تقدم صناعات العمليات وغيرها من الصناعات التحويلية التقنيات الرقمية لزيادة تحسين كفاءة الإنتاج. كتقنية أساسية ، أصبح التواصل اللاسلكي الذي يوفر الاتصال أينما تم نشره بشكل متزايد. في الوقت نفسه ، يحتاج الاتصال اللاسلكي إلى تلبية احتياجات مجموعة متنوعة من التطبيقات ، والتي أصبحت صعبة بشكل متزايد.
01 نظرة عامة على ميزات الاتصال 5G
بعد 3G و 4G/LTE ، "5G" هو الجيل الخامس من أنظمة الاتصالات المتنقلة. على الرغم من أن هذه الأجيال من الأنظمة قد تم تطويرها أكثر لخدمات الاتصالات الشخصية ، يمكن أيضًا استخدام 5G في البنية التحتية لشبكات إنترنت الأشياء (IoT) ، والتي ستربط جميع الأجهزة والأشياء في الحياة اليومية والتصنيع وغيرها من الصناعات.
ثلاث ميزات للتواصل 5G وتطبيقاتها العملية.
● النطاق العريض المتنقل المحسن
يركز 5G على زيادة إنتاجية بيانات الاتصالات اللاسلكية ذات النطاق العريض ، والتي تم تعزيزها في الأجيال السابقة. تعد خدمات النطاق العريض للهواتف الذكية والأجهزة المحمولة الأخرى مثالًا رئيسيًا على الاستفادة من هذه الميزة.
● الاتصالات المنخفضة الموثوق بها
تم تصميم 5G لتمكين التواصل اللاسلكي الموثوق به للغاية ، منخفضة الإنشاء والاسلكية في الوقت الفعلي.
● الاتصالات الآلية واسعة النطاق
هذه الميزة تعني أن العديد من المحطات ذات الحركة المنخفضة ترتبط في وقت واحد.
02 طيف مخصص في 5G
مع معظم تقنيات الاتصالات اللاسلكية الحالية ، يمكن استخدام هذا الطيف غير المرخص لمجموعة متنوعة من السيناريوهات مع عدد غير محدود من المستخدمين. ومع ذلك ، هناك خطر من التداخل بين الأنظمة اللاسلكية المختلفة على نفس نطاق التردد.
03 تشغيل شبكة خاصة (5G محلي)
عادة ما يتم تصميم أنظمة الاتصالات المتنقلة الحالية لتوفير مجموعة واسعة من خدمات الاتصالات في شبكة على مستوى البلاد أنشأها مشغل شبكة الهاتف المحمول.
04 التقييس الدولي لـ 5G
في بعض البلدان ، من المتوقع أن تقوم الشركات والحكومات المحلية ببناء وتشغيل شبكات 5G المخصصة الخاصة بها. بعد الحصول على ترخيص ، يمكن للمشغلين المحليين استخدام هذه النطاقات على وجه الحصر داخل منطقتهم.
من المتوقع استخدام 5G في صناعة الاتصالات المتنقلة التقليدية والعديد من الصناعات الأخرى. يعد إدراج المتطلبات الجديدة للتطبيقات الصناعية عاملاً مهمًا في التطور الناجح للمعايير. تشارك الشركات الكبرى من صناعات التصنيع والاتصالات السلكية واللاسلكية بنشاط وتستكشف تطبيق تقنية 5G في صناعة التصنيع.
05 خمسة تطبيقات محتملة في صناعة العمليات
في قطاع التصنيع ، تختلف متطلبات الاتصالات للتطبيقات الميدانية المختلفة ، وكما ذكرنا سابقًا ، من المتوقع استخدام 5G كبنية تحتية لاسلكية قادرة على تقديم مجموعة متنوعة من تطبيقات المصانع اللاسلكية. بالإضافة إلى ذلك ، يتم تطوير تلك التطبيقات التي تستفيد من ميزات اتصال 5G لتسهيل العمليات عن بُعد الرقمية في التصنيع.
1. دعم التشغيل في الموقع للأجهزة المحمولة
يتم نشر الأجهزة المحمولة في الحقل لزيادة الإنتاجية ، وتقييد تغطية الشبكة الحالية وقيود النطاق الترددي الميداني دعم التطبيق عبر الاتصالات اللاسلكية. ستمكّن 5G الاتصالات اللاسلكية ذات النطاق العريض بسرعات أعلى وانخفاض الكمون في أي مجال من منطقة المصنع.
الواقع المعزز (AR) هو أحد سيناريوهات التطبيق لـ 5G المعزز للنطاق العريض المحمول. على الرغم من أن AR يتطلب الكثير من البيانات ، إلا أنه يمكنه إنشاء صور عالية الدقة على الجهاز المستهدف وعرضها في الوقت الفعلي على جهاز الكمبيوتر اللوحي للعامل أو الجهاز الطرفي القابل للارتداء ، مما يوفر حلاً بديهيًا. يمكن للعاملين الميدانيين تشغيل المعدات المستهدفة مع الرجوع إلى إجراءات العمل المتراكبة ، أو مشاركة الصور في الوقت الفعلي مع الفنيين في المواقع البعيدة والحصول على توصيات محددة. إنه لا يساعد فقط على تحسين كفاءة العمل الميداني وموثوقيته وسلامته ، ولكن يمكن أيضًا نقل المهارات بشكل أكثر فعالية من خلال الممارسة.
2. المراقبة عن بُعد مع صور عالية الدقة
5G لديه قدرة أكبر من الجيل السابق من 4G/LTE ، خاصة فيما يتعلق بالاتصالات الصاعدة. هذا يجعل من الممكن بث الفيديو بدقة 4K أو أعلى في الوقت الفعلي. في المصانع ، أحد الاستخدامات المحتملة هو استخدام الكاميرات اللاسلكية للمراقبة عن بُعد. عندما يكون وضوح الصورة مرتفعًا بما يكفي لتمييز التغييرات الدقيقة في لون السطح السائل أو تآكل الأنبوب ، يمكن إجراء الفحص البصري عن بُعد. يمكن أيضًا استخدام الصور عالية الدقة كمدخلات لتحليلات الذكاء الاصطناعى ، والتي يمكنها اكتشاف الحالات الشاذة تلقائيًا مثل التسلل البشري غير المصرح به أو المواقف مثل الحرائق.
3. الروبوتات السحابية
مع تقلص عدد السكان العاملين ، من المتوقع أن يضمن الروبوتات المتنقلة أن تعمل المصانع بأمان وموثوق. تتحرك الروبوتات بشكل مستقل في جميع أنحاء المصنع ، وتحل محل العمال لدوريات في المناطق الخطرة. يمكن للطائرات بدون طيار أداء عمل مرتفع ، والذي يمكن أن يكون خطيرًا على العمال. "الروبوتات السحابية" تظهر كتقنية واعدة. نظرًا لأن وظائف التحكم في السحابة لا تقتصر على الأداء الحسابي للروبوت ، يمكن نشر وظائف التحكم المتقدمة.
باستخدام خصائصها عالية السرعة وعالية السعة ، يتيح 5G روبوتات الهاتف المحمول من الاتصال لاسلكيًا للتحكم في الوظائف في السحابة في الوقت الفعلي. استخدم موارد الحوسبة الضخمة في السحابة ومعالجة كميات كبيرة من بيانات المستشعر في الوقت الفعلي. تتيح الميزات الموثوقة للغاية والمنخفضة للوزن المقدم من 5G استخدامها في مجال الطوارئ ، والاتصالات الحساسة للوقت ، والتي يمكن أن تتجنب الأحداث مثل التصادم بين الروبوتات ومعدات عملية الهاتف المحمول.
4. نظام التحكم اللاسلكي/السحابة
لا يمكن أن تحقق التكنولوجيا اللاسلكية الحالية موثوقية عالية وموثوقية منخفضة في نفس الوقت ، ولكن يمكن تحقيقها مع 5G. هذا يجعل 5G متاحًا للتطبيقات المهمة. يتمثل أحد التطبيقات المحتملة في جزء لاسلكي من نظام التحكم الموزع (DCS) لتقليل تكلفة تثبيت وصيانة كابلات الاتصالات عبر منطقة مصنع واسعة. يمكن أيضًا إضافة نقاط المراقبة وتعديلها دون أي معالجة لكابلات الاتصال.
بالإضافة إلى ذلك ، إذا كان 5G يضمن تواصلًا كبيرًا للموثوقة والكلية بين الأجهزة الميدانية والملحوم ، يمكن تكوين وحدات التحكم ووظائف DCS الأخرى في السحابة مع الحفاظ على الأداء المهني المهمة. بالإضافة إلى الأنظمة السحابية الخارجية ، يمكن أيضًا استخدام 5G مع الحوسبة المتعددة الوصول (MEC) ، والتي ستقوم ببناء منصة حوسبة منخفضة الكلية في الشبكة. عند تطبيق تطبيقات التحكم على منصة MEC ، يمكن تمكين خدمات التحكم السحابي للاستفادة الكاملة من الموثوقية العالية والتقنية المنخفضة 5G دون الحاجة إلى الإنترنت أو الشبكات الأخرى.
5. أجهزة الاستشعار المتصلة للتوائم الرقمية
التوأم الرقمي هو الإدراك الرقمي للمصنع الفعلي في الفضاء الإلكتروني وهو أساس التحول الرقمي لعمليات المصنع. لا تقتصر التطبيقات على معلومات تصميم المصنع الرقمية الثابتة. يعكس التوائم الرقمية ظروف مصنع حقيقية في الوقت الحقيقي ، مما يتيح الصيانة التنبؤية والعمليات المحسنة من خلال المحاكاة وتحليلات الذكاء الاصطناعي.
لمزامنة أكثر دقة في حالة التوائم المادية والرقمية ، يجب على الشركات فهم حالة المعدات وخطوط الأنابيب والأصول الأخرى بدقة ، وكذلك الطقس والظروف الأخرى. للقيام بذلك ، كان على المصنع تثبيت العديد من أجهزة الاستشعار. لتلبية هذا الطلب ، يجب أن يكون كل مستشعر لاسلكيًا ، غير مكلف ، وقادر على العمل لسنوات دون الحاجة إلى استبدال البطارية. قدرة 5G على توصيل أجهزة متعددة في نفس الوقت هي مفتاح هذا التطبيق.
تشمل حالات تطبيق 5G المحتملة في المصانع دعمًا للأجهزة المحمولة ، والمراقبة عن بُعد ، والروبوتات السحابية ، وأنظمة التحكم اللاسلكية/السحابة ، واتصال المستشعر المحسّن لتحسين التوأم الرقمي.
06 حالة وتحديات تطبيقات 5G الصناعية
على الرغم من العديد من حالات التطبيق المحتملة في المصنع ، لم يتم تنفيذ 5G على نطاق واسع في صناعة العمليات. لا تزال تطبيقات 5G الصناعية تواجه العديد من التحديات.
من أجل تلبية احتياجات التطبيقات الاستهلاكية والصناعية ، يجب على 5G دعم وظائف متعددة. يتم تطوير معيار 5G بطريقة تدريجية بأولويات مختلفة. تتضمن R16 والإصدارات الأحدث من معيار 5G الميزات التي يمكن استخدامها للتطبيقات الصناعية. إنها تعزز المواءات العالية والاتصالات المنخفضة الإنقاذ والشبكات الخاصة ، وكذلك تدعم interoperation مع الشبكات الحساسة للوقت (TSN) ، وهي تقنية شبكات أساسية في الأتمتة.
سيتم تعزيز قدرات القطاع الصناعي في R18 والمعايير اللاحقة (5G-Advanced). في حين توفر 5G قدرات صناعية متقدمة مثل الموثوقية العالية ، والتقنية المنخفضة ، والاتصال المتزامن متعدد النقاط ، وتطوير مزيد من معايير 5G ، ومنتجات الامتثال ، والبنية التحتية لدعم هذه القدرات.
تستخدم تكوينات اختبار إثبات المفهوم خوارزميات جديدة و 5g لحل تحديات التحكم في العملية المتقدمة الصعبة.
07 إثبات مفهوم تقنية التحكم عن بُعد باستخدام 5G
في حين أن POC هي خطوة واعدة ، إلا أن هناك حاجة إلى مزيد من الاختبارات لتطوير قيمة تجارية واضحة لحلول 5G الصناعية. يتمثل أحد الحلول الممكنة في نشر أجهزة حافة الاتصالات اللاسلكية عالية السرعة في المصانع واستخدام تقنية الذكاء الاصطناعي المستندة إلى السحابة للتحكم في الأجهزة في الوقت الفعلي.
08 5 g والتحكم المستقل المستند إلى السحابة AI
من المتوقع أن تصبح مزيج FKDPP و Cloud مع 5G ، والتي توفر الكمون المنخفض والقدرة على توصيل العديد من الأجهزة ، التكنولوجيا الأساسية لتحقيق التحكم في الحكم الذاتي الصناعي.
بدأت العديد من الصناعات في النظر في استخدام تقنية الاتصالات اللاسلكية 5G لتسريع التحول الرقمي. تعد الموثوقية العالية ، وانخفاض الاستجابة والقدرة على توصيل أجهزة متعددة في وقت واحد أمرًا بالغ الأهمية للتطبيقات الصناعية. من أجل تحقيق مجموعة واسعة من التطبيقات ، من الضروري تحسين معيار 5G بشكل مستمر ، وتوفير منتجات امتثال أكثر نضجًا والبنية التحتية ، وإظهار للمستخدمين المزايا والقيمة الفريدة التي تقدمها 5G.