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5G时代下智能工厂前景展望

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智能制造是源于人工智能的研究,它应当包含智能制造技术和智能制造系统,智能制造系统不仅能够在实践中不断地充实知识库。如今,5G技术的应用则进一步提升了智能工厂的生产效率。

1、5G技术场景支撑智能制造

作为新一代移动通信技术,5G技术切合了传统制造企业智能制造转型对无线网络的应用需求,能满足工业环境下设备互联和远程交互应用需求。在物联网、工业自动化控制、物流追踪、工业AR、云化机器人等工业应用领域,5G技术起着支撑作用。

1)物联网:随着工厂智能化转型的推进,物联网作为连接人、机器和设备的关键支撑技术正受到企业的高度关注。这种需求在推动物联网应用落地的同时、也极大的刺激了5G技术的发展。

2)工业自动化控制:这是制造工厂中基础的应用。核心是闭环控制系统。5G可提供极低时延长、高可靠。使得闭环控制应用通过无线网络连接成为可能,海量连接的网络。

3)物流追踪:从仓库管理到物流配送均需要广覆盖、深覆盖、低功耗、大连接、低成本的连接技术。此外,也需要低功耗、低成本和广覆盖的网络,要连接分布广泛的已售出的商品,虚拟工厂的端到端整合跨越产品的整个生命周期,企业内部或企业之间的横向集成也需要无所不在的网络,5G网络能很好的满足这类需求。

4)工业AR:在智能工厂生产过程中,人发挥更重要的作用。由于未来工厂具有高度的灵活性和多功能性,这对工厂车间工作人员有更高的要求。为快速满足新任务和生产活动的需求,在智能制造过程中可用于如下场景:如:监控流程和生产流程,增强现实AR将发挥很关键作用。生产任务分步指引。例如远程维护,例如手动装配过程指导;远程专家业务支撑。在这些应用中。以便维护工作高效开展,辅助AR设施需要具备灵活性和轻便性。

5)云化机器人:在智能制造生产场景中、需要机器人有自组织和协同的能力来满足柔性生产,这就带来了机器人对云化的需求。5G网络是云化机器人理想的通信网络,是使能云化机器人的关键。

总结:5G技术已经成为支撑智能制造转型的关键使能技术,能将分布广泛、零散的人、机器和设备全部连接起来,构建统一的互联网络。5G技术的发展可以帮助制造企业摆脱以往无线网络技术较为混乱的应用状态,这对于推动工业互联网的实施以及智能制造的深化转型有着积极的意义。

2、智能制造的核心是智能工厂

信息化革命愈演愈烈,它们通过工业物联网紧密联系在一起,实现更协调和高效的制造系统,机器设备、人和产品等制造元素不再是独立的个体。

当前制造业的转型可以看作是自动化升级和信息技术的融合提升,并能快速应对更多的市场变化,而且工厂能实现自主化决策,这不仅仅是自动化和机器换人,灵活生产出多样化的产品。

人工智能和制造系统的结合将是必然的,可以提升工厂控制管理系统的能力,利用机器学习、模式识别、认知分析等算法模型,实现所谓的智能制造,才能使企业在今天竞争激烈的环境获得更好的优势。

智能制造过程主要围绕着智能工厂展开,而人工智能在智能工厂中发挥着重要的作用。物联网将所有的机器设备连接在一起,例如控制器、传感器、执行器的联网,然后,AI就可以分析传感器上传的数据,这就是智能制造的核心。

随着工业物联网的应用发展。可以互相沟通,未来制造系统把人和机器融合在一起,网络和实体系统将紧密联系在一起,而机器和人的工作将不再会严格分工,也就是物联网将生产现场的处理器、传感器连接起来,使得机器人之间可以进行通信。

数字双胞胎是重要的角色。系统里包括了现实世界的任何东西,可以是应用或者操作指南手册等,智能制造的整个流程都有一个数字孪生模型。

此外,即人和机器人之间的互动,智能制造系统里还有人机交互。还有用人工智能驱动、优化产品和流程等。工厂需要做一些预测性维护或者是预测机器的能耗等等,越来越多的这些功能都可以在智能工厂里实现。

3、5G时代智能工厂前景展望

我国的5G基础研发测试分为三个阶段。首先是5G关联技术试验。最后是5G的系统验证,其次是5G技术方案验证。

今年中国联通、中国移动和中国电信三大运营商亮出了时间表:计划到2020年。实现5G网络正式商用。可以预见。智能工厂将很快成为中国制造的标配,中国制造业向智能制造转型升级步伐将加快,5G技术场景支撑下。又可以预见、无数智能工厂自动化生产模式下,在低中高领域,中国商品的全球竞争力那也是其他国家无法比拟。

3.1、助推柔性制造,实现个性化生产

为了满足全球各地不同市场对产品的多样化、个性化需求。生产企业内部需要更新现有的生产模式,基于柔性技术的生产模式成为趋势。

一方面,柔性生产对工业机器人的灵活移动性和差异化业务处理能力有很高要求,在企业工厂内。5G利用其自身无可比拟的独特优势,助力柔性化生产的大规模普及。5G网络进入工厂,在减少机器与机器之间线缆成本的同时、利用高可靠性网络的连续覆盖,使机器人在移动过程中活动区域不受限,在各种场景中进行不间断工作以及工作内容的平滑切换,按需到达各个地点。

5G网络也可使能各种具有差异化特征的业务需求。大型工厂中、不同生产场景对网络的服务质量要求不同。精度要求高的工序环节关键在于时延、关键性任务需要保证网络可靠性、大流量数据即时分析和处理的高速率。5G网络以其端到端的切片技术、同一个核心网中具有不同的服务质量,按需灵活调整。如设备状态信息的上报被设为高的业务等级等。

另一方面,5G可构建连接工厂内外的人和机器为中心的全方位信息生态系统。任何人和物在任何时间、任何地点都能实现彼此信息共享。消费者在要求个性化商品和服务的同时。消费者可以跨地域通过5G网络,参与产品的设计,消费者将参与到企业的生产过程中,企业和消费者的关系发生变化。

3.2、工厂维护模式全面升级

大型企业的生产场景中,远程问题定位等场景,经常涉及到跨工厂、跨地域设备维护。5G技术在这些方面的应用,降低成本,可以提升运行、维护效率。5G带来的不仅是万物互联、还有万物信息交互,使得未来智能工厂的维护工作突破工厂边界。工厂维护工作按照复杂程度,可根据实际情况由工业机器人或者人与工业机器人协作完成。

在未来,工厂中每个物体都是一个有独有的IP终端。使生产环节的原材料都具有“信息”属性。原材料会根据“信息”自动生产和维护。人也变成了具有自己IP的终端。和带有唯一IP的原料、设备、产品进行信息交互,人和工业机器人进入整个生产环节中。工业机器人在管理工厂的同时、并进行交互操作,人在千里之外也可以及时接收到实时信息跟进。

设想在未来有5G网络覆盖的一家智能工厂里,当某一物体故障发生时,故障被以优先级“零”时延上报到工业机器人。一般情况下,工业机器人可以根据自主学习的经验数据库在不经过人的干涉下完成修复工作。另一种情况,由工业机器人判断该故障必须由人来进行操作修复。

此时,人即使远在地球的另一端,也可通过一台简单的VR和远程触觉感知技术的设备、远程控制工厂内的工业机器人到达故障现场进行修复,人在此时如同亲临现场进行施工,工业机器人在万里之外实时同步模拟人的动作。

5G技术使得人和工业机器人在处理更复杂场景时也能游刃有余。如在需要多人协作修复的情况下,及时“聚集”在故障现场,即使相隔了几大洲的不同专家也可以各自通过VR和远程触觉感知设备。5G网络的大流量能够满足VR中高清图像的海量数据交互要求。人在地球另一端也能把自己的动作无误差地传递给工厂机器人,多人控制工厂中不同机器人进行下一步修复动作,极低时延使得触觉感知网络中。同时、借助万物互联,人和工业机器人可参考海量的经验和专业知识,提高问题定位精准度,人和工业机器人、产品和原料全都被直接连接到各类相关的知识和经验数据库,在故障诊断时。

3.3、工业机器人加入“管理层”

在未来智能工厂生产的环节中涉及到物流、上料、仓储等方案判断和决策,5G技术能够为智能工厂提供全云化网络平台。精密传感技术作用于不计其数的传感器、在极短时间内进行信息状态上报,大量工业级数据通过5G网络收集起来,庞大的数据库开始形成,工业机器人结合云计算的超级计算能力进行自主学习和精确判断,给出解决方案。

在一些特定场景下,借助5G下的D2D(Device-to-Device。意为:设备到设备)技术,物体与物体之间直接通信,进一步降低了业务端到端的时延,在网络负荷实现分流的同时、反应更为敏捷。生产制造各环节的时间变得更短。生产制造效率得以大幅度提高,解决方案更快更优。

我们可以想象未来10年内、5G网络覆盖到工厂各个角落。5G技术控制的工业机器人、已经从玻璃柜里走到了玻璃柜外,送料、质检或者高难度的生产动作,不分日夜地在车间中自由穿梭,进行设备的巡检和修理。机器人成为中、基层管理人员,通过信息计算和精确判断,进行生产协调和生产决策。这里只需要少数人承担工厂的运行监测和高级管理工作。机器人成为人的高级助手,替代人完成人难以完成的工作,人和机器人在工厂中得以共生。

3.4按需分配资源

5G网络通过网络切片提供适用于各种制造场景的解决方案,并简化部署,实现实时高效和低能耗,为智能工厂的未来发展奠定坚实基础。

首先。利用网络切片技术保证按需分配网络资源,以满足不同制造场景下对网络的要求。不同应用对时延、移动性、网络覆盖、连接密度和连接成本有不同需求,对5G网络的灵活配置尤其是对网络资源的合理快速分配及再分配提出了更严苛的要求。

作为5G网络重要的特性、可以将所需的网络资源灵活动态地在全网中面向不同的需求进行分配及能力释放;根据服务管理提供的蓝图和输入参数,基于多种新技术组合的端到端的网络切片能力,创建网络切片,使其提供特定的网络特性。比如极低的时延、极高的可靠性、极大的带宽等,以满足不同应用场景对网络的要求。

例如在智能工厂原型中、以提供低时延,创建了关键事务切片,高可靠的网络,为满足工厂内的关键事务处理要求。

在创建网络切片的过程中,需要调度基础设施中的资源。包括接入资源、传输资源和云资源等。而各个基础设施资源也都有各自的管理功能。通过网络切片管理,根据客户不同的需求,为客户提供共享的或者隔离的基础设施资源。由于各种资源的相互独立性,网络切片管理也在不同资源之间进行协同管理。在智能工厂原型中,使整个网络切片的管理和协同更加通用、更加灵活并且易于扩展,展示了采用多层级的、模块化的管理模式。

除了关键事务切片,5G智能工厂还将额外创建移动宽带切片和大连接切片。不同切片在网络切片管理系统的调度下、共享同一基础设施,保持各自业务的独立性,但又互不干扰。

其次,5G能够优化网络连接,以满足低延迟的要求,采取本地流量分流。每个切片针对业务需求的优化。还体现在灵活的部署方案上,不仅体现在网络功能特性的不同。切片内部的网络功能模块部署非常灵活。可按照业务需求分别部署在多个分布式数据中心。原型中的关键事务切片为保证事务处理的实时性。将用户数据面功能模块部署在靠近终端用户的本地数据中心,对时延要求很高,尽可能地降低时延,保证对生产的实时控制和响应。

5G时代的智能工厂将大幅改善劳动条件、并在此基础上实现资源的整合优化,重要的是借助于信息化技术打通企业的各个流程,实现从设计、生产到销售各个环节的互联互通,减少生产线人工干预,提高生产过程可控性,从而进一步提高企业的生产效率和产品质量。

 

文章来源:信息化和软件服务网