科研人员足不出户就能看到试验现场?操作人员远程可以精准操控工业设备?无人机和机器人替代安保人员保障安全?听起来是不是像科幻电影中的情节?但这些,都将是5G与工业互联网碰撞出的“火花”。


工业和信息化部办公厅印发的《“5G+工业互联网”512工程推进方案》中指出,到2022年,要突破一批面向工业互联网特定需求的5G关键技术,打造5个产业公共服务平台,内网建设改造覆盖10个重点行业,形成至少20大典型工业应用场景等。1那么,5G+工业互联网究竟是什么,为何会引起如此重视?


什么是5G+工业互联网?


记得曾经红极一时的“精灵宝可梦Go”小游戏吗?它可以让玩家在上班路上,甚至在公司里“捕捉”精灵。增强现实(AR)技术实现了这一切,而不管是增强现实技术还是虚拟现实(VR),背后都少不了5G的身影。5G作为第五代移动通信技术,有着大带宽、低时延、广联接等特性2。5G的出现,不仅方便了人与人之间的通信,更解决了人与物、物与物之间的通信问题。由此也引出了一系列“5G+X”的概念,“X”可以代表各行各业。


工业互联网作为工业与互联网相结合的概念,可以将人、数据和机器连接起来,即把设备、生产线、工厂、供应商、产品和客户紧密地连接融合。


所以,5G+工业互联网,指的就是用5G赋能工业互联网,赋予工业场景高可靠、低延时、抗干扰的特性,推动工业制造向工业“智”造转变。这就像“王牌对上王牌”,强强联合,必能照亮工业发展的道路。

5G与工业互联网结合到底有多香?这五个行业可重点实践

5G+工业互联网应用场景


根据“5G+工业互联网”赋能工业研发设计、生产制造、质量检测、故障运维、物流运输、安全管理等环节情况,从生产环节突出、经济效益性好、实际操作性高、复制推广性强等因素考虑,遴选出协同研发设计、远程设备操控、设备协同作业、柔性生产制造、现场辅助装配、机器视觉质检、设备故障诊断、厂区智能物流、无人智能巡检、生产现场监测十大典型应用场景,提出具体场景内涵和实施基础条件,具体可以参考《关于发布“5G+工业互联网”十个典型应用场景和五个重点行业实践情况的通知》。


远程研发实验是指利用5G及增强现实/虚拟现实(AR/VR)技术建设或升级企业研发实验系统,实时采集现场实验画面和实验数据,通过5G网络同步传送到分布在不同地域的科研人员;科研人员跨地域在线协同操作完成实验流程,联合攻关解决问题,加快研发进程。


异地协同设计是指基于5G、数字孪生、AR/VR等技术建设协同设计系统,实时生成工业部件、设备、系统、环境等数字模型,通过5G网络同步传输设计数据,实现异地设计人员利用洞穴状自动虚拟环境(CAVE)仿真系统、头戴式5G AR/VR、5G便携式设备(Pad)等终端接入沉浸式虚拟环境,实现对2D/3D设计图纸的协同修改与完善,提高设计效率。


远程设备操控是指综合利用5G、自动控制、边缘计算等技术,建设或升级设备操控系统,通过在工业设备、摄像头、传感器等数据采集终端上内置5G模组或部署5G网关等设备,实现工业设备与各类数据采集终端的网络化,设备操控员可以通过5G网络远程实时获得生产现场全景高清视频画面及各类终端数据,并通过设备操控系统实现对现场工业设备的实时精准操控,有效保证控制指令快速、准确、可靠执行。


设备协同作业是指综合利用5G授时定位、人工智能、软件定义网络、网络虚拟化等技术,建设或升级设备协同作业系统,在生产现场的工业设备,以及摄像头、传感器等数据采集终端上内置5G模组或部署5G网关,通过5G网络实时采集生产现场的设备运行轨迹、工序完成情况等相关数据,并综合运用统计、规划、模拟仿真等方法,将生产现场的多台设备按需灵活组成一个协同工作体系,对设备间协同工作方式进行优化,根据优化结果对制造执行系统(MES)、可编程逻辑控制器(PLC)等工业系统和设备下发调度策略等相关指令,实现多个设备的分工合作,减少同时在线生产设备数量,提高设备利用效率,降低生产能耗。


柔性生产制造是指数控机床和其他自动化工艺设备、物料自动储运设备通过内置5G模组或部署5G网关等设备接入5G网络,实现设备连接无线化,大幅减少网线布放成本、缩短生产线调整时间。通过5G网络与多接入边缘计算(MEC)系统结合,部署柔性生产制造应用,满足工厂在柔性生产制造过程中对实时控制、数据集成与互操作、安全与隐私保护等方面的关键需求,支持生产线根据生产要求进行快速重构,实现同一条生产线根据市场对不同产品的需求进行快速配置优化。同时,柔性生产相关应用可与企业资源计划(ERP)、制造执行系统(MES)、仓储物流管理系统(WMS)等系统相结合,将用户需求、产品信息、设备信息、生产计划等信息进行实时分析、处理,动态制定最优生产方案。


现场辅助装配是指现场工作人员通过内置5G模组或部署5G网关等设备,实现AR/VR眼镜、智能手机、PAD等智能终端的5G网络接入,采集现场图像、视频、声音等数据,通过5G网络实时传输至现场辅助装配系统,系统对数据进行分析处理,生成生产辅助信息,通过5G网络下发至现场终端,实现操作步骤的增强图像叠加、装配环节的可视化呈现,帮助现场人员进行复杂设备或精细化设备的装配。另外,专家的指导信息、设备操作说明书、图纸、文件等也可以通过5G网络实时同步到现场终端,现场装配人员简单培训后即可上岗,有效提升现场操作人员的装配水平,实现装配过程智能化,提升装配效率。


机器视觉质检是指在生产现场部署工业相机或激光器扫描仪等质检终端,通过内嵌5G模组或部署5G网关等设备,实现工业相机或激光扫描仪的5G网络接入,实时拍摄产品质量的高清图像,通过5G网络传输至部署在MEC上的专家系统,专家系统基于人工智能算法模型进行实时分析,对比系统中的规则或模型要求,判断物料或产品是否合格,实现缺陷实时检测与自动报警,并有效记录瑕疵信息,为质量溯源提供数据基础。同时,专家系统可进一步将数据聚合,上传到企业质量检测系统,根据周期数据流完成模型迭代,通过网络实现模型的多生产线共享。


设备故障诊断是指在现场设备上加装功率传感器、振动传感器和高清摄像头等,并通过内置5G模组或部署5G网关等设备接入5G网络,实时采集设备数据,传输到设备故障诊断系统。设备故障诊断系统负责对采集到的设备状态数据、运行数据和现场视频数据进行全周期监测,建立设备故障知识图谱,对发生故障的设备进行诊断和定位,通过数据挖掘技术,对设备运行趋势进行动态智能分析预测,并通过网络实现报警信息、诊断信息、预测信息、统计数据等信息的智能推送。


5G+工业互联网行业实践


根据当前全国开展“5G+工业互联网”实践的优势行业和特色产业情况,从数字化水平较高、业务模式最成熟、5G应用探索最集中、落地成效最显著等因素考虑,遴选出电子设备制造业、装备制造业、钢铁行业、采矿行业、电力行业五大国民经济重点行业。具体可以参考《关于发布“5G+工业互联网”十个典型应用场景和五个重点行业实践情况的通知》。


电子设备制造业自动化水平高,数字化、网络化基础好,产品迭代速度快,存在降低劳动力成本、减少物料库存、严控产品质量、快速响应客户差异化要求等迫切需求,发展智能化制造、个性化定制、精益化管理等模式潜力大。华为、海尔、格力、中兴等利用5G技术积极实践,显著提高了生产制造效率、降低了生产成本、提升了系统柔性,为电子设备制造行业实现数字化转型进行了有益探索。


装备制造业涉及航空制造、船舶制造、汽车制造与工程机械制造等重要领域。其产品结构高度复杂、产品体型偏大,具有技术要求高、生产安全标准严格、资本投入大、劳动力密集等行业特点,对成品件、标准件等百万量级生产资源的协同设计和泛在感知需求较高。同时,面临“用工荒、高成本”的困境,需要更加精密的装配加工能力以及质量检测手段支撑企业长期发展。发展数字化研发、网络化协同、智能化制造、精益化管理等模式潜力大。中国商飞、上海外高桥、三一重工、福田汽车等应用5G技术积极探索实践,在提质、降本、增效、减员方面取得明显成效,为装备制造行业的高速发展注入新动力。


钢铁行业主要包括铁前、炼钢、铸钢、轧钢、仓储物流等环节。钢铁行业生产流程长、生产工艺复杂,当前主要面临设备维护效率低、生产过程不透明、下游需求碎片化、绿色生产压力大等痛点,发展智能化制造、精益化管理等模式潜力大。华菱湘钢、鞍钢、宝钢、马钢等应用5G技术积极探索远程设备操控、机器视觉质检、设备故障诊断、生产现场监测等典型应用场景,推动了产业升级及行业转型。


采矿行业包括露天矿环境和井工矿环境,安全生产是红线。在露天矿环境中,因矿山石坠落易引起开采人员伤亡,多层重叠采空区常出现塌方、滑坡、瓦斯爆炸、冲击地压等事故风险。在井工矿环境中,存在高温、高湿、粉尘等恶劣的工作环境,工人长时间高强度井下作业对健康造成较大威胁,发展智能化制造、网络化协同、精益化管理等模式潜力大。新元煤矿、千业水泥、庞庞塔煤矿、鲍店煤矿等利用5G技术积极开展远程设备操控、设备协同作业、无人智能巡检、生产现场监测等典型应用场景,成效显著。


电力行业主要涉及发电、输电、变电、配电、用电五个环节,存在安全监管不到位、环保要求高、信息孤岛、设备实时监管难、精细化管理难等痛点,面临向“清洁、低碳、高效、安全、智能”的转型挑战,发展智能化制造、精益化管理等模式潜力大。中核集团、国家电网、南方电网等利用5G技术,实践在发电环节的现场辅助装配、输电环节的无人智能巡检、配电环节的设备故障诊断、用电环节的生产现场监测等典型应用场景,取得了明显成效。

5G与工业互联网结合到底有多香?这五个行业可重点实践

5G+工业互联网发展方向


工业和信息化部信息通信管理局局长韩夏在答记者问时曾说:“我国“5G+工业互联网”融合发展仍处于起步探索阶段,面临较多问题。当前,其存在的问题包括数字化基础薄弱、产业支撑能力不足、融合应用仍待深化等。虽然路阻且长,但在明确的发展计划与支持下,我国5G+工业互联网的发展成果喜人。”


5G+工业互联网宛如一扇窗,让我们看到了工业生产在未来的无限可能。未来,它们将会继续碰撞出无数“火花”,为我们的生活改善带来更多的惊喜,我们可以拭目以待。


文章来源: 中国电力网,人民网

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