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5G带来工业制造的高阶进化

移动互联韩志聪│文

新的信息通信理论、计算及人工智能能力,正在快速渗透进入行业,并在多维度提升工业的能力。5G迅速发展,工业制造高阶进化更上新台阶。

随着国家的积极推进,5G在国内迅速发展,增强性移动宽带最先被移动网络支持;另一方面,云计算技术也会快速向边缘下沉,形成近用户的计算能力,边缘AI,边缘视频分析,边缘控制等业务能力。这些能力将共同加速着5G向各行各业渗透。

我国的制造产业规模大,但制造水平相对落后。政府基于国际制造产业变革趋势,作出的“提升制造业发展质量和水平”的战略部署,意在改变中国制造业“大而不强”的局面。智能制造 2025战略,将工业革新提上日程,并与5G技术同期发展。近年来,移动通信网络支持下的移动互联、窄带物联都正在深刻影响着工业领域的发展,高端制造产业尤其突出。

新的信息通信理论、计算及人工智能能力,正在快速渗透进入行业,并在多维度提升工业的能力。包括:节省信息传递成本的MES系统;节省大量重复劳力的精密机械臂、工业机器人;节省大量质检人员的工业视觉;能够闭环形成监测的末端用户设备物联;基于灵动控制的工业产线编程,柔性生产等;数字工厂大脑、工业互联网与工业大数据等先进科技。

这些应用将有效调降低经营成本,在提高生产效率的同时提高产品质量。

5G通信技术带来工厂内单点超过1Gbps的接入能力,并通过边缘云与数字工厂大脑结合,使得工业信息化、智能化的部署成本大大下降。原来需要规模改造的厂区,现在基于5G的无线技术,可以快速改造现有的产线,从而实现工厂的数字化基础。

企业通过购买专业的运营商提供的可弹性扩展工业级通信与计算服务,降低自建网络的投资与运维成本,将关注度聚焦在主营制造业务逻辑。运营商则可以充分利用5G网络的灵活扩展性,共享带宽、计算等资源,在保证服务质量的同时,提高网络的利用率,形成双赢。

未来的智能工厂应用中,信息通信网络将提供数字大脑运行环境,生产物料数据交换网络、制造生产设备的控制网络、产品的质检视觉网络、物流运输的跟踪网络、产品的物联化售后跟踪 网络等服务,从而形成跨专业跨地域的计算能力、存储能力、网络服务。典型的工厂应用如下图所示:

基于以上的趋势,5G网络带给工业领域典型应用有以下几种:

一、 先进的工业MES系统(制造企业生产过程执行系统),利用5G网络的本地无线连接能力,通过PLC模块快速将工厂的各环节连接起来,通过边缘计算接入到适合本工厂应用的MES系统。 形成低成本的工厂转型改造。整合数据采集渠道,将现场设备(生产设备、物流设备、检测设备)的实时运行参数采集并上传至部署在MEC上的MES,MES作出相应的分析和处理并下发控制指令,反馈至相应设备。可以对整个车间制造过程进行优化,实现对现场设备的数字化管理。

二、 工业机器人无线控制,传统网络下的接入,需要大量的光纤,基建改造,建设周期长、成本高、易腐蚀,后期大量线束维护困难,一条自动化装配线上可能有多达上百个开关可识别托盘,有线开关安装在输送机下方,电缆则铺设在装配线地板下的通道中;如果电缆失效,往往很难检修。利用5G网络的低时延,高可靠特性,以及本地的计算能力,可以将工业机器人的控制单元,快速接入到工业控制大脑,实现机器人控制系统的对话;接收来自传感器的图像引导信号,并快速做出机器人驱动设备的动作指令,形成闭环动作。未来仍可以进一步升级成为柔性生产,通过在线编程的设定,在不同的生产产品中快速切换;与AI结合,可以基于深度学习训练,完成一些具备不确定性的生产作业。

三、 工业视觉的无线应用;传统的有线方式、现有的4G通信,并不能适应工业视觉相机的广泛应用,工业机器视觉总线具有高可靠、大带宽、低时延的特性;而且可以随时迁移,改变用途。机器视觉主要分四大类应用:定位、识别、测量和检测。

四大主要用途

四、 可预测性维护应用,主要从三个方面对生产过程进行把控:1、对生产设备/产品的实时状态进行监控及异常预警,包括:温度、压力、电压、水温、电流、损耗及零部件的磨损,耐腐蚀、密闭等情况。2、对生产设备的实时工况、运行状态,运维保养情况进行实时监控。方便企业快速定位目标设备的运行采集点数据并进行类比分析,提供设备的历史数据查询。3、将设备实时运行参数与健康数据进行比对分析,预测设备及产线运转故障,减少整机故障率,避免因重要元器件损坏造成设备计划外停机。

五、 安全巡检与物料转移的AGV化:利用5G移动控制的AGV进行物料转移与园区内巡检,工厂可以将远程控制AGV设备投放到工厂,集中由控制中心投入少量人力并由云计算辅助控制,这样可以节省人力,此外可与移动摄像头结合,在园区内巡检,防范灾情;通过智能巡检机器人以及部署在边缘服务器/边缘云平台上的巡检分析系统,加载红外热成像仪、气体检测仪、高清摄像 机等有关的设备检测装置,代替人对厂区及产线进行巡测,将高清视频回传给监控中心,便于维护人员及时发现设备问题,可以提升巡检的质量和效率。

六、 工业培训与推广:通过先进的显示技术,将工业领域的业务培训内容制成课件,并与工厂厂区内的实景进行叠加互动,或是远程接入,实现对销售环节,客户环节,员工环节的培训和学习;

5G移动通信技术的快速发展与成熟,将是信息通信领域带给工业制造的一份厚礼,极大的加速工业智能化进程,为践行我国的智能制造2025带来新的机会,提升更强的竞争能力。