鋼鐵行業(yè)5G解決方案的重點(diǎn)場(chǎng)景及特點(diǎn)分析

（CWW）在從“制造”向“智造”轉(zhuǎn)型的過(guò)程中，連接是工廠數(shù)字化轉(zhuǎn)型的前提，也是實(shí)現(xiàn)全要素、各環(huán)節(jié)深度互聯(lián)的關(guān)鍵。要突破這一關(guān)鍵環(huán)節(jié)，5G技術(shù)的應(yīng)用勢(shì)在必行。依托5G技術(shù)，鋼鐵行業(yè)正在從傳統(tǒng)生產(chǎn)方式向信息化、智能化、自動(dòng)化轉(zhuǎn)型。伴隨著5G、AI、云計(jì)算等技術(shù)融合時(shí)代的到來(lái)，鋼鐵行業(yè)正迎來(lái)一場(chǎng)華麗升級(jí)。

【資料圖】

5G對(duì)于鋼鐵行業(yè)的價(jià)值提升

在鋼鐵生產(chǎn)過(guò)程中，原料依次經(jīng)過(guò)焦化燒結(jié)、煉焦、煉鐵、煉鋼、軋鋼等生產(chǎn)工序，形成鐵水、鋼水、鋼坯等半成品和成品，不同車(chē)間的關(guān)鍵工藝、核心技術(shù)、生產(chǎn)環(huán)境差異較大。

在傳統(tǒng)鋼鐵生產(chǎn)過(guò)程中，存在一些亟待突破的難題。如大量物料經(jīng)天車(chē)在不同車(chē)間、倉(cāng)庫(kù)和料場(chǎng)間轉(zhuǎn)移，如何確保運(yùn)輸安全高效是個(gè)難題；隨著工藝質(zhì)量訴求的提高，如何提升鋼材質(zhì)量和品控精細(xì)度也頗具挑戰(zhàn)；而生產(chǎn)設(shè)備基本為重型裝備，如何預(yù)警設(shè)備的故障風(fēng)險(xiǎn)也是面臨的挑戰(zhàn)。

鋼鐵企業(yè)通過(guò)在不同動(dòng)線安裝傳感器收集關(guān)鍵數(shù)據(jù)，而鍋爐、鋼包等常常處于極限高溫和黑盒環(huán)境，傳感器必須通過(guò)無(wú)線傳輸才能實(shí)現(xiàn)大量數(shù)據(jù)的實(shí)時(shí)傳遞。因此，在鋼鐵行業(yè)園區(qū)內(nèi)部署一套下沉獨(dú)享的5G虛擬專(zhuān)網(wǎng)是最優(yōu)解決方案。

上述模式是運(yùn)營(yíng)商為時(shí)延敏感型行業(yè)用戶提供的專(zhuān)網(wǎng)服務(wù)模式，通過(guò)多頻協(xié)同、載波聚合、超級(jí)上行、邊緣節(jié)點(diǎn)、QoS增強(qiáng)、無(wú)線資源預(yù)留、DNN、切片等技術(shù)的靈活定制，為企業(yè)用戶提供一張大帶寬增強(qiáng)、低時(shí)延、數(shù)據(jù)本地卸載的專(zhuān)有網(wǎng)絡(luò)，配合MEC、云計(jì)算，最大化發(fā)揮云邊協(xié)同優(yōu)勢(shì)，為企業(yè)用戶的數(shù)字化應(yīng)用賦能。

鋼鐵行業(yè)5G解決方案重點(diǎn)場(chǎng)景

近兩年，通過(guò)不斷地探索，產(chǎn)業(yè)界確定了“從生產(chǎn)外圍監(jiān)控和控制逐步向核心生產(chǎn)控制注入5G能力”的路徑，至今已孵化10余個(gè)應(yīng)用場(chǎng)景，其中應(yīng)用較為廣泛的典型場(chǎng)景有5G遠(yuǎn)控天車(chē)/無(wú)人天車(chē)、“5G+AI”鋼表質(zhì)檢、“5G+AR”遠(yuǎn)程輔助和巡檢、5G高清視頻監(jiān)控等。

5G遠(yuǎn)控天車(chē)/無(wú)人天車(chē)

通過(guò)5G專(zhuān)網(wǎng)將天車(chē)、工業(yè)機(jī)器人等進(jìn)行連接，實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程控制。5G專(zhuān)網(wǎng)提供的大帶寬、低時(shí)延可高質(zhì)量滿足業(yè)務(wù)需求，同時(shí)也降低了布線成本。

本場(chǎng)景中視頻回傳單向時(shí)延小于25ms，遠(yuǎn)控天車(chē)PLC單向時(shí)延小于25ms，遠(yuǎn)控天車(chē)高清視頻回傳上行帶寬大約每天車(chē)120Mbit/s。具體過(guò)程如圖1所示。

圖15G遠(yuǎn)控天車(chē)/無(wú)人天車(chē)應(yīng)用場(chǎng)景

“5G+AI”鋼表質(zhì)檢

通過(guò)“5G端管云+AI”實(shí)現(xiàn)鋼鐵表面質(zhì)量自動(dòng)檢測(cè)。中心訓(xùn)練平臺(tái)完成缺陷檢測(cè)模型訓(xùn)練并推送到5G MEC邊緣云，同時(shí)工業(yè)相機(jī)拍攝的圖像經(jīng)5G網(wǎng)絡(luò)傳輸?shù)竭吘壴?，隨后進(jìn)行圖像分析和缺陷判定。檢測(cè)圖像還可進(jìn)一步備份到中心云，以備后續(xù)追溯。

鋼表面質(zhì)檢因鋼材缺陷甄別難度大（氧化鐵皮、渣痕、水痕等非缺陷與裂紋、振痕、壓痕等缺陷相似度很高），需要極小目標(biāo)檢測(cè)（孔洞、壓痕等缺陷在整塊鋼板圖像中數(shù)量多、占比?。?，圖像精度要求極高；同時(shí)工業(yè)相機(jī)圖像要求高保真，壓縮比很?。?~4倍），因此圖像傳輸對(duì)帶寬要求很高——表面質(zhì)檢項(xiàng)目經(jīng)過(guò)4倍壓縮后上行帶寬仍需要540Mbit/s，極限場(chǎng)景可達(dá)到2Gbit/s。圖2為“5G+AI”鋼表質(zhì)檢的應(yīng)用場(chǎng)景。

圖2“5G+AI”鋼表質(zhì)檢應(yīng)用場(chǎng)景

“5G+AR”遠(yuǎn)程輔助和巡檢

冶金設(shè)備皆為重型裝備，且實(shí)際生產(chǎn)中長(zhǎng)期保持動(dòng)態(tài)運(yùn)行，如遇非計(jì)劃停機(jī)，容易出現(xiàn)財(cái)產(chǎn)損失或者重大生產(chǎn)事故?！?G+AR”可大幅降低服務(wù)成本，提升復(fù)雜場(chǎng)景維護(hù)能力和信息傳遞效率，同時(shí)可提供預(yù)測(cè)性維護(hù)等行業(yè)應(yīng)用。

5G大帶寬支持無(wú)損呈現(xiàn)細(xì)節(jié)的高清視頻、大體量AR內(nèi)容和文件資料傳輸下載，上行帶寬要求40Mbit/s；同時(shí)為了實(shí)現(xiàn)邊緣計(jì)算和計(jì)算結(jié)果的快速返回，雙向時(shí)延要求小于40ms。圖3為“5G+AR”遠(yuǎn)程輔助和巡檢應(yīng)用場(chǎng)景。

圖3 “5G+AR”遠(yuǎn)程輔助和巡檢應(yīng)用場(chǎng)景

5G高清視頻產(chǎn)線監(jiān)控

鋼鐵企業(yè)對(duì)安全生產(chǎn)具有極高要求，現(xiàn)場(chǎng)工作環(huán)境需高清攝像頭實(shí)時(shí)監(jiān)控。該場(chǎng)景對(duì)于上行帶寬有著極高要求，800萬(wàn)像素監(jiān)控視頻的上行帶寬最高達(dá)到40Mbit/s。

鋼鐵行業(yè)5G解決方案的特點(diǎn)分析

技術(shù)難點(diǎn)分析

“5G+鋼鐵”可實(shí)現(xiàn)IT、CT、工業(yè)運(yùn)營(yíng)控制技術(shù)的深度融合，推動(dòng)傳統(tǒng)鋼鐵業(yè)務(wù)系統(tǒng)智能化。對(duì)于運(yùn)營(yíng)商而言，建設(shè)關(guān)鍵在于工程從評(píng)審、立項(xiàng)到建設(shè)的流程打通，主要存在施工環(huán)境復(fù)雜、適配風(fēng)險(xiǎn)高、多產(chǎn)品分域部署實(shí)施效率低及網(wǎng)絡(luò)調(diào)優(yōu)難度大等問(wèn)題。

1.網(wǎng)絡(luò)規(guī)劃難度大。

網(wǎng)絡(luò)解決方案面臨業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)隔離、可靠性要求高的挑戰(zhàn)。同時(shí)，5G網(wǎng)絡(luò)規(guī)劃設(shè)計(jì)從傳統(tǒng)以基站為錨點(diǎn)的思路，轉(zhuǎn)變?yōu)橐詷I(yè)務(wù)場(chǎng)景和終端部署為參考點(diǎn)的無(wú)線網(wǎng)絡(luò)規(guī)劃思路，面臨多場(chǎng)景和多業(yè)務(wù)一張網(wǎng)滿足、規(guī)劃設(shè)計(jì)復(fù)雜的問(wèn)題。

伴隨著多場(chǎng)景應(yīng)用并發(fā)，出現(xiàn)了超大上行帶寬、高容量密度、產(chǎn)品選型復(fù)雜等問(wèn)題。如站點(diǎn)密度高，干擾難控制；金屬結(jié)構(gòu)多徑，易遮擋，多衰減；超密終端間距，駐留均衡難；CPE間強(qiáng)干擾，上行容量受影響。

2.網(wǎng)絡(luò)建設(shè)難度大。

鋼鐵企業(yè)內(nèi)應(yīng)用區(qū)域涵蓋室內(nèi)外空間和廠房，存在建設(shè)難度大的特點(diǎn)。廠房通常面積大、隔斷多、布線難度大，設(shè)備須滿足防干擾、耐高溫、防腐等高要求。工業(yè)廠區(qū)多為封閉式管理，大部分封閉管理區(qū)域內(nèi)部光纜資源、施工隊(duì)伍須由業(yè)主提供，導(dǎo)致資源調(diào)度難、承建方配合難、協(xié)調(diào)部門(mén)多、項(xiàng)目工期長(zhǎng)等，協(xié)調(diào)難度較大。

3.網(wǎng)絡(luò)優(yōu)化難度大。

鋼鐵園區(qū)內(nèi)有多種5G應(yīng)用需求，業(yè)務(wù)調(diào)優(yōu)方面貫通了網(wǎng)絡(luò)規(guī)劃、網(wǎng)絡(luò)性能優(yōu)化、可靠性測(cè)試、業(yè)務(wù)測(cè)試優(yōu)化、小規(guī)模商用、SLA檢測(cè)及調(diào)優(yōu)、驗(yàn)收及商用等全流程，面臨網(wǎng)絡(luò)從to C小區(qū)級(jí)到to B連接級(jí)指標(biāo)優(yōu)化、傳統(tǒng)路測(cè)無(wú)法測(cè)試to B業(yè)務(wù)性能、to B業(yè)務(wù)調(diào)優(yōu)難及周期長(zhǎng)等多種問(wèn)題。

運(yùn)維難點(diǎn)分析

現(xiàn)有的運(yùn)營(yíng)商5G虛擬專(zhuān)網(wǎng)項(xiàng)目除了在用戶業(yè)務(wù)應(yīng)用區(qū)域完成室內(nèi)外覆蓋之外，還在用戶園區(qū)內(nèi)下沉一套獨(dú)享UPF/MEC進(jìn)行業(yè)務(wù)分流，這套獨(dú)享UPF/MEC存在以下特點(diǎn)。

1.業(yè)務(wù)存在復(fù)雜性，端到端業(yè)務(wù)流程涉及網(wǎng)元、終端，相對(duì)比較復(fù)雜。

其中，用戶側(cè)終端設(shè)備有攝像頭、AGV、PLC、機(jī)械臂等，網(wǎng)絡(luò)連接有5G模組直接嵌入，也有相當(dāng)部分設(shè)備連接通過(guò)5G CPE或者5G網(wǎng)關(guān)轉(zhuǎn)接，增加了故障判斷和運(yùn)維壓力；在運(yùn)營(yíng)商側(cè)，無(wú)線基站、承載網(wǎng)、核心網(wǎng)的終端多種多樣，運(yùn)維較為復(fù)雜；在用戶側(cè)網(wǎng)絡(luò)及業(yè)務(wù)設(shè)備方面，一般專(zhuān)網(wǎng)項(xiàng)目都會(huì)連入用戶內(nèi)網(wǎng)最外圍的防火墻，同步提供業(yè)務(wù)地址到UPF做分流策略，也會(huì)與用戶網(wǎng)絡(luò)設(shè)備做路由等；此外，項(xiàng)目通常使用物聯(lián)設(shè)備，還涉及運(yùn)營(yíng)商物聯(lián)網(wǎng)卡及配置，比如為用戶專(zhuān)網(wǎng)定制的園區(qū)流量套餐、限定使用區(qū)域、機(jī)卡綁定等。

2.專(zhuān)業(yè)多樣性，即端到端的業(yè)務(wù)流程涉及多個(gè)專(zhuān)業(yè)、運(yùn)營(yíng)商內(nèi)外多個(gè)部門(mén)的聯(lián)動(dòng)。

其中，運(yùn)營(yíng)商內(nèi)部涉及無(wú)線優(yōu)化、承載網(wǎng)、核心網(wǎng)、物聯(lián)網(wǎng)、終端公司多個(gè)條線部門(mén)，運(yùn)營(yíng)商外部涉及與用戶側(cè)應(yīng)用、終端提供方的售中聯(lián)調(diào)及售后運(yùn)維。項(xiàng)目存在業(yè)務(wù)復(fù)雜和專(zhuān)業(yè)多樣等特點(diǎn)，運(yùn)營(yíng)商的售后維護(hù)部門(mén)也為用戶運(yùn)維提供專(zhuān)業(yè)交付標(biāo)準(zhǔn)、售后運(yùn)維指標(biāo)。同時(shí)，專(zhuān)網(wǎng)項(xiàng)目運(yùn)維專(zhuān)業(yè)性較強(qiáng)，用戶自有IT團(tuán)隊(duì)很難直接承接，因此運(yùn)營(yíng)商提供入駐式專(zhuān)業(yè)團(tuán)隊(duì)服務(wù)，以支撐用戶廠區(qū)的業(yè)務(wù)開(kāi)展。

業(yè)務(wù)模式思考

鋼鐵行業(yè)5G專(zhuān)網(wǎng)的商業(yè)模式還處于探索階段，可針對(duì)園區(qū)在連接規(guī)模、連接類(lèi)型、容量、SLA等方面的不同要求進(jìn)行商業(yè)模式設(shè)計(jì)。目前一般由運(yùn)營(yíng)商負(fù)責(zé)投資建設(shè)，以服務(wù)方式提供給用戶，用戶可以根據(jù)項(xiàng)目情況，一次性或者按月、按年定期支付服務(wù)費(fèi)。

專(zhuān)網(wǎng)獨(dú)享模式服務(wù)可以包括以下內(nèi)容：一是5G云網(wǎng)服務(wù)，包括UPF專(zhuān)網(wǎng)服務(wù)、MEC云服務(wù)等，可按需選擇；二是號(hào)卡流量，物聯(lián)網(wǎng)卡有按月、按流量池、園區(qū)流量等不同形式套餐，用戶可按需選擇；三是專(zhuān)屬隧道DNN服務(wù)，按月提供服務(wù)；四是5G覆蓋服務(wù)，包括室內(nèi)室外覆蓋，用戶可按需選擇；五是5G終端對(duì)接服務(wù)，可提供模組、DTU、CPE、網(wǎng)關(guān)等對(duì)接模式，用戶可按需選擇。

“十四五”期間，先進(jìn)鋼鐵企業(yè)率先步入工業(yè)4.0階段，而對(duì)于仍停留在工業(yè)2.0階段的大批鋼鐵企業(yè)來(lái)說(shuō)，5G、云計(jì)算、人工智能等新一代信息技術(shù)是機(jī)遇也是壓力。此外，在“雙碳”背景下，運(yùn)營(yíng)商也需要研究如何以標(biāo)準(zhǔn)化引領(lǐng)支撐我國(guó)鋼鐵行業(yè)綠色低碳高質(zhì)量發(fā)展。

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