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直驱技术助力5G通讯时代智能制造升级

文:中国传动网编辑部 | 2019年第六期 (0) | (0)

5G商用牌照的发放,为新一轮电子设备升级注入了新动力,由此激发了上游装备制造产业的新需求,催生了智能装备产业的革新。5G时代带来的黎明前的曙光,有望为“2019寒冬之年”带来新的发展机遇。本文根据广州市昊志机电股份有限公司产品经理钟添明先生在7月份由中国传动网、中国直驱产业联盟主办的“5G时代下,智能装备产业的挑战与机遇”年中论坛上的发言所整理成文。

5G通讯的基本特点

5G作为新一代的移动通信技术,对移动通信提出了更高的要求,它不仅在速度而且还在功耗、时延等多个方面有了全新的提升,由此将带来应用业务的巨大变化,互联网的发展也将从移动互联网进入到智能互联网时代。5G技术以其高速度、低延时、泛在网、低功耗等特点,被称为通向产业互联网的“高速公路”,推动着各个产业链进行智慧变革。5G通讯所具备的重要特性,可大大推动远程医疗、工业控制、远程驾驶、智慧城市、智慧家居等应用的普及,其基本特性主要包括以下几个方面。

1、高速度

相对于4G技术,5G通讯要解决的第一个问题就是高速度。网络速度提升,用户体验与感受才会有较大提高。目前5G正常的速度已经达到4.6Gbps,峰值到达6.5Gbps,是4G的十倍。这样的高速度给对速度有很高要求的业务提供了机会和可能,随着新技术的普及应用,未来还将会有更多的开发空间。

2、低时延

5G通讯的新应用场景包括无人驾驶、工业自动化的高可靠连接等。4G最快时延是98ms,而5G对于时延的最低要求是1毫秒,甚至更低。这就对网络提出了严苛的要求。而5G是物联网、智能制造、自动驾驶和远程医疗等这些新应用领域的必然要求。

要满足低时延的要求,需要大量的技术进行配合,减少时延。边缘计算等技术和传统网络结合起来,这样的技术也会被采用到5G的网络架构中,对特的领域提供的更高品质的服务和保障。

3、泛在网

泛在网是指网络广泛覆盖,并且是纵深覆盖,使每一个角落都有网络。随着业务的发展,网络业务需要无所不包,广泛存在。只有这样才能支持更加丰富的业务,才能在复杂的场景中使用。一定程度上,泛在网比高速度还重要,只是建一个少数地方覆盖、速度很高的网络,并不能保证5G的服务与体验,因此,泛在网才是5G应用体验的一个根本保证。

4、低功耗

5G要支持大规模物联网应用,就必须要对功耗有要求。如果把功耗降下来,就可以大大改善用户体验,促进物联网产品的快速普及,满足5G应用对于低功耗物联网的建设需要。例如,目前最新上市的手机终端都开始采用7nm生产工艺,使得产品的通讯速度和功耗上都有了很大的提升,相比之前的10nm工艺,速度至少提升20%,功耗降低40%,这些对于手机终端厂家来说,在生产制造工艺上也将带来很大的影响。

5、PCB板加工难点上升

5G通讯基站覆盖范围小,使得未来小基站数量大幅上升,根据Yole的调查数据显示,到2025年,5G网络总的建设基站数将达到1442万个。同时,随着频段增多,频率升高,5G基站对高频高速材料(覆铜板)需求增加,这也对PCB板的加工制造工艺提出了更高的要求,更高精度的生产设备成为了必须。

5G直驱技术解决方案应运而生

2019年,广州市昊志机电股份有限公司入选“广东省工业和信息化厅第一批5G+工业互联网应用示范园区”名单,昊志机电是一家专业从事高精密机电一体化的核心功能部件研发设计、生产制造、销售与维修服务的环保型高新技术企业。围绕5G时代的特定需求,昊志机电推出了一系列针对5G通讯基站、PCB钻孔设备等直驱技术解决方案。

首先在基站方面,5G通讯传输速度加快,功耗也会越来越大,随之带来了成本升高和环境污染等问题,为此,作为导热结构件之一的散热器在5G基站设备中的应用也将发挥越来越重要的作用。但目前在散热器的加工过程中仍然存在着铝材尺寸大、槽和螺纹挂耳多、切削量大、硬度高、基材粘黏现象严重、异型孔加工需求多等难点。

传统的基站散热器的加工方案一般是采用伺服丝杠传动+外驱主轴的方式,产品的表面质量差、生产效率低、主轴启停慢。这是因为这类方案使用的多是外驱主轴,极限转速低,静态动态偏摆大,组合精度低,所以表面质量比较差;另外外置电机体积大,无法进行多头加工导致效率低;攻牙转速低,故会使主轴启停慢(攻牙转速低1000rpm-3000rpm)。

为了解决上述难题,昊志机电开发出以永磁同步高速电主轴+直线电机的解决方案,有效地解决了以上应用问题。与传统方案相比,电主轴比外驱主轴效率高、启停快、转速高、表面质量好;直线伺服比旋转伺服速度高、精度保持性好、效率高、维护成本低。这使得新方案的主轴切削效率可提升1倍;机台综合效率至少提升30%;表面质量大幅度提升,且不变形、不崩边、形位精度高。

无论是基站还是通讯终端,设备的基础都是PCB板材,5G技术的发展不仅对PCB板的应用有所提升,同时对材料的变化也有影响。随着5G时代的到来,推动PCB板材量价齐升,与4G应用相比,在价格上,PCB板的单位价格至少为4G的2.5倍;在用量上则是4G通讯的3倍。特别是在高频高速板材的应用上,5G高频基材主要用在基站天线、卫星天线、微波天线;高速基材主要用在背板、RRU、BBU环节。PCB板的材质变化由FR-4过渡到高频高速覆铜板CEM-3,面积更大,层数和孔数多(2层-12层),且孔越来越小(0.3mm以下占80%以上)。

传统的PCB钻孔解决方案一般是采用20万转气浮电主轴+旋转伺服丝杠的方式,但该方案速度效率低、精度保持较差、噪音大、维护成本较高。而昊志机电研发出以25万转高速气浮主轴+直线电机的新方案,有效解决了上述缺陷。与传统方案相比,该方案由大推力、低推力波动、温升低的直线电机;高稳定气缸;超长寿命拉刀机构等部件组成,PCB电主轴转速可达250000RPM,加工效率提升了22%,定位精度提升到37.5%,整体效率提升了25%。

5G通讯是一套复杂的体系,未来5G网络中的终端也不仅仅只是手机通讯,而是有更多汽车、无人驾驶、家电、公共服务等多种设备的应用场景,因此可以说,4G改变了人们的生活,5G则改变着整个社会,它将会是社会进步、产业推动、经济发展的重要推进器。在5G技术的加持之下,世界正进入一个高度协同、万物互联的新时代。顺应这一发展趋势,昊志机电将继续围绕“立足自主技术创新,服务全球先进制造”的发展战略目标,着眼于高端装备制造业,继续以“为助力全球先进装备制造,提升人类良好体验而奋斗不止”的企业使命,不断提升研发实力和研发效率、不断完善产品种类及体系、持续拓展海内外市场和应用领域、加快募投项目建设,推动公司向“成为世界顶级装备核心功能部件设计制造公司”的长远目标稳步迈进。

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昊志机电5G通讯高频高速PCB钻孔解决方案


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