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“5G+”時代的智能制造是如何創新應用的?

時間:2019-08-20 來源:機器人在線 閱讀:882

隨著通信技術的發展,人類社會即將進入5G時代。除了極大改善C端用戶的體驗外,5G對制造業也有著強力的賦能作用。


在數字化浪潮的驅動下,大數據、云計算、人工智能等新一代信息通信技術與制造業的融合逐漸從理念普及走向應用推廣,制造業智能化、柔性化、服務化、高端化轉型發展趨勢愈發明顯,對高性能、具有靈活組網能力的無線網絡需求日益迫切。2019年是5G商用的元年,5G具有媲美光纖的傳輸速度、萬物互聯的泛在連接和接近工業總線的實時能力,正逐步向工業領域加強滲透,引發一系列融合創新應用與變革,為制造業轉型升級帶來歷史性的發展機遇。


5G賦能柔性生產線


隨著大批量生產達到瓶頸,消費者的個性化需求日益強烈。柔性制造是應對“大規模定制”生產而產生的,具有批量小而品種多的特點,并以其良好的規劃實現了對生產過程的高效把控。


毫無疑問,柔性生產將是未來部分制造業企業需要重點關注的方向,而它在改造制造業生產的同時,也會對制造業商業模式產生巨大的影響。


柔性生產線可以根據訂單的變化靈活調整產品生產任務,是實現多樣化、個性化、定制化生產的關鍵依托。5G將在兩個方面賦能柔性生產線。


一是提高生產線的靈活部署能力。未來柔性生產線上的制造模塊需要具備靈活快速的重部署能力和低廉的改造升級成本。5G網絡進入工廠,將使生產線上的設備擺脫線纜的束縛,通過與云端平臺無線連接,進行功能的快速更新和拓展,并且自由移動和拆分組合,在短期內實現生產線的靈活改造。


二是提供彈性化的網絡部署方式。5G網絡中的SDN(軟件定義網絡)、NFV(網絡功能虛擬化)和網絡切片功能,能夠支持制造企業根據不同的業務場景靈活編排網絡架構,按需打造專屬的傳輸網絡,還可以根據不同的傳輸需求對網絡資源進行調配,通過帶寬限制和優先級配置等方式,為不同的生產環節提供適合的網絡控制功能和性能保證。在這樣的架構下,柔性生產線的工序可以根據原料、訂單的變化而改變,設備之間的聯網和通信關系也會隨之發生相應的改變。



5G賦能云化機器人


云化機器人的基本特征是位于云端的控制平臺利用人工智能、大數據等先進技術控制本地機器人執行任務。云化機器人會與云端平臺進行信息量巨大的實時數據交換,需要大速率、低時延、高可靠的無線通信網絡支撐。


隨著我國在5G通信技術上的發力,云化機器人也迎來了新的發展契機。2017年7月10日,GTI攜手中國移動、軟銀、華為無線應用場景實驗室(Wireless X Labs)、達闥科技、Skymind共同發布云化機器人白皮書。該白皮書以“5G網絡和云化機器人”為核心主題,針對云化機器人的概念、技術市場趨勢、產業鏈和商業模式等進行了闡述,重點分析了5G帶給云化機器人的巨大價值和商業機會。


白皮書指出,2016-2020年全球云化機器人總出貨量將達到5000萬臺;到2025年,家庭云化機器人的滲透率將達到12%,徹底改變人們的生活。從物流機器人到監控機器人,從娛樂教育機器人到家務機器人,云化的優勢將逐漸體現出來。


時隔一個月,華為與Festo簽署合作備忘錄,共同研究基于5G切片網絡的云化機器人在智能制造領域的應用,推動制造行業數字化轉型。基于該合作備忘錄,雙方將主要就“機器人即服務”(RaaS,Robot as a service)理念的5G云化機器人進行測試,進一步探索5G云化機器人在制造業數字化轉型過程中的增值應用,進而實現智能工廠大規模定制化生產。


5G網絡強大的網絡能力能夠從容應對機器人對帶寬和時延的挑戰,而5G網絡切片和MEC能夠為機器人應用提供端到端定制化的支持。


具體來講,5G將在三個方面賦能工業云化機器人。


一是加強機器人之間的協同工作能力。5G為工業機器人之間的通信提供高速網絡支持,使機器人具備自組織與協同能力。工業機器人可以通過相互合作,完成過去單個機器人無法獨立完成的任務。另外,有更高權限的領導型機器人能通過5G網絡指揮一群執行型機器人高效完成任務。


二是使機器人更加敏捷、安全地與工人協作。5G高可靠、超低時延的特性能使機器人實時感知工人的動作,靈巧地進行反饋和配合,同時始終與工人保持安全距離,保證人機協作的安全。


三是實現機器人的遠程實時控制。在高溫、高壓等某些不適合工人進入的特定生產環境,工人可以在監控中心通過5G網絡對機器人進行實時遠程操作,同步、安全地完成預定工作目標。


5G賦能工業AR/VR


5G來了,VR/AR概念似乎回暖了。投資、咨詢、市場分析等領域里關注5G+VR/AR的人又多了起來。然而也有不少從業者認為5G+VR/AR純屬概念炒作,認為兩者之間并沒有一毛線關系。所以5G+VR/AR到底有沒有真實的價值?


5G的大帶寬特性對于VR的價值是在線觀看5K以上分辨率的全景視頻,對于AR在現階段價值不大。


5G低時延特性的價值是通過云游戲技術提升畫質,同時幫助云游戲技術降低其“網絡時延”,使得采用云游戲技術方案的VR/AR產品的“運動到成像時延”能夠達到20毫秒的及格線以內(“網絡時延”是“運動到成像時延”的組成部分)。



未來工業AR將用于裝配過程指導、設備檢修等應用場景,通過虛擬影像與真實視覺疊加直觀地呈現出操作步驟,幫助工程師縮短作業時間,降低錯誤率。工業VR將輔助工業設計,使遠程的工作人員進入同一個虛擬場景中協同設計產品,也可以實現工廠的三維立體虛擬化展示,使管理人員全面了解工廠生產情況。超高清AR/VR視頻每秒容量高達百兆以上,目前的4G或Wifi網絡很難同時滿足穩定、流暢、實時三方面的視覺體驗要求。5G將在三個方面賦能工業AR/VR。


一是使工業AR/VR終端更加輕便、價格更低。在復雜多變的工廠環境中,VR/AR終端需要具備高程度的靈活性和輕便性。基于5G的工業云VR/AR可以將數據和計算密集型任務轉移到云端處理,終端僅保留連接和顯示功能,大幅降低終端的重量以及造價。


二是提升工業AR/VR的顯示效果。5G網絡高速率、大容量的特性將滿足AR/VR中高清圖像的海量數據交互,提升AR/VR設備的流暢度和清晰度,支撐8K分辨率、3D等極致顯示需求,使更加復雜的渲染效果得以呈現,讓使用者有更好的視覺感受。


三是提高工業AR/VR的交互體驗。工業AR/VR的發展方向是使用者通過交互設備與虛擬或現實環境進行實時互動,5G將滿足遠程多人協同設計、虛擬工廠操作培訓等強交互工業AR/VR的毫秒級低時延需求,增強用戶與用戶、用戶與環境之間的交互體驗。


5G賦能實時數據采集與監控


不論智能制造發展到何種程度,數據采集都是生產中最實際最高頻的需求,也是工業4.0的先決條件。



在智能工廠中,生產數據的采集和車間工況、設備狀態的監控愈發重要,能為生產的決策、調度、運維提供可靠的依據。雖然NB-IoT、Zigbee等無線技術已經在工業數據采集與監控中得到了一定程度的使用,但在傳輸速率、覆蓋范圍、延遲、可靠性和安全性等方面都還存在各自的局限性。5G將在三個方面賦能數據采集與監控。


一是促進工廠內海量數據實時上傳。大連接、低時延的5G網絡可以將工廠內海量的生產設備及關鍵部件進行互聯,并且提升生產數據采集的及時性,為生產流程優化、能耗管理提供網絡支撐。另外,工廠內大量的環境傳感器可以通過5G網絡在極短時間內進行溫度、濕度、亮度、空氣質量、污染等信息狀態的上報,使管理人員能夠對廠房內的環境進行精準調控。


二是支持超高清視頻監控和機器視覺識別。5G網絡能夠將廠房內高分辨率的監控錄像同步回傳到控制中心,通過5G+8K超高清視頻還原各區域的生產細節,為工廠精細化監控和管理提供支持。同時,智能工廠中產品缺陷檢測、精細原材料識別、精密測量等場景需要用到視頻圖像識別。5G網絡能保障海量高分辨率視頻圖像的實時傳輸,提升機器視覺系統的識別速度和精度。


三是提升工廠設備遠程運維能力。5G廣覆蓋、大連接、低成本、低能耗的特性有利于遠程生產設備全生命周期工作狀態的實時監測,使生產設備的維護工作突破工廠邊界,實現跨工廠、跨地域遠程故障診斷和維修。


總結來說,作為新一代無線通信技術, 5G網絡將為智能制造生產系統提供多樣化和高質量的通信保障,促進各個環節海量信息的融合貫通。由于實時性和可靠性高,5G技術不但能應用于工業場景中,還能支撐起個人移動化互聯網應用。5G技術的發展可以幫助制造企業擺脫以往無線網絡技術較為混亂的應用狀態,這對于推動工業互聯網的實施以及智能制造的深化轉型有著積極的意義。可以預見,在“5G+”時代,制造業智能化升級將更為全面和深入,以5G為核心的融合創新將成為我國制造業高質量發展的強大動力和強勁支撐。


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