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新興技術深度融合制造業,5G成工業互聯網入場券
TIME:2019.12.19

【編者按】通過5G等新一代信息技術與制造業深度融合將形成智能化發展的新興業態和應用模式。有利于促進網絡基礎設施演進升級,推動網絡應用從虛擬到實體、從生活到生產的跨越,極大拓展網絡經濟空間。

未來的工業互聯網平臺,既包括生產設備、生產材料、生產產品等硬件領域,也包括各種管理軟件、數據和服務領域。信息通信技術與制造業深度融合,工業生產向數字化轉型升級的趨勢愈發明顯,數字化的知識和信息數據已成為關鍵生產要素。

新平臺

美國通用電氣公司(GE)推出的Predix云平臺是一個的工業操作系統,其中有很多模塊可以由各個企業根據其行業背景,構建適用于自己的解決方案。Predix主要是三層架構,是面向工業領域的第一個基于工業大數據的云平臺,底部是提供基礎設施服務的IaaS層,中間是平臺PaaS層,最上端軟件及服務層SaaS。Predix利用這三層云計算架構,將各種工業設備或機器以及供應商等相互聯結,提供資產性能管理(APM)和運營優化服務,每天監控和分析來自數萬億設備資產上的千萬個傳感器所發回的5000萬條大數據,幫助客戶優化資源配置和業務流程,減少風險和實現100%無故障運行。

平臺作為“工業操作系統”的定位,既對設備、軟件、用戶、開發者、數據等不同要素的管理與服務能力,同時又考慮了平臺的基礎技術和投入產出要求。其中,平臺資源管理和應用服務,重點包括設備接入、軟件部署、用戶和開發者管理、數據管理、存儲計算服務、應用開發服務、平臺間調用服務、安全防護服務和新技術服務共9個子項;平臺基礎技術和投入產出能力,涵蓋了平臺架構設計、關鍵技術、研發投入、產出效益、應用效果和質量審計共6方面內容。

新業態

5G的商用正好使互聯網進入下半場,消費互聯網深化和工業互聯網起步的時期,也是大數據和人工智能的基礎,發現勢頭正旺的時期,5G生逢其時,將開拓在消費領域、產業領域的新應用,5G的再出發還會出現我們現在還想象不到的新業態。例如:制造能力的平臺化,通過將數據化的制造資源在平臺上進行模塊化部署,進而實現制造能力(工業設計APP、工業檢測APP、工業仿真APP等)在線交易。

隨著工業互聯網的應用發展,網絡和實體系統將緊密聯系在一起,也就是物聯網將生產現場的處理器、傳感器連接起來,使得機器人之間可以進行通信,可以互相溝通,形成智能工廠。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,并進一步打通設計、采購、倉儲、物流等環節,使生產更加扁平化、定制化、智能化,從而構造一個面向未來的智能制造網絡。在未來智能工廠生產的環節中涉及到物流、上料、倉儲等方案判斷和決策,5G技術能夠為智能工廠提供全云化網絡平臺。

精密傳感技術作用于不計其數的傳感器,在極短時間內進行信息狀態上報,大量工業大數據通過5G網絡收集起來,龐大的數據庫開始形成,工業機器人結合云計算的超級計算能力進行自主學習和精確判斷,給出最佳解決方案。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,進一步降低了業務端到端的時延,在網絡負荷實現分流的同時,反應更為敏捷。

新趨勢

數據是智能工廠的命脈。基于系統性分析,數據將有助于推動各流程順利開展,檢測運營失誤,提供用戶反饋。當規模和范圍均達到一定水平時,數據便可用于預測運營和資產利用效率低下的問題,以及采購量和需求量的變動。智能工廠內部數據可以多種形式存在,且用途廣泛,例如與環境狀況相關的離散信息,包括濕度、溫度或污染物。數據的收集和處理方式,以及基于數據采取相應行動才是數據發揮價值的關鍵所在。

要實現智能工廠的有效運作,制造企業應當采用適當的方式持續創建和收集數據流,管理和儲存產生的大量信息,并通過多種可能比較復雜的方式分析數據,且基于數據采取相應行動。

此外,智能制造系統里還有人機交互,即人和機器人之間的互動。還有用人工智能驅動、優化產品和流程等。工廠需要做一些預測性維護或者是預測機器的能耗等等,越來越多的這些功能都可以在智能工廠里實現,工業互聯網平臺發展整體呈現四大特征。

(1)泛在連接。即具備對設備、軟件、人員等各類生產要素數據的全面采集能力。

(2)云化服務。即實現基于云計算架構的海量數據存儲、管理和計算。

(3)知識積累。即能夠提供基于工業知識機理的數據分析能力,并實現知識的固化、積累和復用。

(4)應用創新。能夠調用平臺功能及資源,提供開放的工業APP開發環境,實現工業APP創新應用。

我國工業互聯網戰略的主要任務其中有一條就是夯實網絡基礎。

推動網絡改造升級提速降費。面向企業低時延、高可靠、廣覆蓋的網絡需求,大力推動工業企業內外網建設。加快推進寬帶網絡基礎設施建設與改造,擴大網絡覆蓋范圍,優化升級國家骨干網絡。

信息化革命愈演愈烈,機器設備、人和產品等制造元素不再是獨立的個體,它們通過工業物聯網緊密聯系在一起,實現更協調和高效的制造系統。

在5G網絡的連接下,智能工廠成為了各項智能技術的應用平臺。除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、生產效率和經濟收益的最大化。

例如借助5G高速網絡,采集關鍵裝備制造、生產過程、能源供給等環節的能效相關數據,使用能源管理系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)進行原材料庫存管理,包括各種原材料及供應商信息。當客戶訂單下達時,ERP自動計算所需的原材料,并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。

因此,5G時代的智能工廠將大幅改善勞動條件,減少生產線人工干預,提高生產過程可控性,最重要的是借助于信息化技術打通企業的各個流程,實現從設計、生產到銷售各個環節的互聯互通,并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。

5G能支持1000億級別物的連接,并提供工業級的可靠性和實時性,這些能力使得5G能成為支撐工業互聯網戰略順利實施的關鍵基礎。

傳統制造業時代,材料、能源和信息是工廠生產的三個要素。傳統制造業發展的歷史,就是工廠利用材料、能源和信息進行物質生產的歷史。材料、能源和信息領域的任何技術革命,必然導致生產方式的革命和生產力的飛躍發展。

但是,隨著移動互聯網和云計算、大數據技術的發展,計算機到智能手機等移動終端的演進,越來越多功能強大的智能設備以無線方式實現了與互聯網或設備之間的互聯。由此衍生出物聯網、服務互聯網和數據網,推動著物理世界和信息世界以信息物理系統(CPS)的方式相融合。也可以說,是這種技術進步使得制造業領域實現了資源、信息、物品、設備和人的互通互聯。

而未來,通過互通互聯,云計算、大數據這些新的互聯網技術,和以前的自動化的技術結合在一起,生產工序實現縱向系統上的融合,生產設備和設備之間,工人與設備之間的合作,把整個工廠內部的聯結起來,形成信息物理系統,互相之間可以合作、可以響應,能夠開展個性化的生產制造,可以調整產品的生產率,還可以調整利用資源的多少、大小,采用最節約資源的方式。

5G網絡能夠為智能制造生產應用提供端到端定制化的網絡支撐。5G網絡可以達到低至1ms的端到端通信時延,并且支持99.99%的連接可靠性,強大的網絡能力能夠極大滿足智能制造生產對時延和可靠性的挑戰。在智能制造生產場景中,需要機器人有自組織和協同的能力來滿足柔性生產。智能制造需要設備通過網絡連接到云端,基于超高計算能力的平臺,并通過大數據和人工智能對生產制造過程進行實時運算控制。

通過企業將大量運算功能和數據存儲功能移到云端,這將大大降低設備的硬件成本和功耗。并且為了滿足柔性制造的需求,機器人需要滿足可自由移動的要求。因此在智能制造生產過程中,需要無線通信網絡具備極低時延和高可靠的特征。

隨著新一代信息技術與制造業的深度融合,許多國家、許多企業都意識到工業互聯網是未來工業的頂級生態系統,將對未來工業發展產生全方位、深層次、革命性影響。未來的工業互聯網平臺通過系統構建網絡、平臺、安全三大功能體系,打造人、機、物全面互聯的新型網絡基礎設施,既包括生產設備、生產材料、生產產品等硬件領域,也包括各種管理軟件、數據和服務領域,通過5G等新一代信息技術與制造業深度融合將形成智能化發展的新興業態和應用模式。

有利于促進網絡基礎設施演進升級,推動網絡應用從虛擬到實體、從生活到生產的跨越,極大拓展網絡經濟空間。

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