5G大炼钢铁,症结在哪?

现阶段,至少在鞍钢集团旗下炼钢厂,他们联合中兴通讯、中国移动一起打造的5G应用,已从试点阶段逐渐转向大规模复制,正处于过渡的阶段。
2020-12-09 12:17 · 微信公众号:雷锋网  郭仁贤   
   

5G在工业领域遭遇“水土不服”,有问题也有对策

5G给我们打开了一扇新世界的大门,同时也带来一系列待解的难题。

时至今日,距离去年5G商用牌照发放已有一年半的时间,然而,5G相关的落地应用目前还较为有限,甚至有观点表明“5G产业发展的进度不及预期”。

对此,雷锋网曾向行业人士求证,围绕着5G先锋应用领域之一的工业互联网了解到更多实际情况。

5G应用除了受到5G整体发展情况的限制,另外还在落地实践中,遭遇了来自工业企业的网络化水平,设备的5G化、网络补盲、成本等方面因素的层层阻隔。尤其一些高温、高粉尘、高强度的工业现场更给应用的落地带来不少挑战......那么,事实真就如此糟糕吗?

即便是这样,我们发现仍然有少数的5G+工业互联网应用正在迎难而上,在试点应用阶段逐步摸索出可行的模式。雷锋网近日对话到第二届中国工业互联网大赛的“5G+智慧炼钢队”,了解到鞍钢集团自动化有限公司(简称“鞍钢自动化”)在和中兴通讯中国移动(辽宁)联合打造“5G+智慧炼钢系统”时是如何化解这方面的难题,以及如何将5G应用从试点转为大规模应用成为可能,带领5G技术冲出『囹圄』。

谈及5G行业整体发展现状,中兴通讯李金华表示:“尽管我国在全球范围内处于领先地位,国家层面推进的力度也很大,但是整个5G行业还在持续地发展过程中,国内的5G芯片还面临着“卡脖子”的困境。同时,国内企业在5G芯片方面的自研进度,考虑到一些产品标准冻结时间的早晚和产品迭代能力等情况,我国产品导入到市场的时机还需要一定的时间。”

此外,他认为在国内整个工业互联网应用方面,很多传统的工业企业其底层的网络化技术水平原本就不高,再加上还要推动5G的落地应用,这种情况下,实际上是将“两步并成一步走”,既要帮助工业企业完成网络化,还得在网络化基础上寻找他们能做的应用。

第一批吃螃蟹者

11月21日,在2020中国5G+工业互联网大会上,工信部新闻宣传中心联合其它单位发布《中国5G+工业互联网发展报告(2020年)》。报告指出,全国5G基站建设近70万个,应用于工业互联网的5G基站共有3.2万个。

5G与人工智能、大数据、云计算、AR/VR等技术相结合,全面赋能工业互联网的核心环节,形成多个典型场景,服务航空、矿业、港口、医疗、冶金、汽车、家电、能源电子、交通等十多个重点行业。

鞍钢集团作为冶金这一重点行业的典型代表,其炼钢厂是如何将5G与智慧炼钢系统进行深度融合?

雷锋网了解到,炼钢厂的工作环境是很复杂的,转炉厂房及设备高达六十多米,工作温度高达1700多摄氏度,灰尘特别大,现场到处都是传感器等各种的工业布线,这对设备的防尘、防干扰,以及在高热的环境下稳定地工作提出一系列的挑战。

同时,炼钢行业又有其特殊性。国内的鞍钢、宝钢等央企,尤其是在面向军工和港珠澳大桥这些特殊应用,其钢材生产过程会有很多技术的壁垒在里面。因此,各家炼钢厂不愿意把自己的信息进行共享或者是放到云端。而民营钢厂,由于生产的是普通的钢铁建材,更能单纯地聚焦于生产运营过程的“降本增效”。

就鞍钢集团来讲,他们是以鞍钢自动化的“精钢云”为云平台,以鞍钢股份炼钢总厂数据集控平台作为边缘服务器,加上炼钢总厂三分厂五号线转炉声呐、吊车、摄像头、氧枪、副枪、料仓等5G终端设备,联合了中兴通讯、中移动(辽宁)一起打造了4.9GHz频段5G工业专网构成云、边、端协同架构的“5G+智慧炼钢系统”。

这个4.9GHz频段5G工业专网,使得工业互联网中5G应用的部分与To C的5G网络是分开的,这样可以避免To C和To B网络之间的干扰,使其网络质量更稳定。

同时,由于对工业Know-How的私密性、安全性有着更高要求,鞍钢集团的工业数据被要求是不能出厂的,这就意味着他们的数据无法跟整个To C的用户或其它工厂一起共享。其工业数据作为工厂中最宝贵的资产,通过5G MEC技术,结合边缘UPF去实现数据不出厂,让所有业务流的数据都流向鞍钢集团的厂内,以此保证智慧炼钢系统整体的数据安全。

中兴通讯李金华表示:“5G技术在智慧炼钢的场景中,最主要的是能助力智慧系统更便利地去实施,使设备布放的成本减少,后续维护成本降低。比如原本一些非得用有线通讯而工业现场却不太具备实施条件的场景,可以考虑通过5G进行无线连接。”

在该智慧炼钢系统中,中兴通讯打造了一款能够把5G基站的外置天线引出来的CPE客户终端设备,在它的外面做到 IP65 防尘、防水、防震等级。同时,他们还测试了现场工业环境对于频率的干扰情况,使用相应的抗干扰技术,通过牺牲一定速率去解决设备工作的稳定性。此外,还得保证在发热状态下依然让设备平稳地工作。

而5G切片技术,则相当于给智慧炼钢系统整个应用提供了一个精确的QS保障,能够使它区别于5G其它的TO B业务,再根据To B业务的不同,在不同的QS等级这样的情况下去保证应用的平稳运行。

5G遭遇的“水土不服”

尽管5G在具体的工业现场非常有用,延迟更低,能连接更多的设备,通过云端就可以获取到更多的工业数据并进行实时控制,但是也会遇到一些难题。

鞍钢自动化翟宝鹏表示:“比如原来的这些仪表和设备的厂家,他们生产的仪表和设备都是原来型号的产品,那么在我们去连接5G网络时就会出现问题,那么,如何把这些设备和5G网络连接起来就成了我们现在要研究的事情。”

鞍钢自动化、中兴通讯和中国移动(辽宁)三家一起联手,通过一些研发部门的合作去开发新型的控制、新型的阀门和新的设备,并在这些方面进行更深度的合作,然后去解决设备5G化的问题。

另外,对于炼钢厂而言,还有一个不得不面对的问题,那就是工业现场设备林立以此带来的5G信号的金属屏蔽难题,这使得在较为复杂的工业现场总是存在一些5G网络覆盖的盲区。这不仅是针对炼钢厂,对于石油化工等其它金属设备林立的工业现场也是如此,比如石化盈科曾在自家石化工厂尝试落地5G应用时就曾碰到类似难题。

中兴通讯李金华表示:“炼钢厂的炼钢炉中液体倒出来产生的瞬间高温等这些挑战,实际上都能通过布网的力度等技术手段进行规避。5G的带宽能力是非常大的,4.9G上传速率能达到750兆,但实际上,5G的上传速率仅达到30兆就能满足工业场景的实际需求。因此,可以在牺牲一部分速率的情况下,通过一些技术手段把这些问题进行一些规避。”

他透露,针对工业现场金属设备林立带来的信号屏蔽,他们一般使用两种方式解决。首先,对于常规的厂房,主要是增设室外宏基站对现场实现5G网络全覆盖。而当金属的信号屏蔽比较大的时候,则会在室内单独设立分布式皮基站。尽管这种方式的皮基站覆盖范围和发射功率比较小,但皮基站的摆放比较灵活,通过对现场实际情况进行勘查后总能得到一个最优解。

关键所在:5G的成本

今年5月,中国移动与中国广电签署5G共建共享合作框架协议,双方将在700MHz 5G网络建设、运行维护等方面开展合作。中国移动正全面实施“5G+”计划,构建了满足行业客户需要的“优、专、尊”5G专网解决方案。

“就福建省省内来看,5G从2019年就开始商用,从5G基站覆盖来看,现在我们已经实现了福建省九地市主城区和百强县城区的连续覆盖。”据中国移动(福建)池上升透露:“在厦门远海码头就应用5G+SA专网模式,实现了5G基站在远海码头的全覆盖,并通过部署边缘计算MEC网关,满足远海行业应用的安全性和低时延高可靠性需求,完成了AGV自动驾驶小车、5G智能理货、5G港机远控、5G无人集卡、司机行为管理等多个行业应用方案的部署,打造了5G+智慧港口全业务场景示范应用。”

“在福建省内,中国移动在5G应用的推进方面,先是对接龙头企业,再逐步去推中小企业。”

5G是工业互联网的关键使能技术,工业互联网则是5G的主要应用方向。两者作为“新基建”中最受瞩目的核心要素,雷锋网了解到,现在不管是中国移动等电信运营商还是各类相关企业,都在思索5G到底能与工业互联网产生怎样的“乘数效应”,同时也有行业人士透露,应用5G网络时所产生的高成本成为一个行业痛点。

比如前面我们提到设备的5G化,如何对5G网络进行补盲,在5G商用的初期阶段,尽管可以使得一些问题得到初步的解决,但也带来更大的难题。

针对5G的各种研发成本,设备制作成本比较高,雷锋网了解到,主要是因为5G设备小批量生产,甚至是手工制作的。另外,有一些通讯协议和通讯设备还没有固化下来,比如采用哪个标准的协议、接口,甚至是哪个标准的模块/模组等,还在探索中艰难前行。

鞍钢自动化翟宝鹏表示:“在推进‘5G+智慧炼钢系统’过程中,鞍钢自动化、中兴通讯和中国移动(辽宁)三家正在探索一些更适用于推广的成本价格,以及应用效果更好的合作形式,形成一些标准化的设备和标准化的协议,继而推动相关设备的降价。”

当5G技术在炼钢这个垂直领域进行落地时,雷锋网了解到,5G通讯设备,特别是基础设施建设成本很高,5G运营公司与客户都较难接受。鞍钢自动化与中兴通讯、中国移动通过战略合作,采用长期服务模式密切合作,共同推进5G的工业化进程。通过创新合作模式等方式,去共同分担几家企业的投入压力。

鞍钢自动化翟宝鹏透露,目前5G通讯终端设备还处于研发与试验推广期,5G通讯终端设备的批量化生产还需要一段时间。因此,和4G通讯终端设备相比5G通讯终端设备的价格还比较高。鞍钢自动化与设备厂商积极推进5G通讯终端设备的设计、标准制订及推进批量化生产,同时也希望国家加大对5G通讯终端设备研发与推广应用的支持和鼓励力度,推进通过工业测试、成熟稳定的5G通讯终端设备快速进入量产阶段,降低5G通讯终端设备价格。

雷锋网了解到,5G在炼钢厂的推广问题,实际上是市场和客户的接受度问题,究其根本就是投入与产出的问题。单独推行5G通讯设施是不能提高炼钢厂的效益,因此炼钢厂是不愿意接受的。

目前,鞍钢自动化通过联合中国移动、中兴通讯对5G与炼钢生产工艺的结合进行深入挖潜,尽可能地利用5G、云计算、大数据、人工智能、机器视觉等新一代信息通讯技术与炼钢厂的生产相结合,将生产工艺与技术模型化,形成精钢云端工业APP,从提高生产效率、提升产品质量、降低生产成本、提高钢材售价等多维度共同解决炼钢厂生产、设备、技术、销售等钢厂智慧化与企业高质量发展等问题。

中兴通讯李金华表示:“随着行业的发展,随着我们5G终端模组成本的下降,以及我们整个产业链的协调发展之后,5G应用的投入成本会快速下降,下降之后我们能应用的场景就会越来越多,这个是整个产业链协同推动发展的结果。”

就现阶段,至少在鞍钢集团旗下炼钢厂,他们联合中兴通讯、中国移动一起打造的5G应用,已从试点阶段逐渐转向大规模复制,正处于过渡的阶段......

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