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SiE布局新基建“5G+工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)”
布局新基建:5G+工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)典型場景與案例分析
工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)是第四次工業(yè)革命的關鍵支撐,5G是新一代信息通信技術(shù)演進升級的重要方向,二者都是實現(xiàn)經(jīng)濟社會數(shù)字化轉(zhuǎn)型的重要驅(qū)動力量。5G與工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)的融合創(chuàng)新發(fā)展,將推動制造業(yè)從單點、局部的信息技術(shù)應用向數(shù)字化、網(wǎng)絡化和智能化轉(zhuǎn)變,從而走向制造強國、網(wǎng)絡強國建設的目標。
國家為推動“5G+工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)”512工程加速落地,高質(zhì)量推進5G與工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)融合創(chuàng)新,明確到2022年,將突破一批面向工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)特定需求的5G關鍵技術(shù),“5G+工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)”的產(chǎn)業(yè)支撐能力顯著提升;打造5個產(chǎn)業(yè)公共服務平臺,構(gòu)建創(chuàng)新載體和公共服務能力;加快垂直領域“5G+工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)”的先導應用,內(nèi)網(wǎng)建設改造覆蓋10個重點行業(yè);打造一批“5G+工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)”內(nèi)網(wǎng)建設改造標桿、樣板工程,形成至少20大典型工業(yè)應用場景;培育形成5G與工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)融合疊加、互促共進、倍增發(fā)展的創(chuàng)新態(tài)勢,促進制造業(yè)數(shù)字化、網(wǎng)絡化、智能化升級,推動經(jīng)濟高質(zhì)量發(fā)展。
工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)的發(fā)展離不開網(wǎng)絡、標識、平臺、安全的全面創(chuàng)新探索,在網(wǎng)絡側(cè),OPC UA+TSN作為產(chǎn)業(yè)界共識,5G與邊緣計算相結(jié)合成為工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)新的探索方向;標識在工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)應用將體系化,分布式架構(gòu)成為新熱點;互聯(lián)網(wǎng)平臺已經(jīng)實現(xiàn)邊緣與云端深度協(xié)同,應用創(chuàng)新支撐成為提升重點;安全測試、安全認證、數(shù)據(jù)安全成為研究重點。
從現(xiàn)今看,工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)領域已有眾多新模式、新業(yè)態(tài)展露頭角,激發(fā)了制造業(yè)轉(zhuǎn)型升級活力。接下來,5G+工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)融合發(fā)揮在那將產(chǎn)生疊加增倍效應,助力眾多企業(yè)實現(xiàn)遠程協(xié)同管理、產(chǎn)品服務化、供需對接實時化、智能化生產(chǎn)和管控精細化、無人化。賽意信息致力于工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)、新一代信息技術(shù)、數(shù)字化轉(zhuǎn)型的發(fā)展,能為企業(yè)級客戶提供相應戰(zhàn)略解決方案。
傳統(tǒng)生產(chǎn)環(huán)境中,設備因缺乏健康管理和有效的監(jiān)控,容易出現(xiàn)“帶病工作”,導致產(chǎn)品良率低下,損耗嚴重。同時設備突發(fā)性非計劃故障停機、備件采購周轉(zhuǎn)不及時也會為生產(chǎn)帶來大量損失。而傳統(tǒng)生產(chǎn)工廠也存在著生產(chǎn)環(huán)境復雜,特殊環(huán)境要求多,移動設備多,數(shù)據(jù)回傳設備線路鋪設難度大、成本高等問題。此外,生產(chǎn)設備監(jiān)控系統(tǒng)需要根據(jù)生產(chǎn)任務,配合產(chǎn)線頻繁地進行調(diào)整,因此采用有線組網(wǎng)的方式極為復雜,且工期長。而依賴傳統(tǒng)網(wǎng)絡技術(shù),工業(yè)數(shù)據(jù)采集實時性要求難以得到保證,傳統(tǒng)數(shù)據(jù)采集技術(shù)對于高精度、低時延的工業(yè)場景難以保證重要的信息實時采集和上傳,無法滿足生產(chǎn)過程的實時監(jiān)控需求。
通過5G網(wǎng)絡技術(shù),其帶寬超高(10-20Gbps)、連接廣(100萬個)、低時延(1ms)、可靠性高(99.999%)、移動性靈活、安全性高等特點,利用移動邊緣計算,解決多設備接入和協(xié)議轉(zhuǎn)換問題,可輕松實現(xiàn)多組乃至海量生產(chǎn)設備的運行狀態(tài)數(shù)據(jù)高效穩(wěn)定的回傳,至云端平臺結(jié)合算法做分析診斷,將設備狀態(tài)和健康診斷結(jié)果傳至客戶多端口,實時掌握設備故障和健康狀態(tài),輕松有效替代人工檢查,發(fā)現(xiàn)問題變化過程,針對性解決設備隱患,實現(xiàn)預測性維護,避免非計劃停機帶來的損失。
制造業(yè)中有較多的智能化生產(chǎn)車間,存在視覺質(zhì)量檢測工序,其產(chǎn)品的質(zhì)量檢測依賴人工和經(jīng)驗,存在標準化程度低、人力成本高、且易受主觀因素影響、整體效率低、準確度不高、缺陷難回溯等問題。如手機屏幕壞點檢測,10億像素級別的清晰度,工業(yè)相機每張相片文件大小超過1G,目前通過4G等現(xiàn)有網(wǎng)絡傳輸數(shù)據(jù)在帶寬和可靠性上難以支撐實現(xiàn),而傳統(tǒng)意義上上傳縮略圖,則會導致缺陷信息失真。
通過產(chǎn)線部署內(nèi)置5G通信模組工業(yè)相機和邊緣計算網(wǎng)關,利用5G網(wǎng)絡技術(shù)的超大帶寬(支持下行速率達20Gb/s和上行速率達10Gb/s),及低時延高可靠性(可實現(xiàn)0.5~1ms的時延以及超過99.999%的可靠性),可實現(xiàn)文件數(shù)據(jù)的秒級上傳 ,將待檢測物品通過高清工業(yè)攝像頭拍色的圖片或視頻信息上傳至云端,進行跨地域跨網(wǎng)絡的大數(shù)據(jù)聚集及橫向?qū)Ρ确治?,實現(xiàn)高精度質(zhì)量檢測、缺陷實時識別與自動分揀,同時可有效記錄檢測物品的瑕疵,為追溯缺陷原因提供數(shù)據(jù)分析依據(jù),支持生產(chǎn)效率和產(chǎn)品質(zhì)量的改進決策。
室內(nèi)定位是工業(yè)領域的普遍需求,例如室內(nèi)大面積立體倉庫,需要根據(jù)訂單及產(chǎn)品規(guī)格信息,精準定位存放貨物,實現(xiàn)叉車調(diào)度及線路規(guī)劃,高效完成產(chǎn)品的及時收發(fā)貨等。而室內(nèi)環(huán)境也普遍存在設備密集度高、設備間距離短、信號受阻不穩(wěn)定等問題,對設備定位精度和信號穩(wěn)定度都有較高要求。
目前室內(nèi)定位基本是藍牙、激光、UWB三分天下。而5G使用新型編碼調(diào)制、大規(guī)模天線陣列等帶來的大帶寬特性,有利于參數(shù)估計,為高精度距離測量提供支持;大規(guī)模天線技術(shù),5G基站可實現(xiàn)128個天線陣子,為高精度角度測量提供支持。另外,5G將實現(xiàn)超密集組網(wǎng)(UDN),用戶信號可被多個基站同時接收,將有利于多基站協(xié)作實現(xiàn)高精度定位,故5G在室內(nèi)精準定位方面能可能更好的替代藍牙、激光、UWB。而通過部署大量5G低功耗定位標簽可高效、低成本的實現(xiàn)室內(nèi)精準定位,滿足企業(yè)資產(chǎn)部署和倉儲管理等場景需求。
以企業(yè)的生產(chǎn)園區(qū)為例,數(shù)條產(chǎn)線并行生產(chǎn),會有幾百甚至上千個聯(lián)網(wǎng)設備同時工作,傳輸速率、時延等要求也不盡相同。針對這種工業(yè)級的高密并發(fā)連接場景,可以為每千平米覆蓋范圍提供超過5000個實時工作的行業(yè)終端同時接入5G網(wǎng)絡的能力。無論是實時調(diào)度生產(chǎn)資源的設備,還是產(chǎn)線上忙碌的裝配或測試機器,都可以無阻塞的連接5G網(wǎng)絡,真正做到全聯(lián)接的智能企業(yè);
再以汽車生產(chǎn)線為例,每臺發(fā)動機都刻上編號和條碼,每個工序都通過傳感器進行數(shù)據(jù)檢驗,并對產(chǎn)品從上線到包裝各個環(huán)節(jié)的所有信息進行記錄。通過納入5G的NB-IOT技術(shù),可以減少人工干預、及時采集生產(chǎn)數(shù)據(jù),合理編排生產(chǎn)計劃,生產(chǎn)線人員將大幅減少,作業(yè)自動化率和自動糾錯防錯能力將大幅提升,人均產(chǎn)出效率也將顯著提升。
2019年,賽意信息與廣州某車輛制造企業(yè)展開了基于5G的設備遠程監(jiān)控和維護的項目合作,通過合作助客戶實現(xiàn)廠區(qū)內(nèi)恒溫恒濕電機房安全監(jiān)控和設備健康管理。導入賽意工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)解決方案后,在日常封閉的風機房內(nèi)部署賽意工業(yè)手環(huán),傳感器監(jiān)測電機運行狀態(tài),并將采集到的設備運行數(shù)據(jù)通過5G無線信號經(jīng)網(wǎng)關上傳到云端,結(jié)合算法做分析診斷。用戶在任意場合可以打開手機小程序或WEB端查看狀態(tài),以及接收告警信息。由于5G的高帶寬、低延時、連接廣、安全性高等特性,可解決多設備接入和協(xié)議轉(zhuǎn)換問題,在數(shù)據(jù)回傳和數(shù)據(jù)采集應用上,極大的提高了數(shù)據(jù)的可靠性,數(shù)據(jù)丟包率更低,更穩(wěn)定,數(shù)據(jù)傳輸更可靠,輕松實現(xiàn)多組終端數(shù)據(jù)同步處理。最終,在不停機、不影響生產(chǎn)的情況下對有特殊環(huán)境要求(恒溫恒濕)的封閉機房實現(xiàn)設備日常維保檢查,通過7*24小時遠程實時監(jiān)控電機運營狀態(tài),對可能出現(xiàn)的故障及時預警,避免非計劃性停機,并通過5G技術(shù)的加持助客戶實現(xiàn)廠區(qū)設備精益運營管理。
2019年,賽意信息聯(lián)合某玻璃制造商展開了基于5G+AI的機器視覺-玻璃缺陷監(jiān)測項目。5G的網(wǎng)絡超大帶寬的技術(shù)特性具備高精度測量和缺陷檢測的成像條件,幫助實現(xiàn)了大尺寸(億像素及以上)、高分辨率(0.x微米分辨率)的圖像處理及高水平的成像方案設計。方案在發(fā)揮圖像特征提取算法優(yōu)勢的同時,再結(jié)合AI算法對于缺陷分類的性能優(yōu)勢,通過AI+計算機視覺技術(shù)對圖像進行結(jié)構(gòu)化分析,運用AI模型算法進行實時推理,根據(jù)分析結(jié)果輸出相應指令和報告,最終實現(xiàn)高效高精度的質(zhì)量和缺陷識別,輔助客戶建立以機器視覺設備為標準的缺陷檢出方案及管控標準,解決了客戶在玻璃缺陷監(jiān)測中人工質(zhì)檢效率低下、漏檢、缺陷結(jié)果不便于記錄和追溯等一些列問題。
項目利用5G基站支撐的高精度測量定位能力結(jié)合5G的超大帶寬數(shù)據(jù)傳輸能力,為某新材料科技企業(yè)的風電葉片虛擬堆場智能倉儲管理定制規(guī)劃方案。葉片定位管理系統(tǒng)由GPS定位標簽、定位管理器、PC端和移動端組成,由GPS定位標簽按照應用要求采集并輸出位置坐標到定位服務器,再由定位服務器將信息分發(fā)給WMS服務器、PC端及移動端。在查找空位和葉片時,從WMS服務器接收庫位編號,并在地圖中明確顯示,以引導現(xiàn)場人員快速到達預定位置。通過虛擬堆場界面和對應指令,指導員工快速精準實現(xiàn)葉片定位、信息綁定、關聯(lián)配組、上架下架、入庫出庫等操作,助力客戶高效實現(xiàn)風電葉片的倉儲管理智能轉(zhuǎn)型升級。