5G與智能工廠●智能制造●自動(dòng)化生產(chǎn)●自動(dòng)化控制●機(jī)器人

-8-5G與智能工廠●智能制造●自動(dòng)化生產(chǎn)●自動(dòng)化控制●機(jī)器人智能制造過(guò)程中云平臺(tái)和工廠生產(chǎn)設(shè)施的實(shí)時(shí)通信、以及海量傳感器和人工智能平臺(tái)的信息交互，和人機(jī)界面的高效交互，對(duì)通信網(wǎng)絡(luò)有多樣化的需求以及極為苛刻的性能要求，并且需要引入高牢靠的無(wú)線通信技術(shù)。5G的超高無(wú)線速度，將給社會(huì)的一切帶來(lái)一場(chǎng)升級(jí)革命，這就是由量變引起質(zhì)變的社會(huì)變革。那么，5G通訊技術(shù)將給智能制造帶來(lái)哪些影響呢？

智能制造對(duì)5G網(wǎng)絡(luò)有哪些需求？

01、智能制造為什么需要無(wú)線通信

顯而易見(jiàn)，智能制造過(guò)程中云平臺(tái)和工廠生產(chǎn)設(shè)施的實(shí)時(shí)通信、以及海量傳感器和人工智能平臺(tái)的信息交互，和人機(jī)界面的高效交互，對(duì)通信網(wǎng)絡(luò)有多樣化的需求以及極為苛刻的性能要求，并且需要引入高牢靠的無(wú)線通信技術(shù)。

高牢靠無(wú)線通信技術(shù)在工廠的應(yīng)用來(lái)看，一方面，生產(chǎn)制造設(shè)備無(wú)線化使得工廠模塊化生產(chǎn)和柔性制造成為可能。另一方面，由于無(wú)線網(wǎng)絡(luò)可以使工廠和生產(chǎn)線的建設(shè)、改造施工更加便捷，并且通過(guò)無(wú)線化可削減大量的維護(hù)工作降低成本。

02、無(wú)線通信網(wǎng)絡(luò)在智能制造應(yīng)用面臨哪些挑戰(zhàn)

在智能制造自動(dòng)化掌握系統(tǒng)中，低時(shí)延的應(yīng)用尤為廣泛，比如對(duì)環(huán)境敏感高精度的生產(chǎn)制造環(huán)節(jié)、化學(xué)危急品生產(chǎn)環(huán)節(jié)等。智能制造閉環(huán)掌握系統(tǒng)中傳感器(如壓力、溫度等)獵取到的信息需要通過(guò)極低時(shí)延的網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行傳遞，最終數(shù)據(jù)需要傳遞到系統(tǒng)的執(zhí)行器件(如：機(jī)械臂、電子閥門(mén)、加熱器等)完成高精度生產(chǎn)作業(yè)的掌握，并且在整個(gè)過(guò)程需要網(wǎng)絡(luò)極高牢靠性，來(lái)確保生產(chǎn)過(guò)程的平安高效。

此外，工廠中自動(dòng)化掌握系統(tǒng)和傳感系統(tǒng)的工作范圍可以是或者幾百平方公里到幾萬(wàn)平方公里，甚至可能是分布式部署。依據(jù)生產(chǎn)場(chǎng)景的不同，制造工廠的生產(chǎn)區(qū)域內(nèi)可能有數(shù)以萬(wàn)計(jì)傳感器和執(zhí)行器，需要通信網(wǎng)絡(luò)的海量連接力量作為支撐。

5G網(wǎng)絡(luò)具備的力量

華為在北京懷柔領(lǐng)先完成了由IMT-2022(5G)推動(dòng)組組織的中國(guó)5G技術(shù)研發(fā)試驗(yàn)無(wú)線技術(shù)其次階段測(cè)試。在C-Band的測(cè)試環(huán)節(jié)中，利用200MHz帶寬，通過(guò)5G新空口及大規(guī)模多入多出等技術(shù)進(jìn)行測(cè)試，小區(qū)峰值超過(guò)20Gbps，空口時(shí)延在0.5ms以內(nèi)，單小區(qū)大于1000萬(wàn)連接。

和傳統(tǒng)的移動(dòng)通信技術(shù)相比，5G將進(jìn)一步提升用戶體驗(yàn)：在容量方面，5G通信技術(shù)將比4G實(shí)現(xiàn)單位面積移動(dòng)數(shù)據(jù)流量增長(zhǎng)1000倍;在傳輸速率方面，單用戶典型數(shù)據(jù)速率提升10到100倍，峰值傳輸速率可達(dá)10Gbps(相當(dāng)于4G網(wǎng)絡(luò)速率的100倍);端到端時(shí)延縮短5倍;在可接入性方面：可聯(lián)網(wǎng)設(shè)備的數(shù)量增加10到100倍;在牢靠性和能耗方面：每比特能源消耗應(yīng)降至千分之一，低功率電池續(xù)航時(shí)間增加10倍。

5G典型制造業(yè)應(yīng)用場(chǎng)景

15G使能工業(yè)AR應(yīng)用

在將來(lái)智能工廠生產(chǎn)過(guò)程中，人將發(fā)揮更重要的作用。然而由于將來(lái)工廠具有高度的敏捷性和多功能性，這將對(duì)工廠車間工作人員有更高的要求。為快速滿意新任務(wù)和生產(chǎn)活動(dòng)的需求，增加現(xiàn)實(shí)AR將發(fā)揮很關(guān)鍵作用，在智能制造過(guò)程中可用于如下場(chǎng)景：如：監(jiān)控流程和生產(chǎn)流程。生產(chǎn)任務(wù)分步指引，例如手動(dòng)裝配過(guò)程指導(dǎo);遠(yuǎn)程專家業(yè)務(wù)支撐，例如遠(yuǎn)程維護(hù)。

在這些應(yīng)用中，幫助AR設(shè)施需要最大程度具備敏捷性和輕巧性，以便維護(hù)工作高效開(kāi)展。因此需要將設(shè)備信息處理功能上移到云端，AR設(shè)備僅僅具備連接和顯示的功能，AR設(shè)備和云端通過(guò)無(wú)線網(wǎng)絡(luò)連接。AR設(shè)備將通過(guò)網(wǎng)絡(luò)實(shí)時(shí)獵取必要的信息(例如，生產(chǎn)環(huán)境數(shù)據(jù)、生產(chǎn)設(shè)備數(shù)據(jù)、以及故障處理指導(dǎo)信息)。

在這種場(chǎng)景下AR眼鏡的顯示內(nèi)容必需與AR設(shè)備中攝像頭的運(yùn)動(dòng)同步，以避開(kāi)視覺(jué)范圍失步現(xiàn)象。通常從視覺(jué)移動(dòng)到AR圖像反應(yīng)時(shí)間低于20ms，則會(huì)有較好的同步性，所以要求從攝像頭傳送數(shù)據(jù)到云端到AR顯示內(nèi)容的云端回傳需要小于20mms，除去屏幕刷新和云端處理的時(shí)延，則需無(wú)線網(wǎng)絡(luò)的雙向傳輸時(shí)延在10ms內(nèi)才能滿意實(shí)時(shí)性體驗(yàn)的需求。而該時(shí)延要求，LTE網(wǎng)絡(luò)無(wú)法滿意。

25G使能工廠無(wú)線自動(dòng)化掌握

在自動(dòng)化掌握中，倒立擺是典型的應(yīng)用。倒立擺原理用于機(jī)器人各種姿勢(shì)掌握、航空飛船對(duì)接掌握等姿勢(shì)掌握等工業(yè)應(yīng)用。華為XLabs通過(guò)倒立擺驗(yàn)證5G對(duì)極低試驗(yàn)自動(dòng)掌握的價(jià)值，討論表明，當(dāng)?shù)沽[運(yùn)行在4G模式下時(shí)，4G的過(guò)高時(shí)延，使得倒立擺的掌握指令不能得到快速執(zhí)行，倒立擺起擺到穩(wěn)態(tài)的時(shí)間過(guò)長(zhǎng)，達(dá)到13.2秒。

當(dāng)運(yùn)行在5G模式下時(shí)，5G的1ms超低時(shí)延，使倒立擺的掌握指令快速執(zhí)行，起擺到穩(wěn)態(tài)只用4秒。通過(guò)對(duì)比，可以看到5G低時(shí)延網(wǎng)絡(luò)在自動(dòng)掌握的巨大價(jià)值，網(wǎng)絡(luò)端到端時(shí)延從4G的50ms減低至5G的1ms。

自動(dòng)化掌握是制造工廠中最基礎(chǔ)的應(yīng)用，核心是閉環(huán)掌握系統(tǒng)。在該系統(tǒng)的掌握周期內(nèi)每個(gè)傳感器進(jìn)行連續(xù)測(cè)量，測(cè)量數(shù)據(jù)傳輸給掌握器以設(shè)定執(zhí)行器。典型的閉環(huán)掌握過(guò)程周期低至ms級(jí)別，所以系統(tǒng)通信的時(shí)延需要達(dá)到ms級(jí)別甚至更低才能保證掌握系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)精確掌握，同時(shí)對(duì)牢靠性也有極高的要求。假如在生產(chǎn)過(guò)程中由于時(shí)延過(guò)長(zhǎng)，或者掌握信息在數(shù)據(jù)傳送時(shí)發(fā)生錯(cuò)誤可能導(dǎo)致生產(chǎn)停機(jī)，會(huì)造成巨大的財(cái)務(wù)損失。

此外，在規(guī)模生產(chǎn)的工廠中，大量生產(chǎn)環(huán)節(jié)都用到自動(dòng)掌握過(guò)程，所以將有高密度海量的掌握器、傳感器、執(zhí)行器需要通過(guò)無(wú)線網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行連接。

閉環(huán)掌握系統(tǒng)不同應(yīng)用中傳感器數(shù)量、掌握周期的時(shí)延要求、帶寬要求都有差異，典型來(lái)看，周期時(shí)間和通信帶寬大小的一些典型值如下：

5G切片網(wǎng)絡(luò)可供應(yīng)極低時(shí)延長(zhǎng)、高牢靠，海量連接的網(wǎng)絡(luò)，使得閉環(huán)掌握應(yīng)用通過(guò)無(wú)線網(wǎng)絡(luò)連接成為可能?；谌A為5G的實(shí)測(cè)力量：空口時(shí)延可到0.4ms,單小區(qū)下行速率達(dá)到20Gbps，小區(qū)最大可支持1000萬(wàn)+連接數(shù)。由此可見(jiàn)，移動(dòng)通信網(wǎng)絡(luò)中僅有5G網(wǎng)絡(luò)可滿意閉環(huán)掌握對(duì)網(wǎng)絡(luò)的要求。

35G使能工廠云化機(jī)器人

在智能制造生產(chǎn)場(chǎng)景中，需要機(jī)器人有自組織和協(xié)同的力量來(lái)滿意柔性生產(chǎn)，這就帶來(lái)了機(jī)器人對(duì)云化的需求。和傳統(tǒng)的機(jī)器人相比，云化機(jī)器人需要通過(guò)網(wǎng)絡(luò)連接到云端的掌握中心，基于超高計(jì)算力量的平臺(tái)，并通過(guò)大數(shù)據(jù)和人工智能對(duì)生產(chǎn)制造過(guò)程進(jìn)行實(shí)時(shí)運(yùn)算掌握。

通過(guò)云技術(shù)機(jī)器人將大量運(yùn)算功能和數(shù)據(jù)存儲(chǔ)功能移到云端，這將大大降低機(jī)器人本身的硬件成本和功耗。并且為了滿意柔性制造的需求，機(jī)器人需要滿意可自由移動(dòng)的要求。因此在機(jī)器人云化的過(guò)程中，需要無(wú)線通信網(wǎng)絡(luò)具備極低時(shí)延和高牢靠的特征。

5G網(wǎng)絡(luò)是云化機(jī)器人抱負(fù)的通信網(wǎng)絡(luò)，是使能云化機(jī)器人的關(guān)鍵。5G切片網(wǎng)絡(luò)能夠?yàn)樵苹瘷C(jī)器人應(yīng)用供應(yīng)端到端定制化的網(wǎng)絡(luò)支撐。5G網(wǎng)絡(luò)可以達(dá)到低至1ms的端到端通信時(shí)延，并且支持99.999%的連接牢靠性，強(qiáng)大的網(wǎng)絡(luò)力量能夠極大滿意云化機(jī)器人對(duì)時(shí)延和牢靠性的挑戰(zhàn)。

華為已與德國(guó)與制造企業(yè)開(kāi)展智能制造領(lǐng)域的合作。如與Festo共同合作基于5G切片網(wǎng)絡(luò)的云化機(jī)器人的項(xiàng)目,項(xiàng)目通過(guò)5GuRLLC(超高牢靠和低時(shí)延通信)切片網(wǎng)絡(luò)，針對(duì)云化機(jī)器人閉環(huán)掌握系統(tǒng)的高牢靠性和實(shí)時(shí)性的滿意度進(jìn)行測(cè)試。

機(jī)器人的軌跡信息和掌握數(shù)據(jù)在制造云中處理有助于系統(tǒng)計(jì)算力量的擴(kuò)展和機(jī)器人平臺(tái)的節(jié)能。機(jī)器人生產(chǎn)服務(wù)與制造云的結(jié)合意味著將工業(yè)機(jī)器人的基本功能與高性能的計(jì)算系統(tǒng)進(jìn)行實(shí)時(shí)協(xié)同，5G切片網(wǎng)絡(luò)使能了這一應(yīng)用場(chǎng)景。

4機(jī)器人與協(xié)同設(shè)施間的通信需求

在智能制造柔性生產(chǎn)中，移動(dòng)機(jī)器人是關(guān)鍵的使能者。在生產(chǎn)過(guò)程中要求多移動(dòng)機(jī)器人之間的協(xié)同和無(wú)碰撞作業(yè)，所以移動(dòng)機(jī)器人之間需要實(shí)時(shí)進(jìn)行數(shù)據(jù)交換滿意該需求。移動(dòng)機(jī)器人和外圍設(shè)備間也需要進(jìn)行通信。例如，如起重機(jī)或其他制造設(shè)施。因此移動(dòng)機(jī)器人需要和周邊協(xié)同設(shè)施機(jī)進(jìn)行實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)交換。

隨著智能制造場(chǎng)景的引入，制造對(duì)無(wú)線通信網(wǎng)絡(luò)的需求已經(jīng)顯現(xiàn)，5G網(wǎng)絡(luò)可為高度模塊化和柔性的生產(chǎn)系統(tǒng)供應(yīng)多樣化高質(zhì)量的通信保障。和傳統(tǒng)無(wú)線網(wǎng)絡(luò)相比，5G網(wǎng)絡(luò)在低時(shí)延、工廠應(yīng)用的高密度海量連接、牢靠性、以及網(wǎng)絡(luò)移動(dòng)性管理等方面優(yōu)勢(shì)凸顯，是智能制造的關(guān)鍵使能者。

機(jī)器視覺(jué)迎來(lái)黃金進(jìn)展時(shí)期，企業(yè)怎么才能制造優(yōu)勢(shì)

機(jī)器視覺(jué)、機(jī)器智能化漸漸成為現(xiàn)實(shí)。隨著近年工業(yè)自動(dòng)化中機(jī)器視覺(jué)技術(shù)的進(jìn)展，視覺(jué)技術(shù)不斷更新迭代，使得其在智能制造中的地位日益顯現(xiàn)，包括生產(chǎn)自動(dòng)化中的各種檢測(cè)，定位和識(shí)別工作，以及人工智能、智能制造、無(wú)人機(jī)、自動(dòng)駕駛、智能醫(yī)生、智能安防等領(lǐng)域的進(jìn)步，可以說(shuō)機(jī)器視覺(jué)迎來(lái)黃金進(jìn)展時(shí)期。

機(jī)器視覺(jué)的產(chǎn)業(yè)鏈可以分成上游的部件級(jí)市場(chǎng)、中游的集成和整裝市場(chǎng)，以及下游的應(yīng)用市場(chǎng)。機(jī)器視覺(jué)的上游包括光源、鏡頭、工業(yè)相機(jī)、圖像采集卡、圖像處理軟件、圖形交互界面、工控機(jī)等圖像獵取的軟硬件供應(yīng)商。此外還包含有電動(dòng)單元、機(jī)械單元等核心零部件。

中游是集成和整機(jī)設(shè)備商，設(shè)備組裝和集成環(huán)節(jié)考驗(yàn)的是企業(yè)性價(jià)比、深度定制以及服務(wù)優(yōu)勢(shì)；下游主要是應(yīng)用在半導(dǎo)體設(shè)備和電子這種制造行業(yè)、汽車、印刷包裝，還有煙草、交通等領(lǐng)域。

由于國(guó)內(nèi)機(jī)器視覺(jué)起步較晚，近年來(lái)才開(kāi)頭進(jìn)展起來(lái)，真正的開(kāi)頭應(yīng)用，所以中國(guó)的機(jī)器視覺(jué)產(chǎn)業(yè)主要集中于技術(shù)含量和價(jià)值量都較低的集成及設(shè)備組裝上。

而國(guó)外部分工業(yè)視覺(jué)制造商具備全產(chǎn)業(yè)鏈優(yōu)勢(shì)，其基本壟斷了中高端市場(chǎng)，視覺(jué)算法軟件主要有visionpro、halcon、mil、hexsight、evision、avl等；智能相機(jī)主要有康耐視、基恩士、microscan、邦納等。

在應(yīng)用方面，機(jī)器視覺(jué)工業(yè)應(yīng)用廣泛，主要具