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布局新基建:5G+工業互聯網典型場景與案例分析

發布日期:2020-03-16

 “5G+工業互聯網”迎央地政策力挺

工業互聯網是第四次工業革命的關鍵支撐,5G是新一代信息通信技術演進升級的重要方向,二者都是實現經濟社會數字化轉型的重要驅動力量。5G與工業互聯網的融合創新發展,將推動制造業從單點、局部的信息技術應用向數字化、網絡化和智能化轉變,從而走向制造強國、網絡強國建設的目標。
 
國家為推動“5G+工業互聯網”512工程加速落地,高質量推進5G與工業互聯網融合創新,明確到2022年,將突破一批面向工業互聯網特定需求的5G關鍵技術,“5G+工業互聯網”的產業支撐能力顯著提升;打造5個產業公共服務平臺,構建創新載體和公共服務能力;加快垂直領域“5G+工業互聯網”的先導應用,內網建設改造覆蓋10個重點行業;打造一批“5G+工業互聯網”內網建設改造標桿、樣板工程,形成至少20大典型工業應用場景;培育形成5G與工業互聯網融合疊加、互促共進、倍增發展的創新態勢,促進制造業數字化、網絡化、智能化升級,推動經濟高質量發展。
 

5G與工業互聯網融合發展趨勢明朗

工業互聯網的發展離不開網絡、標識、平臺、安全的全面創新探索,在網絡側,OPC UA+TSN作為產業界共識,5G與邊緣計算相結合成為工業互聯網新的探索方向;標識在工業互聯網應用將體系化,分布式架構成為新熱點;互聯網平臺已經實現邊緣與云端深度協同,應用創新支撐成為提升重點;安全測試、安全認證、數據安全成為研究重點。
從現今看,工業互聯網領域已有眾多新模式、新業態展露頭角,激發了制造業轉型升級活力。接下來,5G+工業互聯網融合發揮在那將產生疊加增倍效應,助力眾多企業實現遠程協同管理、產品服務化、供需對接實時化、智能化生產和管控精細化、無人化。賽意信息致力于工業互聯網、新一代信息技術、數字化轉型的發展,能為企業級客戶提供相應戰略解決方案。
 

5G賦能賽意工業互聯網細分場景應用升級

1,設備遠程監控和健康管理——5G數據回傳和數據采集

傳統生產環境中,設備因缺乏健康管理和有效的監控,容易出現“帶病工作”,導致產品良率低下,損耗嚴重。同時設備突發性非計劃故障停機、備件采購周轉不及時也會為生產帶來大量損失。而傳統生產工廠也存在著生產環境復雜,特殊環境要求多,移動設備多,數據回傳設備線路鋪設難度大、成本高等問題。此外,生產設備監控系統需要根據生產任務,配合產線頻繁地進行調整,因此采用有線組網的方式極為復雜,且工期長。而依賴傳統網絡技術,工業數據采集實時性要求難以得到保證,傳統數據采集技術對于高精度、低時延的工業場景難以保證重要的信息實時采集和上傳,無法滿足生產過程的實時監控需求。
通過5G網絡技術,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議轉換問題,可輕松實現多組乃至海量生產設備的運行狀態數據高效穩定的回傳,至云端平臺結合算法做分析診斷,將設備狀態和健康診斷結果傳至客戶多端口,實時掌握設備故障和健康狀態,輕松有效替代人工檢查,發現問題變化過程,針對性解決設備隱患,實現預測性維護,避免非計劃停機帶來的損失。
 

2,機器視覺質量檢測——5G室內超高帶寬

制造業中有較多的智能化生產車間,存在視覺質量檢測工序,其產品的質量檢測依賴人工和經驗,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,工業相機每張相片文件大小超過1G,目前通過4G等現有網絡傳輸數據在帶寬和可靠性上難以支撐實現,而傳統意義上上傳縮略圖,則會導致缺陷信息失真。
通過產線部署內置5G通信模組工業相機和邊緣計算網關,利用5G網絡技術的超大帶寬(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0.5~1ms的時延以及超過99.999%的可靠性),可實現文件數據的秒級上傳 ,將待檢測物品通過高清工業攝像頭拍色的圖片或視頻信息上傳至云端,進行跨地域跨網絡的大數據聚集及橫向對比分析,實現高精度質量檢測、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據分析依據,支持生產效率和產品質量的改進決策。
 

3,企業資產部署及倉儲管理——5G室內精準定位

室內定位是工業領域的普遍需求,例如室內大面積立體倉庫,需要根據訂單及產品規格信息,精準定位存放貨物,實現叉車調度及線路規劃,高效完成產品的及時收發貨等。而室內環境也普遍存在設備密集度高、設備間距離短、信號受阻不穩定等問題,對設備定位精度和信號穩定度都有較高要求。
目前室內定位基本是藍牙、激光、UWB三分天下。而5G使用新型編碼調制、大規模天線陣列等帶來的大帶寬特性,有利于參數估計,為高精度距離測量提供支持;大規模天線技術,5G基站可實現128個天線陣子,為高精度角度測量提供支持。另外,5G將實現超密集組網(UDN),用戶信號可被多個基站同時接收,將有利于多基站協作實現高精度定位,故5G在室內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、低成本的實現室內精準定位,滿足企業資產部署和倉儲管理等場景需求。
 

4,產線設備海量連接——5G高密并發連接

以企業的生產園區為例,數條產線并行生產,會有幾百甚至上千個聯網設備同時工作,傳輸速率、時延等要求也不盡相同。針對這種工業級的高密并發連接場景,可以為每千平米覆蓋范圍提供超過5000個實時工作的行業終端同時接入5G網絡的能力。無論是實時調度生產資源的設備,還是產線上忙碌的裝配或測試機器,都可以無阻塞的連接5G網絡,真正做到全聯接的智能企業;
再以汽車生產線為例,每臺發動機都刻上編號和條碼,每個工序都通過傳感器進行數據檢驗,并對產品從上線到包裝各個環節的所有信息進行記錄。通過納入5G的NB-IOT技術,可以減少人工干預、及時采集生產數據,合理編排生產計劃,生產線人員將大幅減少,作業自動化率和自動糾錯防錯能力將大幅提升,人均產出效率也將顯著提升。
 

賽意布局“5G+工業互聯網”典型案例

1,基于5G的設備遠程監控和維護應用案例

2019年,賽意信息與廣州某車輛制造企業展開了基于5G的設備遠程監控和維護的項目合作,通過合作助客戶實現廠區內恒溫恒濕電機房安全監控和設備健康管理。導入賽意工業互聯網解決方案后,在日常封閉的風機房內部署賽意工業手環,傳感器監測電機運行狀態,并將采集到的設備運行數據通過5G無線信號經網關上傳到云端,結合算法做分析診斷。用戶在任意場合可以打開手機小程序或WEB端查看狀態,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議轉換問題,在數據回傳和數據采集應用上,極大的提高了數據的可靠性,數據丟包率更低,更穩定,數據傳輸更可靠,輕松實現多組終端數據同步處理。最終,在不停機、不影響生產的情況下對有特殊環境要求(恒溫恒濕)的封閉機房實現設備日常維保檢查,通過7*24小時遠程實時監控電機運營狀態,對可能出現的故障及時預警,避免非計劃性停機,并通過5G技術的加持助客戶實現廠區設備精益運營管理。
 

2,基于5G+AI的機器視覺監測應用案例

2019年,賽意信息聯合某玻璃制造商展開了基于5G+AI的機器視覺-玻璃缺陷監測項目。5G的網絡超大帶寬的技術特性具備高精度測量和缺陷檢測的成像條件,幫助實現了大尺寸(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。方案在發揮圖像特征提取算法優勢的同時,再結合AI算法對于缺陷分類的性能優勢,通過AI+計算機視覺技術對圖像進行結構化分析,運用AI模型算法進行實時推理,根據分析結果輸出相應指令和報告,最終實現高效高精度的質量和缺陷識別,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測中人工質檢效率低下、漏檢、缺陷結果不便于記錄和追溯等一些列問題。

 
 

3,基于5G的虛擬堆場倉儲管理規劃案例

項目利用5G基站支撐的高精度測量定位能力結合5G的超大帶寬數據傳輸能力,為某新材料科技企業的風電葉片虛擬堆場智能倉儲管理定制規劃方案。葉片定位管理系統由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葉片定位、信息綁定、關聯配組、上架下架、入庫出庫等操作,助力客戶高效實現風電葉片的倉儲管理智能轉型升級。
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