鋼鐵行業(yè)5G解決方案的重點場景及特點分析

（CWW）在從“制造”向“智造”轉型的過程中，連接是工廠數(shù)字化轉型的前提，也是實現(xiàn)全要素、各環(huán)節(jié)深度互聯(lián)的關鍵。要突破這一關鍵環(huán)節(jié)，5G技術的應用勢在必行。依托5G技術，鋼鐵行業(yè)正在從傳統(tǒng)生產方式向信息化、智能化、自動化轉型。伴隨著5G、AI、云計算等技術融合時代的到來，鋼鐵行業(yè)正迎來一場華麗升級。

【資料圖】

5G對于鋼鐵行業(yè)的價值提升

在鋼鐵生產過程中，原料依次經過焦化燒結、煉焦、煉鐵、煉鋼、軋鋼等生產工序，形成鐵水、鋼水、鋼坯等半成品和成品，不同車間的關鍵工藝、核心技術、生產環(huán)境差異較大。

在傳統(tǒng)鋼鐵生產過程中，存在一些亟待突破的難題。如大量物料經天車在不同車間、倉庫和料場間轉移，如何確保運輸安全高效是個難題；隨著工藝質量訴求的提高，如何提升鋼材質量和品控精細度也頗具挑戰(zhàn)；而生產設備基本為重型裝備，如何預警設備的故障風險也是面臨的挑戰(zhàn)。

鋼鐵企業(yè)通過在不同動線安裝傳感器收集關鍵數(shù)據(jù)，而鍋爐、鋼包等常常處于極限高溫和黑盒環(huán)境，傳感器必須通過無線傳輸才能實現(xiàn)大量數(shù)據(jù)的實時傳遞。因此，在鋼鐵行業(yè)園區(qū)內部署一套下沉獨享的5G虛擬專網(wǎng)是最優(yōu)解決方案。

上述模式是運營商為時延敏感型行業(yè)用戶提供的專網(wǎng)服務模式，通過多頻協(xié)同、載波聚合、超級上行、邊緣節(jié)點、QoS增強、無線資源預留、DNN、切片等技術的靈活定制，為企業(yè)用戶提供一張大帶寬增強、低時延、數(shù)據(jù)本地卸載的專有網(wǎng)絡，配合MEC、云計算，最大化發(fā)揮云邊協(xié)同優(yōu)勢，為企業(yè)用戶的數(shù)字化應用賦能。

鋼鐵行業(yè)5G解決方案重點場景

近兩年，通過不斷地探索，產業(yè)界確定了“從生產外圍監(jiān)控和控制逐步向核心生產控制注入5G能力”的路徑，至今已孵化10余個應用場景，其中應用較為廣泛的典型場景有5G遠控天車/無人天車、“5G+AI”鋼表質檢、“5G+AR”遠程輔助和巡檢、5G高清視頻監(jiān)控等。

5G遠控天車/無人天車

通過5G專網(wǎng)將天車、工業(yè)機器人等進行連接，實現(xiàn)遠程控制。5G專網(wǎng)提供的大帶寬、低時延可高質量滿足業(yè)務需求，同時也降低了布線成本。

本場景中視頻回傳單向時延小于25ms，遠控天車PLC單向時延小于25ms，遠控天車高清視頻回傳上行帶寬大約每天車120Mbit/s。具體過程如圖1所示。

圖15G遠控天車/無人天車應用場景

“5G+AI”鋼表質檢

通過“5G端管云+AI”實現(xiàn)鋼鐵表面質量自動檢測。中心訓練平臺完成缺陷檢測模型訓練并推送到5G MEC邊緣云，同時工業(yè)相機拍攝的圖像經5G網(wǎng)絡傳輸?shù)竭吘壴?，隨后進行圖像分析和缺陷判定。檢測圖像還可進一步備份到中心云，以備后續(xù)追溯。

鋼表面質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），需要極小目標檢測（孔洞、壓痕等缺陷在整塊鋼板圖像中數(shù)量多、占比小），圖像精度要求極高；同時工業(yè)相機圖像要求高保真，壓縮比很?。?~4倍），因此圖像傳輸對帶寬要求很高——表面質檢項目經過4倍壓縮后上行帶寬仍需要540Mbit/s，極限場景可達到2Gbit/s。圖2為“5G+AI”鋼表質檢的應用場景。

圖2“5G+AI”鋼表質檢應用場景

“5G+AR”遠程輔助和巡檢

冶金設備皆為重型裝備，且實際生產中長期保持動態(tài)運行，如遇非計劃停機，容易出現(xiàn)財產損失或者重大生產事故?！?G+AR”可大幅降低服務成本，提升復雜場景維護能力和信息傳遞效率，同時可提供預測性維護等行業(yè)應用。

5G大帶寬支持無損呈現(xiàn)細節(jié)的高清視頻、大體量AR內容和文件資料傳輸下載，上行帶寬要求40Mbit/s；同時為了實現(xiàn)邊緣計算和計算結果的快速返回，雙向時延要求小于40ms。圖3為“5G+AR”遠程輔助和巡檢應用場景。

圖3 “5G+AR”遠程輔助和巡檢應用場景

5G高清視頻產線監(jiān)控

鋼鐵企業(yè)對安全生產具有極高要求，現(xiàn)場工作環(huán)境需高清攝像頭實時監(jiān)控。該場景對于上行帶寬有著極高要求，800萬像素監(jiān)控視頻的上行帶寬最高達到40Mbit/s。

鋼鐵行業(yè)5G解決方案的特點分析

技術難點分析

“5G+鋼鐵”可實現(xiàn)IT、CT、工業(yè)運營控制技術的深度融合，推動傳統(tǒng)鋼鐵業(yè)務系統(tǒng)智能化。對于運營商而言，建設關鍵在于工程從評審、立項到建設的流程打通，主要存在施工環(huán)境復雜、適配風險高、多產品分域部署實施效率低及網(wǎng)絡調優(yōu)難度大等問題。

1.網(wǎng)絡規(guī)劃難度大。

網(wǎng)絡解決方案面臨業(yè)務數(shù)據(jù)隔離、可靠性要求高的挑戰(zhàn)。同時，5G網(wǎng)絡規(guī)劃設計從傳統(tǒng)以基站為錨點的思路，轉變?yōu)橐詷I(yè)務場景和終端部署為參考點的無線網(wǎng)絡規(guī)劃思路，面臨多場景和多業(yè)務一張網(wǎng)滿足、規(guī)劃設計復雜的問題。

伴隨著多場景應用并發(fā)，出現(xiàn)了超大上行帶寬、高容量密度、產品選型復雜等問題。如站點密度高，干擾難控制；金屬結構多徑，易遮擋，多衰減；超密終端間距，駐留均衡難；CPE間強干擾，上行容量受影響。

2.網(wǎng)絡建設難度大。

鋼鐵企業(yè)內應用區(qū)域涵蓋室內外空間和廠房，存在建設難度大的特點。廠房通常面積大、隔斷多、布線難度大，設備須滿足防干擾、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)域內部光纜資源、施工隊伍須由業(yè)主提供，導致資源調度難、承建方配合難、協(xié)調部門多、項目工期長等，協(xié)調難度較大。

3.網(wǎng)絡優(yōu)化難度大。

鋼鐵園區(qū)內有多種5G應用需求，業(yè)務調優(yōu)方面貫通了網(wǎng)絡規(guī)劃、網(wǎng)絡性能優(yōu)化、可靠性測試、業(yè)務測試優(yōu)化、小規(guī)模商用、SLA檢測及調優(yōu)、驗收及商用等全流程，面臨網(wǎng)絡從to C小區(qū)級到to B連接級指標優(yōu)化、傳統(tǒng)路測無法測試to B業(yè)務性能、to B業(yè)務調優(yōu)難及周期長等多種問題。

運維難點分析

現(xiàn)有的運營商5G虛擬專網(wǎng)項目除了在用戶業(yè)務應用區(qū)域完成室內外覆蓋之外，還在用戶園區(qū)內下沉一套獨享UPF/MEC進行業(yè)務分流，這套獨享UPF/MEC存在以下特點。

1.業(yè)務存在復雜性，端到端業(yè)務流程涉及網(wǎng)元、終端，相對比較復雜。

其中，用戶側終端設備有攝像頭、AGV、PLC、機械臂等，網(wǎng)絡連接有5G模組直接嵌入，也有相當部分設備連接通過5G CPE或者5G網(wǎng)關轉接，增加了故障判斷和運維壓力；在運營商側，無線基站、承載網(wǎng)、核心網(wǎng)的終端多種多樣，運維較為復雜；在用戶側網(wǎng)絡及業(yè)務設備方面，一般專網(wǎng)項目都會連入用戶內網(wǎng)最外圍的防火墻，同步提供業(yè)務地址到UPF做分流策略，也會與用戶網(wǎng)絡設備做路由等；此外，項目通常使用物聯(lián)設備，還涉及運營商物聯(lián)網(wǎng)卡及配置，比如為用戶專網(wǎng)定制的園區(qū)流量套餐、限定使用區(qū)域、機卡綁定等。

2.專業(yè)多樣性，即端到端的業(yè)務流程涉及多個專業(yè)、運營商內外多個部門的聯(lián)動。

其中，運營商內部涉及無線優(yōu)化、承載網(wǎng)、核心網(wǎng)、物聯(lián)網(wǎng)、終端公司多個條線部門，運營商外部涉及與用戶側應用、終端提供方的售中聯(lián)調及售后運維。項目存在業(yè)務復雜和專業(yè)多樣等特點，運營商的售后維護部門也為用戶運維提供專業(yè)交付標準、售后運維指標。同時，專網(wǎng)項目運維專業(yè)性較強，用戶自有IT團隊很難直接承接，因此運營商提供入駐式專業(yè)團隊服務，以支撐用戶廠區(qū)的業(yè)務開展。

業(yè)務模式思考

鋼鐵行業(yè)5G專網(wǎng)的商業(yè)模式還處于探索階段，可針對園區(qū)在連接規(guī)模、連接類型、容量、SLA等方面的不同要求進行商業(yè)模式設計。目前一般由運營商負責投資建設，以服務方式提供給用戶，用戶可以根據(jù)項目情況，一次性或者按月、按年定期支付服務費。

專網(wǎng)獨享模式服務可以包括以下內容：一是5G云網(wǎng)服務，包括UPF專網(wǎng)服務、MEC云服務等，可按需選擇；二是號卡流量，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；三是專屬隧道DNN服務，按月提供服務；四是5G覆蓋服務，包括室內室外覆蓋，用戶可按需選擇；五是5G終端對接服務，可提供模組、DTU、CPE、網(wǎng)關等對接模式，用戶可按需選擇。

“十四五”期間，先進鋼鐵企業(yè)率先步入工業(yè)4.0階段，而對于仍停留在工業(yè)2.0階段的大批鋼鐵企業(yè)來說，5G、云計算、人工智能等新一代信息技術是機遇也是壓力。此外，在“雙碳”背景下，運營商也需要研究如何以標準化引領支撐我國鋼鐵行業(yè)綠色低碳高質量發(fā)展。

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