雖然消費(fèi)者對圍繞5G改善移動(dòng)設(shè)備性能有很大興趣，但工業(yè)公司也非常需要在其設(shè)施內(nèi)實(shí)施該技術(shù)。這是因?yàn)閷S的創(chuàng)新和數(shù)字化的需求從未如此之大。當(dāng)涉及到改善材料流動(dòng)，從而減少機(jī)器空閑時(shí)間和其他干擾時(shí)，使用自主移動(dòng)機(jī)器人（AMR）與其他計(jì)算和連接技術(shù)相結(jié)合，往往是最佳解決方案。

事實(shí)上，AMR車隊(duì)的規(guī)模不斷擴(kuò)大，工業(yè)4.0和工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)（IIoT）技術(shù)在車間的使用也在推動(dòng)著采用工業(yè)級5G專用無線通信的需求。需要升級到能力更強(qiáng)的通信技術(shù)，以可靠、低延遲的連接來處理增加的網(wǎng)絡(luò)負(fù)荷。

為了實(shí)現(xiàn)高效的流程和操作，AMR在正確的時(shí)間獲得正確的工作任務(wù)，能夠在預(yù)期的時(shí)間執(zhí)行任務(wù)，并與其他AMR和現(xiàn)場條件協(xié)調(diào)好，這是至關(guān)重要的。為了執(zhí)行這些和其他任務(wù)，需要高速和可靠的連接。由于這些原因，AMR和5G無線領(lǐng)域的行業(yè)領(lǐng)導(dǎo)者正在聯(lián)手推出這些技術(shù)在現(xiàn)場的協(xié)調(diào)使用。

行動(dòng)中的AMRs

設(shè)施內(nèi)的材料運(yùn)輸通常是一個(gè)手動(dòng)或半自動(dòng)的過程，靈活性有限。多年來，AMR已經(jīng)被應(yīng)用于改善這種情況，在設(shè)施內(nèi)提供可靠的材料運(yùn)輸，同時(shí)改善工人的安全。AMR通過減少機(jī)器等待材料的空閑時(shí)間，直接提高了整體設(shè)備效率（OEE）。它們還最大限度地減少了人們執(zhí)行平凡的、重復(fù)的和不方便的任務(wù)的需要。

雖然AMR在某種程度上是獨(dú)立運(yùn)行的，但它們也必須在靠近人、設(shè)備和其他工業(yè)車輛的地方安全工作，這就要求它們進(jìn)行智能導(dǎo)航和協(xié)調(diào)（圖1）。車載傳感器完成了部分工作，但大部分的互動(dòng)是通過與車隊(duì)管理系統(tǒng)的無線通信進(jìn)行的。為了充分釋放運(yùn)營價(jià)值，一個(gè)高效和精心規(guī)劃的AMR車隊(duì)還需要非常靈活，以滿足不同的需求。正確使用，典型的AMR投資回報(bào)率不到24個(gè)月。

圖1：像圖中的OMRON模型一樣的AMR需要可靠的無線通信，以便它們能夠安全有效地導(dǎo)航并與人、設(shè)備和其他工業(yè)車輛協(xié)調(diào)。| 資料來源：OMRON

今天的AMR與Wi-Fi配合得很好，但有許多令人信服的理由，本地現(xiàn)場5G連接可以提高AMR的性能。在某些情況下，AMR是在已經(jīng)用于商業(yè)和其他IIoT目的的現(xiàn)有Wi-Fi系統(tǒng)上實(shí)施的，限制了網(wǎng)絡(luò)性能。其他較新的AMR功能正在加劇對增加帶寬和更好響應(yīng)時(shí)間的需求。

增加更深層次的應(yīng)用自動(dòng)化，從半自動(dòng)化發(fā)展到完全自動(dòng)化

多傳感器融合框架，如板上和板下的檢測相機(jī)

大批量、小批量材料的可追溯性

當(dāng)Wi-Fi網(wǎng)絡(luò)被用于太多的目的時(shí)，它就會(huì)變得滿載和超載，對于非關(guān)鍵性的應(yīng)用，它們可能仍然足夠，但實(shí)時(shí)功能會(huì)受到影響。一些用戶碰上了Wi-Fi的挑戰(zhàn)，比如：

1.有限的/零星的覆蓋

2.接入點(diǎn)之間不可靠的交接

3.不斷下降的帶寬

4.不可預(yù)知的延時(shí)

5.不夠的網(wǎng)絡(luò)安全

雖然一個(gè)小型的AMR車隊(duì)可能使用Wi-Fi就可以了，但規(guī)模、功能和負(fù)載的任何增加通常都需要為這些關(guān)鍵任務(wù)應(yīng)用提供專用的網(wǎng)絡(luò)解決方案。成功和可擴(kuò)展的AMR部署需要可預(yù)測的網(wǎng)絡(luò)性能，以提高OEE，并提供更快的投資回報(bào)率。

5G的優(yōu)勢

Wi-Fi是非常以IT為中心的，并不是為了在最具挑戰(zhàn)性的環(huán)境中運(yùn)行而設(shè)想的。諾基亞一直在為通信服務(wù)提供商和企業(yè)提供2G（GSM）、3G（UMTS）、4G（LTE）和5G蜂窩網(wǎng)絡(luò)，是全球私人無線網(wǎng)絡(luò)的領(lǐng)導(dǎo)者。雖然第一代移動(dòng)通信的要求主要是由專注于消費(fèi)者需求的服務(wù)提供商推動(dòng)的，但5G的情況已經(jīng)改變。

工業(yè)自動(dòng)化公司根據(jù)OT的需求，在定義5G標(biāo)準(zhǔn)的要求上做出了貢獻(xiàn)。此外，像歐姆龍和諾基亞這樣的公司已經(jīng)建立了戰(zhàn)略伙伴關(guān)系，以加快5G解決方案在工業(yè)領(lǐng)域的使用，幫助向工業(yè)4.0邁進(jìn)。5G技術(shù)在許多Wi-Fi可能出現(xiàn)問題的領(lǐng)域進(jìn)行了改進(jìn)，據(jù)估計(jì)，它在實(shí)時(shí)制造環(huán)境的可用性和優(yōu)化方面的性能提高了25%（圖2）。

圖2：諾基亞是開發(fā)5G技術(shù)的行業(yè)領(lǐng)導(dǎo)者，這些技術(shù)在各方面都優(yōu)于Wi-Fi。|來源：OMRON

5G正在分階段推出，其基石是基于在包括工業(yè)在內(nèi)的所有環(huán)境中對以下方面的優(yōu)化（圖3）：

1.帶寬

2.延遲和可靠性

3.大規(guī)模的物聯(lián)網(wǎng)連接

工業(yè)參與的一個(gè)例子是5G對時(shí)間敏感網(wǎng)絡(luò)（TSN）等關(guān)鍵方面的支持，確保關(guān)鍵通信在1毫秒內(nèi)完成交易。適用于工業(yè)應(yīng)用的其他頂級5G性能特征包括。

1.容量：每平方公里可處理100萬個(gè)連接設(shè)備

2.室內(nèi)覆蓋：通常是20-60米的接入點(diǎn)半徑，能夠穿透多個(gè)建筑物墻壁

3.服務(wù)質(zhì)量（QoS）：具有優(yōu)先權(quán)的流量管理

4.性能：可預(yù)測的數(shù)據(jù)速率，具有6-9的可靠性

5.移動(dòng)性：設(shè)備的移動(dòng)速度可以達(dá)到500公里/小時(shí)

6.延遲：1-10毫秒，即使有更多支持TSN的連接也保持穩(wěn)定

7.安全性：零信任設(shè)計(jì)，通過認(rèn)證和端到端加密實(shí)現(xiàn)軍事級安全

8.服務(wù)：一個(gè)網(wǎng)絡(luò)處理所有語音、寬帶、視頻、物聯(lián)網(wǎng)和TSN流量

9.干擾：能夠使用專用頻譜

10.網(wǎng)絡(luò)分片：用于隔離流量

11.地理定位：定位精度可達(dá)20厘米

圖3：5G技術(shù)的開發(fā)是為了滿足消費(fèi)者、商業(yè)用戶和工業(yè)應(yīng)用在帶寬、延遲、可靠性和大規(guī)模物聯(lián)網(wǎng)連接方面的需求。| 資料來源：OMRON

Wi-Fi在易受干擾的開放頻譜上運(yùn)行，而5G是一種頻率許可技術(shù)。用戶可以在一個(gè)地方部署自己的小型5G網(wǎng)絡(luò)，也可以與通信服務(wù)提供商合作，為指定的終端用戶提供公共網(wǎng)絡(luò)的片斷。對于大多數(shù)工業(yè)應(yīng)用來說，為了安全、性能和可靠性，私人無線網(wǎng)絡(luò)的方法將是首選。

在5G網(wǎng)絡(luò)上，設(shè)備從一個(gè)接入點(diǎn)到另一個(gè)接入點(diǎn)的切換是非常順暢的，因?yàn)?G設(shè)備不斷與多個(gè)接入點(diǎn)進(jìn)行通信，而且切換決定是集中控制的。這導(dǎo)致了與WiFi相比性能的提高，特別是當(dāng)涉及到數(shù)據(jù)包丟失和設(shè)備移動(dòng)時(shí)通信中斷的問題。

Wi-Fi經(jīng)常有某些物理信號障礙的問題，而5G則得益于工業(yè)環(huán)境中通常發(fā)現(xiàn)的大量金屬造成的反射（圖4）。

圖4：這個(gè)顯示AMR與Wi-Fi信號強(qiáng)度的熱圖是所開發(fā)的分析工具的代表，因?yàn)楦采w率對部署非常重要。私人5G克服了各種問題，因此AMR車隊(duì)的運(yùn)行更加有效。|來源：OMRON

由于所有這些和其他原因，業(yè)界對將5G應(yīng)用于許多類型的工業(yè)應(yīng)用有很大興趣。在許多地方，現(xiàn)有的Wi-Fi基礎(chǔ)設(shè)施被證明是不夠的，所以使用新技術(shù)的建設(shè)可能已經(jīng)在進(jìn)行或即將開始。

AMR和5G--更好的結(jié)合

AMR通常要求AMR和車隊(duì)經(jīng)理之間的延遲超過100ms。雖然一些現(xiàn)有的技術(shù)可以做到這一點(diǎn)，但沒有一個(gè)技術(shù)可以在5G提供的所有其他好處下做到這一點(diǎn)。AMR與監(jiān)管系統(tǒng)通信，發(fā)送（上傳）和接收（下載）數(shù)據(jù)和信息，如：

1.下載配置/地圖變化

2.上傳活動(dòng)數(shù)據(jù)

3.上傳圖像/攝像機(jī)信息

4.上傳/下載導(dǎo)航/協(xié)調(diào)信息

其中一些活動(dòng)是持續(xù)的低延遲/低帶寬，而其他活動(dòng)是間歇性的高帶寬，延遲不那么關(guān)鍵。在目前的技術(shù)下，用戶必須意識到這些需求，并平衡活動(dòng)，以避免一次流式傳輸太多的數(shù)據(jù)或執(zhí)行太多的變化，這樣就不會(huì)出現(xiàn)瞬間過載的情況。高延遲會(huì)導(dǎo)致軌跡信息分享得太晚，使AMR無法做出適當(dāng)?shù)霓D(zhuǎn)向決定，從而導(dǎo)致不那么智能的行為。在最好的情況下，用戶只會(huì)經(jīng)歷周期時(shí)間的減慢，但在最壞的情況下，可能會(huì)發(fā)生碰撞。

為了克服這些挑戰(zhàn)，歐姆龍和諾基亞正在全球范圍內(nèi)合作，在開發(fā)和生產(chǎn)設(shè)施中安裝5G，為未來的產(chǎn)品開發(fā)采集詳細(xì)數(shù)據(jù)。用于連接AMR的5G部署已經(jīng)過評估，并在歐姆龍草津工廠和諾基亞奧盧工廠進(jìn)行生產(chǎn)。

其中一個(gè)推廣項(xiàng)目是為一家大型工業(yè)制造商進(jìn)行的，該制造商希望在全球250家制造廠部署5G技術(shù)。他們正在熟悉技術(shù)并培訓(xùn)他們的IT團(tuán)隊(duì)，因?yàn)樗麄兿胱约翰僮骱凸芾硭麄兊?G專用網(wǎng)絡(luò)。

任何規(guī)模的終端用戶都可以從5G私有無線網(wǎng)絡(luò)中受益，因?yàn)樗梢园惭b和運(yùn)行小規(guī)模的即插即用解決方案，以及更大和更強(qiáng)大的平臺選項(xiàng)。獨(dú)立的系統(tǒng)集成商（SI）也有可能為其客戶部署、運(yùn)營和維護(hù)現(xiàn)場5G網(wǎng)絡(luò)。另一個(gè)選擇是，大型電信運(yùn)營商利用自己的頻譜，作為公共網(wǎng)絡(luò)的一部分，或作為私人無線網(wǎng)絡(luò)，向本地終端用戶提供5G服務(wù)。

使用5G的AMR將加速應(yīng)用

AMR正在幫助各地的公司更有效和安全地工作。隨著數(shù)字化轉(zhuǎn)型和物聯(lián)網(wǎng)計(jì)劃的進(jìn)展，用戶自然會(huì)將先進(jìn)的數(shù)據(jù)收集、可視化和車隊(duì)管理任務(wù)納入他們的AMR。然而，在許多情況下，現(xiàn)有的WiFi基礎(chǔ)設(shè)施限制了這種增長。

對于工業(yè)運(yùn)營來說，5G專用無線網(wǎng)絡(luò)提供了高帶寬、可靠的低延遲連接和大規(guī)模物聯(lián)網(wǎng)功能，以滿足當(dāng)前和未來的AMR部署需求。5G正在成為商業(yè)使用的主流，將其整合到工業(yè)環(huán)境中有許多選擇。歐姆龍和諾基亞是AMR和5G技術(shù)的領(lǐng)導(dǎo)者，兩家公司正在合作提供經(jīng)過現(xiàn)場驗(yàn)證的解決方案。