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华为:5G在智能工厂中的应用

导读: 华为5G网络端到端的切片技术精准的控制着两只机械臂动作时延同步,使之流畅的完成了全套协同动作,在空中划出两道优美的弧线,精彩的演绎了5G网络在工业生产中应用的理念,也被视为5G使能未来智能工厂的一个缩影。

在2017年巴塞罗那世界移动大会上,华为联合德国电信(Deutsche Telekom AG)现场进行了基于5G技术的工业机械臂搬箱子的动态演示,令人印象深刻。华为5G网络端到端的切片技术精准的控制着两只机械臂动作时延同步,使之流畅的完成了全套协同动作,在空中划出两道优美的弧线,精彩的演绎了5G网络在工业生产中应用的理念,也被视为5G使能未来智能工厂的一个缩影。

机器人运用在现代社会生产中已经不是新鲜事。在5G到来之前,全球不计其数的工厂已在为实现工厂全面智能化摩拳擦掌。在被人称为熄灯工厂的荷兰一家电动剃须刀工厂里,128个机器臂以超高的灵活度做着同样的工作,它们的动作远远超过世上最灵巧的工人。机器臂不停地在两条连接线上做出三道完美的弧线,将零件穿进肉眼无法看见的小孔中。这些机器臂飞快的运行,为了不伤及工厂中的管理人员,它们会被存放在玻璃柜中。它们不分日夜全年不停的工作,实现了在固定地点、固定程式下的高度自动化生产,奠定了未来智能工厂的雏形,彰显着人类对劳动力解放的未来世界的美好向往。

随着移动互联网和物联网进一步融合成移动物联网,移动通信技术应用正渗透到社会生产生活的各个领域,人与人之间的通信扩展到人与物、物与物之间通信,所以生产制造业也变为信息产业中的一部分,信息技术带动生产制造业升级转型成为趋势。而作为现代生产制造业这顶王冠上最璀璨的明珠——工业机器人,在转型过程中将扮演着举足轻重的角色,自然而然就被寄予厚望。人们希望它们除开能够从事生产线重复工序之外,也希望能够具有自由移动、工业大数据分析和处理、协调管理和生产决策等更高级的功能。这些功能要求工业机器人同时具备灵活移动性、海量信息数据即时收集和处理能力、99.999%的高可靠性、“零”时延特性,当前通信技术如固网或WiFi因其本身的属性,不能同时满足这些要求。

5G无线通信技术,可以为工厂提供光纤般的接入速率、毫秒级的端到端时延、99.999%的可靠性、百亿设备的连接能力、数十Tbps/km2的超高流量密度和超高移动性等多个场景的服务,突破地域和单一产业领域的限制,催生从设计到消费的全新生产模式,带动社会生产结构升级,为生产制造业开辟了一片新蓝海。

5G网络使能柔性制造

实现高度个性化生产

全球人口正在接近80亿,中产阶层消费群不断扩大,有望形成巨大市场,进而对消费布局产生影响。带有客户需求和产品“信息”功能的系统成为硬件产品销售新的核心,个性化定制成为潮流。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。国际生产工厂研究协会的定义为柔性制造系统是一个自动化的生产制造系统,在最少人的干预下,能够生产任何范围的产品族,系统的柔性通常受到系统设计时所考虑的产品族的限制。柔性生产的到来,催生了对新技术的需求。

一方面,在企业工厂内,柔性生产使得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。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的线缆成本的同时,利用高可靠性网络的连续覆盖,使得机器人在移动过程中活动区域不受限,按需到达各个地点,在各种场景中进行不间断工作以及工作内容的平滑切换。 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QoS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需要高速率。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QoS,按需灵活调整。如设备状态信息的上报被设为最高的业务等级等。

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,最终实现任何人和物在任何时候和任何地点都能实现彼此信息共享。消费者在要求个性化的商品和服务的同时,企业和消费者的关系发生变化,消费者将参与到企业的生产过程中,消费者使用者可以跨地域通过5G网络下参与到产品的设计以及产品状态信息查询。

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无线工厂应用场景探索

5G网络驱动工厂维护模式全面升级

大型企业的生产场景中,涉及到的跨工厂、跨地域设备维护,远程问题定位等场景,5G技术在这其中的应用,可以提升运维效率,降低成本。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按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,工厂中每一个物体上都是一个有唯一IP的终端,即使是生产环节的“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“人肉终端”,人和工业机器人进入整个生产环节中,和带有唯一IP的原料、设备、产品进行信息交互。工业机器人在管理工厂的同时,人在千里之外也可以第一时间接收到信息变更并进行交互操作。

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,故障被以最高优先级“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,进行远程控制工厂内的工业机器人到达故障现场进行修复,工业机器人在万里之外实时同步模拟人的动作,人在此时如同亲临现场进行施工。

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,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能第一时间“集合”在故障现场。5G网络的大流量满足VR中高清图像的海量数据交互要求,极低时延使得触觉感知网络中人在地球另一端也能把自己的动作无误差的传递给工厂机器人,多人控制工厂中不同机器人进行下一步修复动作。同时,借助万物互联,人和工业机器人、产品和原料全被直接连接到地球上除自身外的所有的知识和经验数据库,在故障诊断时候,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。

5G网络使能工业机器人

直接进行生产活动判断和决策

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,给出最佳解决方案。在一些特定场景下,借助5G下的D2D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,解决方案更快更优,生产制造效率得以大幅度提高。

我们可以想象未来10年内,同样是在这家荷兰工厂里,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,365天不分日夜在车间中自由穿梭,进行设备的巡检和修理,送料、质检或者高难度的生产动作。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、以及生产决策。这里只需要少数人承担着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,替代人完成人不可能完成的工作,人和机器人在工厂中得以共生。

未来已来。华为作为全球领先的信息和通信技术(ICT)解决方案供应商,正在进行5G在生产制造领域的应用场景探索,通过和垂直行业紧密合作,开发智能制造解决方案,联手推动全球制造企业从传统制造升级到智能制造。

5G时代下,我们重新定义了工厂。你心目中的未来工厂,又是什么样子?

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