5G w przemyśle. Czy kabel odchodzi do lamusa?

Jeżeli wierzyć optymistom, 5G zastąpi okablowanie przemysłowe. Inteligentne maszyny tworzące IIoT (ang. Industrial Internet of Things) będą bezprzewodowo łączyć się ze sobą oraz z systemami zarządzającymi produkcją i mechanizmami analitycznymi w chmurze. Szerokopasmowy transfer (kilkaset procent wydajniejszy od obecnie stosowanych technologii) sprawi, że inteligentne fabryki i magazyny naprawdę staną się inteligentne oraz w pełni autonomiczne.

Głosy oponentów 5G nie są zbyt mocne, a przedstawiane przez nich argumenty sprowadzają się do dwóch wątpliwości. Czy nowoczesna transmisja radiowa nie będzie miała szkodliwego wpływu na nasze zdrowie (aktualnie brak jakichkolwiek pewnych dowodów). Pozostaje też kwestia bezpieczeństwa przesyłanych danych. To drugie zagadnienie może okazać się kluczowe, lecz nie ma wątpliwości, że nie zahamuje rozwoju nowej technologii. Już teraz giganci z branży informatycznej, na czele z marką Siemens, zapowiadają miliardowe inwestycje w badania nad zastosowaniem 5G w przemyśle.

Każda fabryka będzie miała wirtualnego bliźniaka

Z możliwościami przesyłowymi 5G wiązane są wielkie nadzieje na dynamiczny rozwój technologii digital twin. Polega ona na tworzeniu (najczęściej w chmurze oferującej odpowiednią moc obliczeniową) wirtualnych modeli fabryk, magazynów, elektrowni, rafinerii, kopalni, sieci energetycznych, drogowych czy kolejowych, linii metra, lotnisk i szpitali. W zasadzie każdy zakład przemysłowy oraz produkcyjny, sieć komunikacyjna czy przesyłowa, instytucja publiczna czy firma prywatna mogą mieć „wirtualnego bliźniaka”.

Digital twin jest wiernym odwzorowaniem realnego obiektu, organizacji, maszyny, systemu czy nawet pojedynczego procesu. W idealnych warunkach (których stworzenie umożliwi transmisja 5G) bliźnięta utrzymują stałą łączność, a przepływ danych między nimi odbywa się w czasie rzeczywistym. Każda zmiana w świecie realnym jest równolegle, bez opóźnień odwzorowywana w rzeczywistości wirtualnej. Dzięki temu uzyskuje się kilka bardzo istotnych możliwości:

• Bieżący monitoring i zdalne zarzadzanie – znajomość realnego stanu maszyn i przebiegu procesów pozwala na ich pełną kontrolę – można błyskawicznie reagować na wszelkie nieprawidłowości, dokonywać koniecznych korekt czy automatycznie wysyłać alerty oraz raporty do odpowiednich służb i osób. Zarządzanie możliwe jest z dowolnego miejsca, z poziomu dowolnego urządzenia z dostępem do Internetu.
• Konserwacja predykcyjna – modele maszyn stworzone w oparciu o dane procesowe (temperatura, wibracje, zużycie mechaniczne, sprawność, pobór energii, intensywność użytkowania, tryb pracy itp.) zbierane w czasie całego okresu eksploatacji (wirtualny model można oprzeć na danych pochodzących z dowolnej liczby podobnych lub identycznych urządzeń), pozwalają zastosować strategię predictive maintenance, której celem jest przewidywanie awarii, zanim wystąpią, a co za tym idzie – całkowite wyeliminowanie nieplanowanych przestojów.
• Modelowanie i testowanie procesów – każdą planowaną innowację można przetestować na wirtualnym modelu, co minimalizuje koszty i ryzyko finansowe związane z przeprowadzaniem zmian w realnym świecie.

Jak łatwo zauważyć, wszystkie te możliwości opierają się na danych, które generowane są nieustannie przez maszyny. Obecnie wykorzystujemy tylko niewielki procent tego ogromnego strumienia informacji. Jedną z przeszkód jest niska przepustowość sieci, czemu kres ma położyć właśnie technologia 5G.

Produkcja staje się usługą

Entuzjaści 5G są przekonani, że dzięki wymianie ogromnych ilości danych w czasie rzeczywistym, będzie możliwe przedefiniowanie pojęcia fabryki. W przyszłości nie będzie ona już miejscem, które dostarcza gotowych towarów, lecz potencjałem opartym na technologiach, maszynach, procesach i surowcach. Fabryki nie będą oferowały produktów, lecz usługę ich wykonania.

Namiastką takiego modelu sprzedaży są popularne konfiguratory wykorzystywane np. przez producentów samochodów. W nieodległej przyszłości, zamiast wybierać z wachlarza gotowych możliwości (np. koloru lakieru czy materiału tapicerki), będziemy mogli zaprojektować własny kształt nadwozia albo cały samochód od podstaw, czyli stworzyć własną markę. Mało tego – dzięki rozwojowi AR (augmented reality) i VR (virtual reality) nasze wymarzone auto będziemy mogli przetestować i udoskonalić, zanim jakakolwiek jego część zostanie fizycznie wytworzona. Nie trzeba dodawać, że rozwój VR i AR bardzo przyspieszy wraz z pojawieniem się 5G w przemyśle.

Robotyzacja z siłą 5G

Daleko posunięta elastyczność produkcji, przy jednoczesnym zachowaniu jej rentowności, będzie docelowo wymagała całkowitej automatyzacji. Tylko inteligentne maszyny będą w stanie zapewnić doskonałą sprawność wewnętrznego transportu oraz szybko i tanio wytworzyć odpowiednie towary, które spełnią najwyższe standardy jakości. Ludziom pozostaną do wykonania funkcje nadzorcze oraz naprawcze. Ale i w tych obszarach będzie się nasilało dążenie do pełnej automatyzacji (zapewne w oparciu o zastosowanie sztucznej inteligencji). Rozwój wymienionych obszarów produkcji przemysłowej może ulec gwałtownemu przyspieszeniu, właśnie dzięki szerokopasmowej transmisji danych.

Zanim jednak obudzimy się w tej świetlanej przyszłości, upłynie jeszcze kilka lat, a w wybranych rejonach świata nawet kilka dekad. Tym bardziej że zastosowanie łączności bezprzewodowej w sterowaniu maszynami produkcyjnymi budzi wiele obaw i wątpliwości. Obecnie wydaje się mało prawdopodobne, aby w gniazdach produkcyjnych był sens stosowania łączności bezprzewodowej. Jeżeli jednak w przyszłości zechcemy szybko i elastycznie przebudowywać linie produkcyjne (traktując maszyny i urządzenia jak rodzaj „klocków”), mobilność i łączność bezprzewodowa mogą okazać się koniecznością.

To pieśń przyszłości. Natomiast już niebawem, właśnie w dużym stopniu dzięki technologii 5G w przemyśle, będziemy świadkami „inwazji” autonomicznych maszyn – przede wszystkim w przemyśle i logistyce. Przejęcie przez roboty klasy AMR (Autonomous Mobile Robot) intralogistyki wydaje się niemal tak oczywiste jak to, że przyszłością transportu kołowego są autonomiczne ciężarówki zasilane energią elektryczną. W obu przypadkach zdalne zarządzanie flotą pojazdów będzie znacznie łatwiejsze przy użyciu szerokopasmowej transmisji danych.