5G 園區網路 無線寬頻通訊的工業應用範例。
摘要
低延遲以及高穩定性和出色的資料傳輸速率：這些都是 5G 的加分項。5G 園區網路可望為工業應用帶來巨大潛力。大型化工集團和生產基地正在不斷探索 5G 的應用，例如，將其用於無人搬運車系統的運作，以及儲罐區和供應鏈管理。
5G 作為數位轉型的推動力
回顧過去：在 5G 這個問題上，四大工業協會少有地意見一致。2020 年 11 月，在共同發布的新聞稿中，德國化學工業協會、德國汽車工業協會、德國機械設備製造業聯合會和德國電子電氣行業協會聲明：「對工業 5G 園區網路的需求很高」。Martin Schwibach 在巴斯夫負責工業聯通性和工業流動性。他認為，5G 園區網路是「推動化工行業數位轉型的重要先決條件」。Schwibach 在化工行業可以算作新興技術的忠實擁躉。
和其他化工巨頭一樣，巴斯夫早已應用 5G 無線技術。這已經不是什麽秘密。早在 2018 年，《經濟周刊》的一篇文章就指出，5G 行動網路在將來可能「顛覆巴斯夫的物流世界…」。當時，巴斯夫經理 Matthias Frankhänel 展示了一輛無人駕駛儲罐運輸車如何「摸索」穿過路德維希港的廠區：始終沿著嵌入地面的轉發器行駛，並由攝影機和中央控制室的一名員工密切監控。Frankhänel 當時就已經確定：「如果將來要投入使用 20 輛甚至更多，只有 5G 技術才能應對如此大量資料的傳輸。」據此，巴斯夫在生產區域為不同的應用場景搭建了 5G 測試環境。
自主掌控的行動網路
企業集團並非個案。截至 2021 年 5 月，已有 126 家公司和組織向德國聯邦網路局提交了申請，為其本地 5G 網路分配 3700 至 3800 MHz 範圍的頻率，其中包括菲尼克斯電氣。這樣的園區網路通常與邊緣雲結合使用，為工業 4.0 背景下的工業通訊開闢了新的可能性。與以前的行動通訊技術不同，企業可以完全控制其場所內的此類網路，掌控自己的資料，並決定網路的安全性及可用性。他們也可以選擇委託公共營運商或者其他服務提供商安裝和營運網路，如此，過程工業中的中型企業也能因此獲利。
無人搬運車 (AGV) 為巴斯夫大型工廠保障原料供應。這是 5G 行動網路在過程工業中的一個令人驚嘆的應用範例，但它的能力還遠不止於此。由於無人搬運車通常在非危險區域行駛，監控所需的即時視訊傳輸就成為了大型化工場地其中一種可能的應用場景。而對於有防爆要求的應用而言，必須立即修訂目前的工業通訊保護方案，並且針對新的要求進行調整，以避免點火源。
緊急噴淋監控系統會立即向最近的公司醫療站發出警報，從而提高工廠人員的安全
5G 的潛在應用
可以預見，目前大家正在討論的 5G 在化工行業的應用將在 2025 年左右實現。除了無人搬運車的運作以外，其中還包括眾多生產環節的應用，例如對工業 4.0 而言具有典型性的、旨在落實監控和優化的大數據傳輸。或是安全領域的應用場景，例如向救援隊報告緊急噴淋系統的運作。
透過液位監控，可以在通訊網路中及早偵測到液位、溫度或壓力等重要系統參數的偏差
在物流和供應鏈管理中還有許多其他可能的應用。例如，在庫存管理方面，儲罐的填充水平會自動發送給供應商，並在必要時觸發一次訂購，從而避免供應鏈中出現缺口。原則上，這也可以使用其他通訊技術來實現。但如果和菲尼克斯電氣一樣設置了 5G 園區網路，那麽，應用于此類場景也就水到渠成。
當然，也可以實現反向傳輸：供應商可以在交貨前將當前產品批次的品質資訊發送給加工企業，加工企業則可以利用這些資訊最佳化流程等。資料轉發還可以在生產過程方面實現可追溯性，而這也是製藥及食品工業必須滿足的要求。額外採集的中間產品品質資料可以藉由無線技術輕鬆傳輸到品質管理中心。
擴增實境支援維護工作
利用無人機簡化監控
傳輸視訊訊號是 5G 的另一大應用範例，透過該項措施可以對大型或難以通達的系統（例如蒸汽裂解裝置、石油平台或大型油庫）進行安全監控。在少數化工園區的工廠消防部門現如今就已採用了配備熱成像攝影機的無人機，而在將來，這類無人機可以自動飛越需要監控的廠區和倉庫，並轉發視訊資料以進行即時評估。藉助無人機，可以準確探測熱點，避免火災的發生。
維護團隊也能利用 5G 技術優化工作。例如，透過資料眼鏡或者平板電腦實現擴增實境，兩者均為工業 4.0 應用，並且已宣傳很長一段時間且已部分實現。基於工廠内部的 5G 園區網路，服務人員可隨時在現場查看技術説明書或者介紹短片。在未來，整個行動工作人員團隊及若干無人搬運車引起的大規模資料傳輸，將不再導致任何瓶頸。
可依需使用工業 5G 的各種特性
5G 提供有價值的服務
面對所有這些可能的應用場景，5G 技術的一項特性特別重要：與其他行動通訊標準相比，5G 是一種完整的通訊基礎設施。它包含有價值的服務，例如以差別形式為設備分配資源和優先順序。在生產營運中監控關鍵性功能需要高度可靠的資料傳輸；必須相應提高優先順序。另一方面，就前瞻性維護而言，許多泵的狀態監控資料通常對時間的要求並不那麼嚴格。因此，可以將優先順序設定得低一些。
所需的資料傳輸速率相比較而言同樣也較低。緊急噴淋案例表明，低資料傳輸速率不一定與低優先順序相關。醫療站只需要一個訊號，以辨別是否啟動了緊急噴淋。但必須盡快地收到這個訊號。相反，無人搬運車運作所需的高資料傳輸速率則搭配較低的優先順序。一旦在資料高速公路上出現了瓶頸，那麽，它們可以在下一個安全停靠點臨時停靠。
展望未來
5G 網路支援組態，可以滿足工業領域的各類應用需求，因而從眾多其他傳輸技術中脫穎而出。將來，它可能成為唯一的通訊標準 – 至少在大型工業場所是如此。對於未來而言，這是不爭的事實。但絕大部分的過程工業企業仍然會長期維持無線和有線連接技術共存的局面。而許多小規模化工企業將來則完全不會使用 5G。然而，根據上述整合 AGV 和無人機的內部物流用例以及狀態監控和維護領域的應用，5G 將在短短幾年內向眾多企業證明自身的價值。
