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[2019年] 中国移动上研院:超炫“5G+智慧工厂”来袭,焕发传统制造业新活力

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源自:C114通信网

原文标题:中国移动上研院:超炫“5G+智慧工厂”来袭,焕发传统制造业新活力 来源:移动Labs

  导语

  随着国家政策红利逐渐释放,工业能源企业收入空间也不断扩大,但传统的工业能源企业普遍利润率低,行业差异化大,呈现区域性分布,各企业需求离散度高等问题。随着5G时代的来临,为了利用5G技术让工业能源企业快速提高生产力,破解5G在垂直行业应用发展的难题,中国移动(上海)产业研究院致力于工业互联网平台建设,开展工业及能源领域平台及端到端解决方案研发,上海中烟机械智能制造工厂就是上海产业研究院落地的典型案例。
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  图1:中烟机械5G智慧工厂AGV机器人
  01 传统制造业的华丽转型
  上海中烟机械为上海传统的机械制造企业,近年来也逐步开展了智能制造探索,但是工厂在生产、售后运维及数据安全的三个方面均存在一定问题。
  一是AGV机器人基本通过WiFi进行控制信号和数据传输,存在着WiFi信号同频干扰、漫游切换易掉线(重连)、覆盖死角等问题。
  二是作为一家设备制造商,上海烟机在传统的售后模式中,需要工程师上门检测设备,加上上海烟机设备的用户遍布全国,存在售后周期长,成本高,响应速度慢的问题。
  三是制造型企业的核心生产数据可以说是企业中最重要的部分,在过去海量数据不能得到有效的保存,存在着数据安全问题。
  针对这些问题上海产业研究院工业能源研发团队利用5G的高带宽低时延特点,着手端到端解决方案研发,实现了对车间的多台AGV小车任务调度,导航,交管等功能,同时实现了智能产线5G远程控制,在控制中心对远程的设备进行控制,设备的运行状态通过参数和数字孪生模型实时传回,远程监测设备运行故障。研发团队还通过5G+边缘计算实现了云计算本地化部署,数据不出厂,在提高计算能力的同时,保障了数据的安全性。
  02“5G+智慧工厂”超炫来袭

  上海中烟机械工业及能源领域平台及端到端解决方案选取上海烟草机械西厂区的智能车间进行业务的示范测试,5G基站(BBU)安装在东厂区,通过光纤接入西厂区的第一个RHUB,第一个RHUB负责了AGV活动区域的7台pRRU,同时串联了第二台RHUB,也就是ZB415区域的两台pRRU。
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  图2.西厂区5G通信网络拓扑
  (一)、AGV的5G组网改造

  在设备侧,AGV机器人改用网关加5G CPE的方式取代WiFi组网。在控制端,AGV 服务器(MES系统服务器)连接网关,网关有线连接本地机房内交换机进入公网,网络拓扑如图3所示。利用5G组网,打通了MES服务器与车间AGV机器人的实时通讯,MES服务器可通过AGV机器人对现场的物料实现智能调度。同时,利用移动5G网络抗干扰、低时延、大带宽的优势,技术人员可对AGV机器人及生产线进行指令实时下达和操控,完成对AGV机器人和生产线的精准远程管控。
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  图3.AGV通信网络拓扑
  (二)、ZB415烟机5G联网改造

  ZB415烟机由主机加辅机组成,体积庞大。烟机组旁的机柜放置工控机,PLC,交换机和电源等设备。机柜内的两套倍福PLC控制整个烟机的运行。ZB415烟机联网方案与AGV机器人的方案相同,采用设备端与控制端均安装网关加CPE方式进行通信,选用sniff通讯类型连接。控制中心的操作人员可对产线进行远程控制,而产线的各类运行参数会通过5G实时传回在控制系统里,同时,数字孪生模型的应用将现场设备可视化呈现在控制中心里,大幅提高了远程故障定位可行性。网络拓扑图如图4所示。
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  图4.ZB415网络拓扑图
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  图5:5G CPE及视频回传系统实景
  (三)、ZB415产线电机的AR拆解

  基于AR技术,将储存模型的应用服务器部署在云端,终端设备,如pad,与云端服务器建立通讯,利用终端设备的摄像头对现场设备进行识别,增强现实技术可将设备的数字模型拆解,最终定位设备中的故障零件,之后通过拆解引导,协助现场工程师对故障的零件进行维修或更换。
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  图6:基于5G的AR远程协作系统架构
  (四)、5G+边缘计算部署
  利用5G+边缘计算设备,实现设备端到控制端的端到端网络切片,建立无线局域网。网络切片是5G最重要的创新技术,上海中烟机械目前打造的5G智慧工厂应用场景区别于其他项目中通过5G CPE再转WiFi的模式,规避了WiFi段的不稳定和冗余时延,是真正意义上端到端的5G应用场景,也只有端到端的5G应用场景才能实现网络切片的功能。
  03写在最后
  通过5G实现工厂多设备、多车间统一管理、统一运维、安全隔离,能够带来巨大的经济效益。
  一方面,减少现场有线组网的建设难度和管理难度,除了少许自动控制的场景仍需要硬接线保障安全性和极低的时延需求,大部分工厂局域网走线可以用5G替代,大幅降低了走线布设的成本和后期运维的难度。
  另一方面,降低用工成本,提高生产效率。5G+机器人的应用可以实现工厂无人化,不仅降低了人员的成本,而且提高了操作的规范性,现场生产的安全性。将所有生产步骤程序化,提高了生产的效率。

  最终,通过5G在智能工厂的应用探索出智能工厂的新业务、新业态和新模式,推动行业制造技术进步,为5G在其他行业的垂直应用提供典范,给社会经济与生活带来革命性的影响。
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