朱念恩
（台州科技职业学院，浙江 台州 318020）
摘 要：第五代移动通信技术（简称5G）的到来，必将引发生产车间的巨大变革，其中之一就是车间原有的
网络架构将被彻底颠覆。尤其是超可靠低延迟通信(URLLC)技术，突破了原有无线通信技术在可靠性和时延上的瓶颈，使得传统的有线网络被淘汰，进而使得设备的组合更加灵活多变。管理层、网络、设备层之间的界线被打破，云端制造成为其实可行的生产模式。本文将5G技术与现代智能车间相结合，讨论了5G技术将会对现有车间网络架构造成的改变，搭建了全新的生产车间架构。
关键词：5G；智能制造；工业物联网
第五代移动通信技术（5th generation mobile network 简称5G ）与以往的移动通信技术相比，具备更高的数据传输速率、更低的延迟、更加优秀的能源节省、更低的使用成本、更高的系统容量和更大规模的并联设备。
uRLLC 超可靠与低时延通信技术，是 5G 通信技术 的三大应用场景之一，因为具备了高可靠性、低时延性等优点， 可以胜任工业控制、制造工厂的自动化等对于可靠性和时延性要求很高的领域。
5G 技术对于传统制造车间的意义是革命性的，这个技术改变了原有车间的布局，使得设备之间的搭配更加灵活。浙江汽车网
一、传统车间的结构
传统的制造车间一般分为三层，即管理层、网络层和设备层，如图1。
图1 传统车间的三层架构
管理层就是制定生产计划、设计产品和编制加工工艺和加工程序的地方，一般由多个办公室、多台电脑、多名技术人员多部门组成。从对外洽谈业务到订单的生成，到产品的设计、工艺的规划、数控加工程序的编制，等等，是属于车间大脑级别的部位。
网络层就是当管理层的工作完成了之后，各种指令、工艺、程序生成，开始向具体的生产加工设备传达。由于设备的类型不同，有些是通过以太网、无线局域网进行传达，有些控制要求较高的，需要通过车间总线进行数据和信号的传达。此外，网络层也接收下面设备层的信号反馈，上传给管理层，以便对于生产进行调整。
设备层在接收到命令之后，按照既定的工艺流程进行各种加工，同时将加工的情况反馈给上面。
传统三层结构的优点是技术成熟，有多年的经验积累，是一套行之有效的模型。但是其缺点也显而易见，问题主要出在网络层，由于各种技术之间的协议混乱，传输速率和响应速度不足，导致管理层和设备层无法做到无缝对接，对于
需要灵活变动工艺和加工程序的生产情况就无法适应。这对于未来更加注重个性化定制的市场，是一个巨大的不足。
二、5G uRLLC网络的车间架构
在全新的5G uRLLC 网络下，传统的有线网络和无线网络都得到了整合，类似于WIFI 、以太网、蓝牙这样通信技术以及各种总线系统，都可以直接淘汰，所有的长短距离的链接都直接由5G uRLLC 网络来完成，简单高效。如图2。
图2 5G uRLLC网络的车间架构
以往的车间由于总线系统的物理尺寸的局限性，使得设备排布有很多困难。由于无线通信的空间优势性，设备的排布变得非常自由，可以实现任意位置的分布和最佳排序组合。
5G uRLLC 网络作为一切链接的中心，不仅负责管理层和设备层的链接，也负责整个车间和外部世界的链接，所有的商务洽谈、专家咨询辅助、远程展示和控制、远程质量监督，等等。
生产工艺是根据产品的特点进行工艺制定、设备安排的环节，当企业得到了产品的生产计划，则对零件进行性态分析，制定合适的工艺，然后将工艺直接发送给程序编制部门。新制定的数控程序可以直接从办公室的电脑控制机床实时运行，不用像之前那样先把程序发给数控机床的数控系统，再由数控系统控制机床运行。由于5G uRLLC 能提供低时延的信号传输，使得办公室的电脑可以全面替代数控系统直接控制机床进行生产加工，这样在调试、修改、运行程序时都变得非常简单高效。
车间内存在大量的加工设备，像数控机床、多自由度机器人等，这些设备价格非常昂贵，需要非常细心的管理维护。有了5G 通信网络，管理模块将所有设备的信息统一管理，这些信息被写入车间状态数据库，各个部门都能随时查
【项目名称】 浙江省教育厅2019年度高等学校国内访问学者“教师专业发展项目”基于5G和多智能体技术的协同制造，项目编 号：FX2019117。【作者简介】 朱念恩（1980—）
，男，硕士研究生，研究方向：机器人及自动化机械学。
221询并及时处理。
由于5G uRLLC网络可以直接连接外部互联网，因此又
带来了更多便利。在以往的车间中，当设备出现故障时，
排除故障往往比较麻烦，很多企业依靠自己的维修人员，而
维修人员有时水平不足，致使一些时候设备不能按时得到修
复，因此耽误了正常生产，给企业带来了较大的损失。因为
存在这种情况，企业不得不购买新的生产设备，将坏掉的设
备闲置在仓库里不用，带来了较大的设备浪费。其次购买新
设备，安装和调试又会花费大量时间，因而带来的损失难以
估量。此外，有些企业聘请外部专家来排除故障，可是专家
到企业来需要时间，这无疑会增加成本。
三、5G uRLLC网络车间架构的不足
5G网络虽然有很多的优点，但是其应用在车间中并非完
美，依然有部分不足。
首先，5G无线通信相对于有线通信而言，容易受到外界
干扰，如强磁场的影响等。如果受到干扰，会引发全部系统
的网络中断，而车间是完全基于5G网络的架构之上，则当网
络中断时，整个生产势必产生严重问题，甚至不得不停止，
由此带来的损失会很大。
其次，相对于有线通信，无线通信的安全性受到考验。
由于无线信号是向空气中传播，这就让信号监听、信号攻击
成为可能。当全部车间生产、商务洽谈、内部会议等都基于
无线通信的时候，万一被竞争对手监听，则可能导致重要信
息的泄露，导致在竞争市场上的劣势。当然，现在的无线通
信有很多种加密方式，对数据的安全性进行了很好的保护，
但是只要无线通信的这种方式存在，其安全威胁就一直存
在。因此，需要在无线通信的外围增加安全性的防护。
再次，由于新技术的引用，老的通信系统被淘汰，导致
大量适用于老系统的设备出现兼容性问题。如果都一并淘
汰，那么浪费必然严重，如果进行改装，则工序繁杂成本高
企。因此如何快速有效方便的将所有设备纳入网络，并使之
能够按照要求进行生产加工，成为一个难题。比较有效的应
对方法是保留部分传统网络，并将传统网络和5G网络之间进
行通信。但是这样就像狗尾续貂一样，弄了一个半生不熟的
系统，将使得5G网络的优势无法完全发挥，因此是一个需要
进一步研究解决的问题。
最后，5G网络会带来极强的电磁波辐射，这无疑会对企
业员工的健康带来一定的潜在威胁。虽然电磁波对人体的影
响一直处于争论阶段，但是5G网络电磁波的强度是之前网络
的很多倍，其对人体的影响有可能成为现实。如何在利用5G
优势的同时又保障人员的健康，是一个亟待解决的问题。目
前，5G技术都在探讨如何如何提高传输速率，如何降低时间
延迟，健康方面的问题探讨还不是主流热点，但笔者认为这
个问题才是重中之重，需要好好研究探讨。
四、结束语
5G uRLLC网络与现代企业生产车间相结合，有效地提
高了车间的通信效率，改善了产品从设计到工艺、从工艺到
编程、从编程到加工的整个过程。让传统加工的不足得到弥
补，进一步提高了企业的生产效率，进一步改善了企业服务
客户的品质。在面对未来个性化高柔性的加工需要，5G网络
提供了强有力的网络支持。可以预见，在5G uRLLC系统的
帮助下，未来的工业4.0制造将达到令人惊叹的高水平，为用
户提供各种个性化、定制化、高品质的产品，满足市场上不
同人的需求。
参考文献
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等（对某一个操作步骤设定了操作重现后，在视频中该操作
将不会显示，而是要求观看者在屏幕的对应位置通过鼠标或
触摸方式在提示下完成操作）。视频开发流程如下：
教师在制作交互式微视频时，将Powermill课程内容划
分为多个知识点，使每个交互式模拟训练只包含一个知识
点。学生边看视频边用鼠标或者触摸的方式，按照视频中的
提示进行模拟操作［6］。如果操作步骤与所设置的相同，则
可继续视频课程，否则将无法继续，直到学生掌握正确的操
作为止。对于每一个操作步骤，系统会通过判断做出相应的
提示，若正确则出现提示正确的提示，若错误则出现重试的
提示。
为便于学生学习，交互式视频的开发应注意以下几点：
(1)单个视频的时长控制在5～10分钟左右。
(2)单个视频专注于一个完整的小知识点。
(3)注重交互性，包括交互式模拟训练和交互式测验。
(4)适用于移动终端，增强学习时间的灵活性。
四、结束语
采用交互式视频课程，学生在观看视频的同时即可动手
操作，将相关知识内化。其他软件操作类课程如：office办
公软件、UG、Creo、Autocad等，都可应用该方法来提高教
学质量。
参考文献
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（上接第219页）
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