(nèi)容：

　　速度——5G 網(wǎng)絡(luò)可以以比 4G 網(wǎng)絡(luò)高 20 倍的速率達到峰值，未來可能會有更高的吞吐量。

　　延時——5G 網(wǎng)絡(luò)可以在不到 10 毫秒的時間內(nèi)發(fā)送“往返”數(shù)據(jù)(將數(shù)據(jù)發(fā)送到目的地并返回)，未來這個數(shù)字可能會降至 5 毫秒以下。

　　容量——5G 網(wǎng)絡(luò)可以從每平方英里數(shù)十萬個傳感器捕獲數(shù)據(jù)。

　　可靠——5G 網(wǎng)絡(luò)可以達到“五個九”(99.999%)的可靠性，使其成為任務(wù)關(guān)鍵型應用的絕佳選擇。

　　接力——即使設(shè)備以每小時數(shù)百公里的速度行駛，5G 網(wǎng)絡(luò)也可以無縫地相互傳遞數(shù)據(jù)，確保為高速應用提供強大的連接。

　　效率——通過 5G 低功耗連接的遠程傳感器設(shè)備應用可以依靠電池供電運行近十年。

　　5G 提供三種主要類型的通信服務(wù)或用例：增強型移動寬帶服務(wù) (eMBB)、大規(guī)模機器類型通信 (mMTC) 和超可靠、低延遲通信 (URLLC)：

　　eMBB 改進了我們通常認為的以下方面：蜂窩服務(wù)：從智能手機、筆記本電腦或車輛等設(shè)備快速訪問數(shù)據(jù)，用于流視頻等應用。最初的 5G 部署集中在這項服務(wù)上。

　　mMTC 為傳感器和其他智能設(shè)備等低功耗設(shè)備帶來了 5G 支持，這些設(shè)備可能需要在現(xiàn)場或工廠中使用一次電池充電數(shù)年。它建立在對此類設(shè)備的 LTE 標準支持之上。

　　URLLC 適用于需要非常靈敏的數(shù)據(jù)連接的設(shè)備(例如，在高速公路上尋求避免碰撞的兩輛自動駕駛汽車之間的通信)。 5G NR(新無線電)支持 URLLC。因此，它可以實現(xiàn)比 LTE 更高的性能，是實現(xiàn) 5G 全部潛力的關(guān)鍵。

　　5G 還經(jīng)常與不是標準固有部分但具有高度互補性的舉措相關(guān)聯(lián)。 一個這樣的例子是 MEC(多路訪問，或移動邊緣計算)。 MEC 旨在提高高帶寬、低延遲應用(例如，共享增強現(xiàn)實或基于云的游戲)的性能。

　　MEC 允許在邊緣進行更多處理，這意味著減少在執(zhí)行數(shù)據(jù)密集型活動的過程中將數(shù)據(jù)從機器移動到云并返回的需要。 通過這種方式，制造商可以利用 MEC 來減少某些應用程序的延遲，還可以優(yōu)先處理關(guān)鍵任務(wù)數(shù)據(jù)。 制造商將使用 MEC 來控制機器人、無人機和其他需要低延遲、高可靠性、更高隱私和安全性的設(shè)備，因此它們的性能不會受到數(shù)據(jù)從機器到云的往返時間的阻礙。

　　由于我們處于 5G 過渡的早期階段，我們可以與過去十年廣泛使用的早期 4G 網(wǎng)絡(luò)進行一些比較：

　　• 與之前的4G 一樣，隨著標準的改進，4G 在過去幾年變得更快，5G 正在分階段推出，并且在未來幾年會變得更快。它的進步是由一個管理國際機構(gòu)創(chuàng)建的版本定義的，該機構(gòu)專注于涵蓋蜂窩標準演變的許多技術(shù)細節(jié)。第 15 版定義了 2019 年的初始 5G 標準。第 16 版和第 17 版，專注于提高效率和電源管理等，于 2020 年獲得批準，第 18 版計劃于 2021 年獲得批準。

　　• 此外，與4G 一樣，運營商需要一段時間才能實現(xiàn)廣泛覆蓋。盡管各國運營商自 2019 年以來在建設(shè)網(wǎng)絡(luò)方面取得了良好進展，但我們可以預期 2021 年及以后的覆蓋范圍和速度都會有所改善。即便如此，5G 被全球運營商采用的速度比 4G 更快。

　　• 電信公司愛立信估計，到 2020 年底，5G 覆蓋全球人口的 15%，高于 2019 年底的 5%。此外，他們估計到 2026 年這一比例將增長到 60%，使 5G 成為部署速度最快的移動通信歷史上的技術(shù)。

　　• 正如 4G 網(wǎng)絡(luò)要求智能手機等設(shè)備具備 4G 功能以充分利用網(wǎng)絡(luò)速度一樣，5G 網(wǎng)絡(luò)也是如此。 2020 年，幾乎所有主要的美國智能手機制造商都發(fā)布了至少一款 5G 智能手機。其他設(shè)備制造商也發(fā)布了支持 5G 的筆記本電腦、平板電腦和熱點。

　　5G 并不是最近看到重大更新或支持聲明的唯一無線網(wǎng)絡(luò)技術(shù)，盡管其他技術(shù)都專注于不同的解決方案和應用程序。它們包括以下內(nèi)容：

　　• Wi-Fi 6e：與前幾代相比，Wi-Fi 6e 在速度和網(wǎng)絡(luò)擁塞管理方面代表了一代飛躍。然而，最近，該技術(shù)已擴展到一個新的頻段，該頻段提供的容量比以前頻段的總和還要多。雖然這應該會帶來我們迄今為止看到的最佳 Wi-Fi 性能，但 Wi-Fi 可以替代 5G 的替代方案，因為 5G 不可用。但是，它仍然專注于本地網(wǎng)絡(luò)，無法匹配范圍或設(shè)備密度容量的 5G。

　　• 藍牙 5.2：將智能手機與耳機和其他外圍設(shè)備連接起來的流行標準的最新版本將在能耗方面得到改善，并可用于短距離精確物體定位。

　　• UWB：與藍牙一樣，超寬帶可用于短距離精確目標定位。領(lǐng)先的智能手機制造商現(xiàn)在正在將 UWB 集成到他們的智能手機中。

　　這些短程技術(shù)與 5G 高度互補，未來幾年應在智能手機和其他設(shè)備中得到廣泛支持。