湖南电信携手中兴通讯打造国内首个5G智能制造示范基地

发布时间:2019-10-21 作者:赵维铎 中兴通讯 阅读量:

2019年3月,湖南电信与中兴通讯共同打造的中兴通讯长沙5G智能制造基地取得阶段性突破:率先实现了基于运营商网络的5G企业无线专网开通落地,实现了基于5G云化视觉SLAM AGV方案落地,实现了基于5G的多业务智能工厂示范。此外,在基地还完成了多种5G应用场景部署,包括基于5G的工业无线物联、基于5G的AR远程巡检指导、生产车间360度全景监控、基于5G的机器视觉质量检测等生产场景。

长沙基地通信网络面临的问题

长沙工厂内部设备、物料、各类传感或仪表终端等之间的数据连接基本上是以有线连接为主。有线连接的优势是通信可靠稳定,不易受外界干扰。但劣势也比较明显,比如布线线缆费用高,特别是大规模数据采集场景,布线不方便、调试周期长,另外有线连接方式无法应对移动、旋转等设备的通信,如AGV(Automated Guided Vehicle)的调度等。由于蓝牙、ZigBee、LoRa、WiFi等无线网络在可靠性、数据传输速率、传输距离、移动切换性、安全性等方面存在种种不足,导致当前的无线技术并未能够在工厂内广泛应用,无线通信占比约6%左右。

5G在工业制造领域的价值

5G及智能制造都是国家战略,5G在工业制造领域的应用场景仍在不断探索当中。随着5G技术的不断发展成熟,特别是其特有的低时延、高可靠,以及大带宽等特性,使得基于5G的无线技术应用于现场设备实时控制、远程维护及操控、高清图像处理等工业应用新领域成为可能,同时也可以为打造基于无线连接的柔性产线、柔性车间,实现柔性生产进行尝试和探索。

首先在制造自动化控制系统中,低时延的应用尤为广泛,典型的闭环控制过程周期低至毫秒级别,同时对可靠性也有极高的要求。未来工厂中,静态的顺序制造系统,越来越多地被新型的模块化生产系统取代,从而提供更高的灵活性和多用途适应性。5G URLLC技术在满足高可靠低时延的基础上,带来生产设备无线连接的灵活性,使得工厂生产系统模块化和柔性制造成为可能,极大降低生产线重组的时间开销及成本。

其次,基于增强现实技术进行辅助装配、人员培训、营销产品展示、远程维护;在恶劣环境下,基于虚拟现实实现人机远程交互与控制,以及移动高清机器视觉等,需要大带宽、高速率和低时延的无线技术,才能使这些工业应用成为现实。

最后,只有对生产过程所涉人员、设备、物料等进行全面感知,才能促进整个生产过程智能化,最终实现智能制造。当前的数据采集大多是有线连接,利用无线改造空间巨大,5G的低时延及大连接特性将非常适合应用于工厂内的连接及数据采集。

因此,未来工厂车间中将出现更多的无线连接,促使工厂车间网络架构不断优化,提升网络化协同制造与管理水平,促进工厂车间提质增效,同时工厂内部和外部之间的界限越来越模糊,工厂不再是独立的封闭实体,将是庞大的制造价值链和生态系统的一部分。

长沙基地5G业务示范整体解决方案

中兴通讯长沙基地5G业务示范整体架构如图1所示。示范方案主要实现了基于5G网络的云化AGV、产品外观视觉检测、AR远程巡检指导、车间环境采集、基于VR的360度生产监控。

 

5G云化AGV

当前工厂内AGV主要采用磁条导航方式,每次生产线调整变动时,磁条都要重新铺贴,柔性差,而全部改为激光导航AGV成本又太高。

采用视觉及低成本激光融合导航方式,不但可以利用5G网络特性进行调度及传输视觉、传感信息,而且在MEC进行视觉SLAM(同步定位与建图)及指挥调度,降低AGV单体硬件成本。

车间网络基于5G MEC分流组网,AGV通过CPE接入5G网络,未来将统一通过嵌入AGV通信板的5G模组接入网络。与传统基于WiFi的AGV调度方式相比,5G网络在移动切换性及稳定性等方面更好,能够支撑更大规模的AGV组网调度。此外基于MEC云化的集中视觉处理方式,相比激光导航方式,单台AGV成本可降低10%以上。

5G机器视觉检测

长沙基地主要以生产家庭终端产品为主,传统的生产过程质量检测依赖人工和经验,人力成本高,标准化程度低,同时易受主观因素影响,整体检测效率不高。

5G+机器视觉的检测方式,可以发挥5G大带宽优势,通过5G网络将识别图像上传到边缘计算中心MEC统一识别处理,并将检测结果反馈给产线看板系统和PLC控制器,对不合格产品进行告警及剔除。当前主要对机顶盒标签识别、底脚螺丝及脚垫是否遗漏等外观进行机器视觉监测。对5G网络上行带宽需求要求不小于30Mbps,5G能够满足该场景的需求。采用5G+机器视觉检测方式,提高了识别效率,减少一个工位的人工成本。

5G AR远程工业巡检

传统巡检方式对现场工人技能要求高,遇到疑难问题只能电话后方或者邀请专家到现场支持,效率较低。

现场部署AR远程巡检系统后,利用5G带宽优势,不但实现基于音视频的前后方沟通,还可以实现基于白板的图像共享操作,降低对现场工人要求,实现快速上岗;同时,由于5G低时延特性,可以大幅提升工人佩戴眼镜的舒适度,降低工人使用时的眩晕感,提升厂区巡检效率,降低人力培训、出差等成本。

5G工业物联

环境信息采集、生产设备的运行状态监控,以及仪表仪器的集中化管理,是智慧运营的前提,需要超大连接的网络支持。相对于传统窄带物联网,5G网络可支持100万每平方公里的终端连接,支持更高密度的工业传感器/变送器、仪器仪表和智能装备的接入,支持高并发、大数据量的通信。

在长沙基地内,通过部署5G网络,重塑工业互联,实时接入环境数据;在MEC边缘云分析处理,并与上层MES系统及车间设备及看板对接,实现了闭环的自动化监控与控制。

厂区360度全景监控

传统监控方式,由于每个摄像头都有限定的视角,如果对周围360度监控,需要部署多个摄像头或者采用机械球机,监控室大多采用多屏监控。

部署360度全景镜头后,巡检人员或管理人员能够以更加自由的视角、更高清的画面,沉浸式地对基地进行监视,具有身临其境,现场巡检的体验。同时也为远程指挥中心带来很好的展示效果。

伴随我国加快实施制造强国战略,推进智能制造发展,5G将广泛深入应用于工业领域。中兴通讯长沙5G示范基地充分验证了运营商5G网络打造企业专网的能力,发挥了5G大带宽、低时延等特性,为5G在制造领域的应用发挥了重要示范引领作用,部分环节生产效率提升了20%以上。湖南电信与中兴通讯将继续在5G工业领域应用部署等方面进行紧密合作,并进一步探讨、挖掘5G+智能制造新的商业模式,促进制造产业转型升级。