通信世界网消息（CWW）在从“制造”向“智造”转型的过程中，连接是工厂数字化转型的前提，也是实现全要素、各环节深度互联的关键。要突破这一关键环节，5G技术的应用势在必行。依托5G技术，钢铁行业正在从传统生产方式向信息化、智能化、自动化转型。伴随着5G、AI、云计算等技术融合时代的到来，钢铁行业正迎来一场华丽升级。
5G对于钢铁行业的价值提升
在钢铁生产过程中，原料依次经过焦化烧结、炼焦、炼铁、炼钢、轧钢等生产工序，形成铁水、钢水、钢坯等半成品和成品，不同车间的关键工艺、核心技术、生产环境差异较大。
在传统钢铁生产过程中，存在一些亟待突破的难题。如大量物料经天车在不同车间、仓库和料场间转移，如何确保运输安全高效是个难题；随着工艺质量诉求的提高，如何提升钢材质量和品控精细度也颇具挑战；而生产设备基本为重型装备，如何预警设备的故障风险也是面临的挑战。
钢铁企业通过在不同动线安装传感器收集关键数据，而锅炉、钢包等常常处于极限高温和黑盒环境，传感器必须通过无线传输才能实现大量数据的实时传递。因此，在钢铁行业园区内部署一套下沉独享的5G虚拟专网是最优解决方案。
上述模式是运营商为时延敏感型行业用户提供的专网服务模式，通过多频协同、载波聚合、超级上行、边缘节点、QoS增强、无线资源预留、DNN、切片等技术的灵活定制，为企业用户提供一张大带宽增强、低时延、数据本地卸载的专有网络，配合MEC、云计算，最大化发挥云边协同优势，为企业用户的数字化应用赋能。
钢铁行业5G解决方案重点场景
近两年，通过不断地探索，产业界确定了“从生产外围监控和控制逐步向核心生产控制注入5G能力”的路径，至今已孵化10余个应用场景，其中应用较为广泛的典型场景有5G远控天车/无人天车、“5G+AI”钢表质检、“5G+AR”远程辅助和巡检、5G高清视频监控等。
5G远控天车/无人天车
通过5G专网将天车、工业机器人等进行连接，实现远程控制。5G专网提供的大带宽、低时延可高质量满足业务需求，同时也降低了布线成本。
本场景中视频回传单向时延小于25ms，远控天车PLC单向时延小于25ms，远控天车高清视频回传上行带宽大约每天车120Mbit/s。具体过程如图1所示。
图1 5G远控天车/无人天车应用场景
“5G+AI”钢表质检
通过“5G端管云+AI”实现钢铁表面质量自动检测。中心训练平台完成缺陷检测模型训练并推送到5G MEC边缘云，同时工业相机拍摄的图像经5G网络传输到边缘云，随后进行图像分析和缺陷判定。检测图像还可进一步备份到中心云，以备后续追溯。
钢表面质检因钢材缺陷甄别难度大（氧化铁皮、渣痕、水痕等非缺陷与裂纹、振痕、压痕等缺陷相似度很高），需要极小目标检测（孔洞、压痕等缺陷在整块钢板图像中数量多、占比小），图像精度要求极高；同时工业相机图像要求高保真，压缩比很小（3~4倍），因此图像传输对带宽要求很高——表面质检项目经过4倍压缩后上行带宽仍需要540Mbit/s，极限场景可达到2Gbit/s。图2为“5G+AI”钢表质检的应用场景。
图2 “5G+AI”钢表质检应用场景
“5G+AR”远程辅助和巡检
冶金设备皆为重型装备，且实际生产中长期保持动态运行，如遇非计划停机，容易出现财产损失或者重大生产事故。“5G+AR”可大幅降低服务成本，提升复杂场景维护能力和信息传递效率，同时可提供预测性维护等行业应用。
5G大带宽支持无损呈现细节的高清视频、大体量AR内容和文件资料传输下载，上行带宽要求40Mbit/s；同时为了实现边缘计算和计算结果的快速返回，双向时延要求小于40ms。图3为“5G+AR”远程辅助和巡检应用场景。
图3 “5G+AR”远程辅助和巡检应用场景
5G高清视频产线监控
钢铁企业对安全生产具有极高要求，现场工作环境需高清摄像头实时监控。该场景对于上行带宽有着极高要求，800万像素监控视频的上行带宽最高达到40Mbit/s。
钢铁行业5G解决方案的特点分析
技术难点分析
“5G+钢铁”可实现IT、CT、工业运营控制技术的深度融合，推动传统钢铁业务系统智能化。对于运营商而言，建设关键在于工程从评审、立项到建设的流程打通，主要存在施工环境复杂、适配风险高、多产品分域部署实施效率低及网络调优难度大等问题。
1.网络规划难度大。
网络解决方案面临业务数据隔离、可靠性要求高的挑战。同时，5G网络规划设计从传统以基站为锚点的思路，转变为以业务场景和终端部署为参考点的无线网络规划思路，面临多场景和多业务一张网满足、规划设计复杂的问题。
伴随着多场景应用并发，出现了超大上行带宽、高容量密度、产品选型复杂等问题。如站点密度高，干扰难控制；金属结构多径，易遮挡，多衰减；超密终端间距，驻留均衡难；CPE间强干扰，上行容量受影响。
2.网络建设难度大。
钢铁企业内应用区域涵盖室内外空间和厂房，存在建设难度大的特点。厂房通常面积大、隔断多、布线难度大，设备须满足防干扰、耐高温、防腐等高要求。工业厂区多为封闭式管理，大部分封闭管理区域内部光缆资源、施工队伍须由业主提供，导致资源调度难、承建方配合难、协调部门多、项目工期长等，协调难度较大。
3.网络优化难度大。
钢铁园区内有多种5G应用需求，业务调优方面贯通了网络规划、网络性能优化、可靠性测试、业务测试优化、小规模商用、SLA检测及调优、验收及商用等全流程，面临网络从to C小区级到to B连接级指标优化、传统路测无法测试to B业务性能、to B业务调优难及周期长等多种问题。
运维难点分析
现有的运营商5G虚拟专网项目除了在用户业务应用区域完成室内外覆盖之外，还在用户园区内下沉一套独享UPF/MEC进行业务分流，这套独享UPF/MEC存在以下特点。
1.业务存在复杂性，端到端业务流程涉及网元、终端，相对比较复杂。
其中，用户侧终端设备有摄像头、AGV、PLC、机械臂等，网络连接有5G模组直接嵌入，也有相当部分设备连接通过5G CPE或者5G网关转接，增加了故障判断和运维压力；在运营商侧，无线基站、承载网、核心网的终端多种多样，运维较为复杂；在用户侧网络及业务设备方面，一般专网项目都会连入用户内网最外围的防火墙，同步提供业务地址到UPF做分流策略，也会与用户网络设备做路由等；此外，项目通常使用物联设备，还涉及运营商物联网卡及配置，比如为用户专网定制的园区流量套餐、限定使用区域、机卡绑定等。
2.专业多样性，即端到端的业务流程涉及多个专业、运营商内外多个部门的联动。
其中，运营商内部涉及无线优化、承载网、核心网、物联网、终端公司多个条线部门，运营商外部涉及与用户侧应用、终端提供方的售中联调及售后运维。项目存在业务复杂和专业多样等特点，运营商的售后维护部门也为用户运维提供专业交付标准、售后运维指标。同时，专网项目运维专业性较强，用户自有IT团队很难直接承接，因此运营商提供入驻式专业团队服务，以支撑用户厂区的业务开展。
业务模式思考
钢铁行业5G专网的商业模式还处于探索阶段，可针对园区在连接规模、连接类型、容量、SLA等方面的不同要求进行商业模式设计。目前一般由运营商负责投资建设，以服务方式提供给用户，用户可以根据项目情况，一次性或者按月、按年定期支付服务费。
专网独享模式服务可以包括以下内容：一是5G云网服务，包括UPF专网服务、MEC云服务等，可按需选择；二是号卡流量，物联网卡有按月、按流量池、园区流量等不同形式套餐，用户可按需选择；三是专属隧道DNN服务，按月提供服务；四是5G覆盖服务，包括室内室外覆盖，用户可按需选择；五是5G终端对接服务，可提供模组、DTU、CPE、网关等对接模式，用户可按需选择。
“十四五”期间，先进钢铁企业率先步入工业4.0阶段，而对于仍停留在工业2.0阶段的大批钢铁企业来说，5G、云计算、人工智能等新一代信息技术是机遇也是压力。此外，在“双碳”背景下，运营商也需要研究如何以标准化引领支撑我国钢铁行业绿色低碳高质量发展。
