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5G技術下的智能工廠自動化新模式

    一(yi)、5G技術場景(jing)支(zhi)撐(cheng)智能製(zhi)造

    作為新一代移(yi)動通信(xin)技術(shu),5G技術切合(he)了傳統製造企業(ye)智能(neng)製造(zao)轉型(xing)對(dui)無線網絡(luo)的(de)應(ying)用需求(qiu),能滿(man)足工業環(huan)境下設(she)備(bei)互(hu)聯和(he)遠(yuan)程(cheng)交(jiao)互應用(yong)需求。在物聯(lian)網、工(gong)業自動(dong)化控製、物流(liu)追(zhui)蹤、工業AR、雲化(hua)機器人等(deng)工業應用領(ling)域(yu),5G技術起著支撐作用。

    1. 物聯網:隨著工廠(chang)智(zhi)能化轉型的推進,物聯網(wang)作(zuo)為連(lian)接人(ren)、機(ji)器和設備的關(guan)鍵支撐技術正受到企業的高度(du)關注(zhu)。這(zhe)種(zhong)需求在推(tui)動物(wu)聯網應用落地的同時(shi),也極大(da)的刺(ci)激了(le)5G技術的發(fa)展。

    2. 工業自動化控製:這是製造工廠中最(zui)基礎的應用,核心是(shi)閉環控製係(xi)統(tong)。5G可(ke)提(ti)供(gong)極低時延長、高(gao)可靠,海量連接的網絡,使(shi)得(de)閉環控製應用通過(guo)無(wu)線網絡連接(jie)成(cheng)為可能。

    3. 物流追蹤(zong):從(cong)倉(cang)庫(ku)管(guan)理(li)到(dao)物流配(pei)送均(jun)需要廣(guang)覆蓋(gai)、深(shen)覆蓋、低功耗、大連接、低成本的連接技術。此外,虛擬工廠的端(duan)到端整(zheng)合跨(kua)越(yue)產品(pin)的整個(ge)生命(ming)周期(qi),要連接分布廣泛的已(yi)售出(chu)的商品,也需(xu)要低(di)功耗(hao)、低成本(ben)和廣覆(fu)蓋的網絡,企(qi)業內(nei)部或企業之間(jian)的橫向集成也(ye)需要無所(suo)不在的網絡,5G網絡能很好的滿足(zu)這類(lei)需求。

    4. 工業AR:在智能工廠生產(chan)過程中,人發揮更(geng)重(zhong)要的作用。由於未來(lai)工廠具(ju)有(you)高度的靈(ling)活性(xing)和多功能性,這對工廠車(che)間工作人員有更高的要(yao)求。為(wei)快(kuai)速滿足新任(ren)務和生產活動的需求,增(zeng)強現(xian)實(shi)AR將(jiang)發揮(hui)很關鍵作用,在智能製造過程中可用於如下場景:如:監(jian)控流程和生產流程。生(sheng)產任務分(fen)步(bu)指(zhi)引(yin),例(li)如手(shou)動裝(zhuang)配過程指導;遠程專(zhuan)家(jia)業務支撐,例如遠程維護(hu)。在這些(xie)應用中,輔助AR設施需要最大程度具備靈活(huo)性和輕便(bian)性,以便維護工作高效開(kai)展(zhan)。5G

    5. 雲化機器(qi)人:在智能製造生產場(chang)景中,需要機器人有自(zi)組織(zhi)和協(xie)同(tong)的能力來滿足柔性生產,這就(jiu)帶來了機器人對雲化的需求。5G網絡是雲化機器(qi)人理想的通信網絡,是使能雲化機器(qi)人的關鍵。

    總(zong)結:5G技術已經成為支撐智能製造轉(zhuan)型的關鍵使能技術,能將分布(bu)廣泛(fan)、零(ling)散的人、機器和設備全(quan)部連接起(qi)來,構建統一的互聯網絡。5G技(ji)術的發展可以幫助製造企業擺(bai)脫以(yi)往無線網絡技術較(jiao)為混亂的應用狀(zhuang)態,這對於推動工業互聯網的實施以及(ji)智能製造的深化轉型有著(zhu)積(ji)極的意義(yi)。

    二、智能製造的核心是智能工廠5G技術智能製造,智能工廠自動化

    信息化革命愈演愈(yu)烈,機器設備、人和產品等製造元素不再是獨(du)立的個體,它(ta)們(men)通過工業物聯網緊密聯係在一起,實現更協調(diao)和高效(xiao)的製造係統。

    當(dang)前(qian)製造業的轉型可以看作是自動化升級和信息技術的融合提升,這不(bu)僅(jin)僅是自動化和機器換人,而且(qie)工廠能實現自主化決策,靈活生產出多樣(yang)化的產品,並(bing)能快速應對更多的市(shi)場變(bian)化。

    人工智能和製造係統的結(jie)合將是必(bi)然(ran)的,利用機器學(xue)習(xi)、模(mo)式(shi)識別、認(ren)知(zhi)分析等算法模型,可以提升(sheng)工廠控製管理係統的能力(li),實現所謂的智能製造,才(cai)能使企業在今(jin)天競爭(zheng)激(ji)烈(lie)的環境獲得更好(hao)的優勢(shi)。

    智能製造過程主(zhu)要圍(wei)繞(rao)著智能工廠展開,而(er)人工智能在智能工廠中(zhong)發揮著重要的作用。物聯網將所有的機器設備連接在一起,例如控製器、傳感器、執(zhi)行(xing)器的聯網,然後(hou),AI就可以分析傳感器上傳(chuan)的數據,這就是智能製造的核心。

    隨著工業物聯網的應用發展,網絡和實體(ti)係統將緊密聯係在一起,也就是物聯網將生產現場的處理器、傳感(gan)器連接起來,使得機器人之間可以進(jin)行通信,可以互相溝通,而機器和人的工作將不再(zai)會(hui)嚴(yan)格(ge)分工,未(wei)來製造係統把(ba)人和機器融合在一起。上(shang)海鼎湘(xiang)自動化科技有限公司,自動化生產線(xian),非標(biao)自動化,機器人運用集成 ,自動化裝配線 , 智能自動化裝配,零部件(jian)精密(mi)裝配,醫(yi)療器械自動化組裝裝配,軍(jun)工器械精密自動化裝配,,裝配生產設備,工廠自.jpg

    數字(zi)雙胞(bao)胎是重要的角色,智能製造的整個流程都(dou)有一個數字孿(luan)生模型,係統裏(li)包括了現實世(shi)界的任何東(dong)西,可以是應用或(huo)者操作指南(nan)手冊(ce)等。

    此外,智能製造係統裏還有人機交互,即人和機器人之間的互動。還(hai)有用人工智能驅(qu)動、優(you)化產品和流程等。工廠需要做一些預測性維護或者(zhe)是預測(ce)機器的能耗等等,越來越多(duo)的這些功能都可以在智能工廠裏實現。

    三、5G時代智能工廠前景展望

    從2016年到2018年,我(wo)國(guo)的5G基(ji)礎研發測試分為三(san)個階(jie)段。第(di)一階段是5G關聯技術試(shi)驗,第二(er)階段是5G技術方(fang)案(an)驗(yan)證,第三階段是5G的係統驗證。

    我國於2016年1月啟動了5G技術試驗,為保(bao)證(zheng)實驗工作的順(shun)利(li)開展,IMT-2020(5G)推進組在北(bei)京(jing)懷(huai)柔規(gui)劃建(jian)設了30個站(zhan)的5G外(wai)場。在5G第二階段試驗完(wan)成之(zhi)後,第三階段試驗將於2017年(nian)年底或2018年年初啟動;預計(ji)5G第一個標準(zhun)版本將於2018年6月(yue)完成,完整版(ban)本或將於2019年9月(yue)完成,並有望(wang)在2020年實現大規模商(shang)用。

    麵對第三階段試驗,為了做(zuo)好配合,進一步豐(feng)富場景,我國未來計劃(hua)在6個城(cheng)市開展更多的試驗,包(bao)括(kuo)5G技術與(yu)智慧城市的核心規劃結合,助(zhu)力智慧(hui)城市的建設;借助5G的試驗推動雙創(chuang),以及在工業互聯網、智能製造方麵充分利用5G技術。

    智能工廠是5G技術的重要應用場景之一。利用5G網絡將生產設備無縫連接,並進一步打通設計、采購(gou)、倉儲、物流等環節(jie),使生產更加扁(bian)平(ping)化、定(ding)製化、智能化,從而構造一個麵向未來的智能製造網絡。在此(ci),編者整理了業界對5G時代(dai)智能工廠的前景展望,讓(rang)夜色飙车直播下载一同期待新時代的到來。

    1、助推柔(rou)性製造 實現個性化生產

    全球人口正在接近(jin)80億(yi),中產階層(ceng)消費(fei)群不斷擴大,有望形(xing)成巨(ju)大市場,進而對消(xiao)費布局產生影響(xiang)。帶有客戶需求和產品“信息(xi)”功(gong)能的係統成為硬(ying)件產品銷售新的核(he)心(xin),個性化定製成為潮流。為了滿足全球各地不同市場對產品的多樣化、個性化需求,生產企業內部(bu)需要更新現有的生產模式,基於(yu)柔性技術的生產模式成為趨(qu)勢。國際生產工廠研究(jiu)協會的定義為:柔性製造係統是一個自動化的生產製造係統,在最少(shao)人的幹預(yu)下,能夠(gou)生產任何範(fan)圍的產品族,係統的柔性通常受到係統設計時所考慮的產品族的限製。柔性生產的到來,催生了對新技術的需求。

    一方麵,在企業工廠內,柔性生產對工業機器人的靈活移動性和差異化業務處(chu)理能力有很(hen)高要求。5G利用其(qi)自身無可比(bi)擬(ni)的獨特(te)優勢,助力柔性化生產的大規模普(pu)及。5G網絡進入(ru)工廠,在減少機器與機器之間線纜成本的同時,利用高可靠性網絡的連續(xu)覆蓋,使機器人在移動過程中活動區域不受限,按需到達(da)各(ge)個地(di)點(dian),在各種場景中進行不間斷(duan)工作以及工作內容的平滑切換(huan)。

    5G網絡也可使能各種具有差(cha)異(yi)化特征(zheng)的業務需求。大型工廠中,不同生產場景對網絡的服(fu)務(wu)質量要求不同。精(jing)度要求高的工序環節關鍵在於時延(yan),關鍵性任務需要保證網絡可靠性、大流量(liang)數(shu)據(ju)即時分析和處理的高速(su)率。5G網絡以其端到端的切片技術,同一個核心網中具有不同的服務質量,按需靈活調整。如(ru)設備狀態(tai)信息的上報被設為最高的業務等級等。

    另(ling)一方麵(mian),5G可構建連接工廠內外的人和機器為中心的全方位(wei)信息生態係統,最終(zhong)使任何人和物在任何時間、任何(he)地點都能實現彼此信息共(gong)享(xiang)。消費者在要求個性化商品和服務的同時,企業和消費者的關係發生變化,消費者將參與到企業的生產過程中,消費者可以跨地域通過5G網絡,參與產品的設計,並實時查詢(xun)產品狀態信息。

    2、工廠維護模式全麵升級(ji)

    大型企業的生產場景中,經常(chang)涉及到跨工廠、跨地域設備維(wei)護,遠程問(wen)題定位等場景。5G技術在這些方麵的應用,可以提升運(yun)行、維護效率,降低成本。5G帶來的不僅是萬物互聯,還有萬物信息交互,使得未來智能工廠的維護工作突破工廠邊界(jie)。工廠維護工作按照複雜程度,可根據實際情(qing)況由(you)工業機器人或者人與工業機器人協作完成。在未來,工廠中每個物體都是一個有唯一IP的終端,使生產環節的原材料都具有“信息”屬(shu)性。原材料會根(gen)據“信息”自動生產和維護。人也變成了具有自己(ji)IP的終端,人和工業機器人進入整個生產環節中,和帶有唯(wei)一IP的原料、設備、產品進行信息交互。工業機器人在管理工廠的同時,人在千(qian)裏之外也可以第一時間接收(shou)到實時信息跟進,並進行交互操作。

    設想在未來有5G網絡覆蓋的一家智能工廠裏,當某一物體故障發生時,故障被(bei)以最高優先級“零”時延上報到工業機器人。一般(ban)情況(kuang)下,工業機器人可以根據自主學習的經(jing)驗數據庫在不經過人的幹涉下完成修(xiu)複(fu)工作。另一種情況,由工業機器人判斷該(gai)故(gu)障(zhang)必須由人來進行操作修複。

    此時,人即使遠在地球的另一端,也可通過一台(tai)簡單的VR和遠程觸(chu)覺(jue)感知技術的設備,遠程控製工廠內的工業機器人到達故障現場進行修複,工業機器人在萬(wan)裏之外實時同步模擬人的動作,人在此時如同親(qin)臨(lin)現場進行施(shi)工。

    5G技術使得人和工業機器人在處理更複雜(za)場景時也能遊(you)刃有餘(yu)。如在需要多人協作修複的情況下,即(ji)使相隔了幾大洲的不同專家也可以各自通過VR和遠程觸覺感知設備,第一時間“聚集”在故障現場。5G網絡的大流量能夠滿足VR中高清(qing)圖(tu)像(xiang)的海量數據交互要求,極低時延使得觸覺感知網絡中,人在地球另一端也能把自己的動作無誤差地傳遞給工廠機器人,多人控製工廠中不同機器人進行下一步修複動作。同時,借(jie)助萬物互聯,人和工業機器人、產品和原料全都被直接連接到各類相(xiang)關的知識(shi)和經驗數據庫,在故障診(zhen)斷時,人和工業機器人可參考(kao)海量的經驗和專業知識,提高問題定位精準度。

    3、工業機器人加入“管理層”

    在未來智能工廠生產的環節中涉(she)及到物流、上料(liao)、倉儲(chu)等方案判斷和決(jue)策,5G技術能夠為智能工廠提供全雲化網絡平台。精密傳感技術作用於不計其數的傳感器,在極短時間內進行信息狀態上報,大量工業級數據通過5G網絡收集(ji)起來,龐(pang)大的數據庫開始形成,工業機器人結合雲計算(suan)的超級計算能力進行自主學習和精確(que)判斷,給出最佳(jia)解決方案。在一些特定場景下,借助5G下的D2D(Device-to-Device,意為:設備到設備)技術,物體與物體之間直接通信,進一步降(jiang)低了業務端到端的時延,在網絡負荷實現分流的同時,反(fan)應更為敏捷。生產製造各環節的時間變得更短(duan),解(jie)決方案更快更優,生產製造效率(lv)得以大幅(fu)度提高。

    夜色飙车直播下载可以想象未來10年內,5G網絡覆蓋到工廠各個角落。5G技術控(kong)製的工業機器人,已經從玻璃櫃裏走到了玻璃櫃(gui)外,不分日(ri)夜地在車間中自由穿(chuan)梭,進行設備的巡檢和修理,送料、質檢或者高難度的生產動作。機器人成為中、基層管理人員(yuan),通過信息計算和精確判斷,進行生產協調和生產決策。這裏隻(zhi)需要少數人承擔(dan)工廠的運行監測和高級管理工作。機器人成為人的高級助手,替(ti)代人完成人難以完成的工作,人和機器人在工廠中得以共生。

    4、按需分配資源(yuan)

    5G網絡通過網絡切片(pian)提供適(shi)用於各種製造場景的解決方案,實現實時高效和低能耗,並簡化部署(shu),為智能工廠的未來發展奠定堅(jian)實基礎。

    首(shou)先(xian),利用網絡切(qie)片技術保證按需分配網絡資源,以滿足不同製造場景下對網絡的要求。不同應用對時延、移動性、網絡覆蓋、連接密度和連接成本有不同需求,對5G網絡的靈活配置(zhi)尤(you)其是對網絡資源的合理快速分配及再分配提出了更嚴苛的要求。

    作為5G網絡最重要的特性,基於多種新(xin)技術組(zu)合的端到端的網絡切片能力,可以將所需的網絡資(zi)源靈活動態地在全網中麵向不同的需求進行分配及能力釋(shi)放(fang);根據服務管理提供的藍(lan)圖和輸入參數,創建網絡切片,使其提供特定的網絡特性。比如極(ji)低的時延、極高的可靠(kao)性、極大的帶(dai)寬等,以滿足不同應用場景對網絡的要求。例如在智能工廠原型中,為滿足工廠內的關鍵事務處理要求,創建了關鍵事務切片,以提供低時延,高可靠的網絡。

    在創建網絡切片的過程中,需要調度基礎(chu)設施中的資源。包括接入資源、傳輸資源和雲資源等。而各個基礎設施資源也都有各自的管理功能。通過網絡切片管理,根據客(ke)戶(hu)不同的需求,為客戶提供共享的或者隔(ge)離(li)的基礎設施資源。由於各種資源的相互獨立(li)性,網絡切片管理也在不同資源之間進行協同管理。在智能工廠原型中,展示(shi)了采(cai)用多層級的、模塊化的管理模式,使整個網絡切片的管理和協同更加(jia)通用、更加靈活並且易於擴展。

    除了關鍵事務切片,5G智能工廠還將額(e)外創建移動寬(kuan)帶切片和大連接切片。不同切片在網絡切片管理係統的調度下,共享同一基礎設施,但又互不幹擾(rao),保持各自業務的獨立性。

    其次,5G能夠優化網絡連接,采取本地流量分流,以滿足低延遲的要求。每個切片針對業務需求的優化,不僅體現在網絡功能特性的不同,還體現在靈活的部署方案上。切片內部的網絡功能模塊(kuai)部署非常靈活,可按(an)照(zhao)業務需求分別(bie)部署在多個分布式數據中心。原型中的關鍵事務切片為保證事(shi)務處理的實時性,對時延要求很高,將用戶數據麵功能模塊部署在靠近終端用戶的本地數據中心,盡(jin)可能地降低時延,保證對生產的實時控製和響應。

    此外,采用分布式雲計算技術,以靈活的方式在本地數據中心或集中數據中心部署基於NFV(Network Function Virtualization,意為:網絡功能虛(xu)擬化)技術的工業應用和關鍵網絡功能。5G網絡的高帶寬和低時延特性,使智能處理能力通過遷(qian)移到雲端而大幅提升,為提升智能化水(shui)平鋪平了道路(lu)。

    在5G網絡的連接下,智能工廠成為了各項(xiang)智能技術的應用平台。除(chu)了上述四類技術的運用,智能工廠有望與未來多項先進科技相結合,實現資源利用、生產效率和經濟(ji)收益的最大化。例如借助5G高速網絡,采集關鍵裝備製造、生產過程、能源供給等環節的能效相關數據,使用能源管理係統對能效相關數據進行管理和分析,及時發現能效的波動和異常,在保證正常生產的前提下,相應地對生產過程、設備、能源供給(gei)及人員等進行調整,實現生產過程的能效提高;使用ERP(Enterprise Resource Planning,意為:企業資源計劃)進行原材(cai)料庫存(cun)管理,包括各種原材料及供應商信息。當客戶訂單下達時,ERP自動計算所需的原(yuan)材料,並且根據供應商信息即時計算原材料的采購時間,確保在滿足交貨時間的同時做到庫存成本最低甚至為零。

    因(yin)此,5G時代的智能工廠將大幅改善勞(lao)動條(tiao)件,減少生產線人工幹預,提高生產過程可控性,最重要的是借助於信息化技術打(da)通企業的各個流程,實現從設計、生產到銷售各個環節的互聯互通,並在此基礎上實現資源的整合優化,從而進一步提高企業的生產效率和產品質量。

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