智能制造場(chǎng)景的5G應(yīng)用研究

王磊

【摘要】? ? 我國(guó)率先參與研發(fā)的5G技術(shù)，將對(duì)現(xiàn)有辦公形式產(chǎn)生較大促進(jìn)、革新影響，在先進(jìn)技術(shù)的引領(lǐng)下，制造產(chǎn)業(yè)也逐步推動(dòng)開發(fā)了智能制造的各類場(chǎng)景，以增大產(chǎn)業(yè)收益。本文結(jié)合某制造產(chǎn)業(yè)的智能化發(fā)展過程，分析5G技術(shù)在制造產(chǎn)業(yè)中的運(yùn)行模式，并在分別討論5G技術(shù)應(yīng)用特征及智能制造價(jià)值的過程中，將二者在應(yīng)用上的相似之處充分結(jié)合，由此便能展示出不同智能制造場(chǎng)景下的5G技術(shù)落實(shí)狀態(tài)，以期強(qiáng)化未來智能制造產(chǎn)業(yè)的領(lǐng)先性優(yōu)勢(shì)。

【關(guān)鍵詞】? ? 制造產(chǎn)業(yè)? ? 智能制造? ? 5G技術(shù)

引言：

我國(guó)早在2018年便經(jīng)科學(xué)研發(fā)，推出了第一個(gè)版本的5G應(yīng)用標(biāo)準(zhǔn)，隨后幾年中該項(xiàng)技術(shù)不斷應(yīng)用到各類產(chǎn)業(yè)，使生產(chǎn)制造行業(yè)形成了更高水平的智能化應(yīng)用趨勢(shì)。由此，便能在保障技術(shù)應(yīng)用絕對(duì)完整的程度下，進(jìn)一步提升產(chǎn)品制造優(yōu)勢(shì)，增強(qiáng)產(chǎn)業(yè)對(duì)外競(jìng)爭(zhēng)力。

智能制造場(chǎng)景可良好規(guī)劃出5G應(yīng)用路徑，借助5G技術(shù)的強(qiáng)大功能，使場(chǎng)景中各類技術(shù)的協(xié)調(diào)運(yùn)作更為順暢，提高產(chǎn)品與用戶之間的粘性連接程度，促使產(chǎn)品更具領(lǐng)先發(fā)展意識(shí)。

一、5G技術(shù)的應(yīng)用特征

1.1傳輸速度較高

通信技術(shù)發(fā)展到第五代，具備了更為強(qiáng)大的移動(dòng)寬帶建設(shè)水準(zhǔn)，由此便可為物聯(lián)網(wǎng)時(shí)代開啟高速通信傳遞的新篇章，并能在較高通信水平上，優(yōu)化通信質(zhì)量，幫助各產(chǎn)業(yè)類型完成各類網(wǎng)絡(luò)質(zhì)量需求較高的任務(wù)。

5G技術(shù)所具備的信息數(shù)據(jù)傳輸速度在實(shí)測(cè)中達(dá)到了4G技術(shù)的數(shù)十倍，理論上可達(dá)到的最高傳輸速度為每秒20G，所以該項(xiàng)技術(shù)在研發(fā)期間便引起了社會(huì)產(chǎn)業(yè)的討論熱潮，如此快捷的信息傳遞過程，勢(shì)必將為產(chǎn)業(yè)帶來全新發(fā)展功能，以便有效促進(jìn)產(chǎn)業(yè)以智能化建設(shè)需求來要求未來產(chǎn)業(yè)作業(yè)模式，保證產(chǎn)業(yè)高速發(fā)展。

1.2延遲性較低

我國(guó)通信網(wǎng)絡(luò)經(jīng)歷了幾代革新后，由2G到5G，這短短的數(shù)年間，網(wǎng)絡(luò)用戶對(duì)通信產(chǎn)業(yè)技術(shù)最直接的感受便是通訊變得更為快捷。3G技術(shù)的延遲時(shí)長(zhǎng)一般為幾百毫秒， 4G為十毫秒到100毫秒，而5G技術(shù)把延遲時(shí)間縮短為一到十毫秒，這種極低的延遲，能夠?qū)崿F(xiàn)信息快速及時(shí)的傳送，為未來的遠(yuǎn)程醫(yī)療指導(dǎo)、遠(yuǎn)程控制、智能制造流水線、汽車自動(dòng)駕駛等項(xiàng)目提供技術(shù)支持[1]。

從延遲時(shí)長(zhǎng)層面分析，這將對(duì)制造產(chǎn)業(yè)的發(fā)展起到絕對(duì)顛覆性的影響，尤其在精準(zhǔn)化需求較高的產(chǎn)業(yè)制造期間，延遲降低則指令由下達(dá)到響應(yīng)的時(shí)間被有效縮短，充分提升產(chǎn)業(yè)智能化發(fā)展的可行性。

1.3應(yīng)用覆蓋較廣

5G技術(shù)隨社會(huì)接納程度提高后，將不僅應(yīng)用在城鎮(zhèn)等區(qū)域內(nèi)，短時(shí)間便能根據(jù)較好的建設(shè)條件，將5G基站建設(shè)到農(nóng)村、偏遠(yuǎn)地區(qū)，由此將通信產(chǎn)業(yè)服務(wù)面積擴(kuò)大，提高全球化發(fā)展進(jìn)程水平。單以中國(guó)移動(dòng)這一通信企業(yè)在2020年前的5G技術(shù)建設(shè)范圍來說，便已經(jīng)將我國(guó)40余個(gè)城市內(nèi)部覆蓋，摩洛哥更是在華為公司的協(xié)同幫助下，實(shí)現(xiàn)了全國(guó)5G信號(hào)覆蓋的壯舉，成為全世界第一個(gè)落實(shí)5G技術(shù)全覆蓋的國(guó)家。

從應(yīng)用覆蓋面較廣這一特征分析技術(shù)應(yīng)用的領(lǐng)先性，當(dāng)制造產(chǎn)業(yè)應(yīng)用5G技術(shù)水平較高后，則企業(yè)內(nèi)部信息傳遞速度得到顯著提升，由此便能更加利于現(xiàn)有產(chǎn)業(yè)對(duì)產(chǎn)品開發(fā)、制造方式提出全新發(fā)展思路，極大優(yōu)化產(chǎn)業(yè)內(nèi)部發(fā)展態(tài)勢(shì)。

二、智能制造產(chǎn)業(yè)應(yīng)用5G技術(shù)的概述

制造產(chǎn)業(yè)接入智能化設(shè)備，僅代表產(chǎn)業(yè)擁有了開發(fā)智能制造的框架，但為實(shí)現(xiàn)智能制造作業(yè)，應(yīng)保證各設(shè)備在投入使用后，管理人員也能對(duì)設(shè)備管理采用智能化的操作方式，由此才是從內(nèi)到外將智能制造貫徹到位。制造企業(yè)開發(fā)智能制造模式，應(yīng)關(guān)注該項(xiàng)操作行為中的核心因素，保持CPS在各制造環(huán)境場(chǎng)景下的良好應(yīng)用水準(zhǔn)，由此便能促進(jìn)制造信息更好傳遞。CPS是信息物理集成系統(tǒng)，其組成中包括連接層、轉(zhuǎn)換層及認(rèn)知層等，通過5G網(wǎng)絡(luò)將系統(tǒng)各層連接到統(tǒng)一管理的平臺(tái)中，踐行智能化制造決策過程，完成智能生產(chǎn)作業(yè)目標(biāo)。

三、智能制造場(chǎng)景中應(yīng)用5G技術(shù)的思考

在5G技術(shù)鋪開應(yīng)用范圍后，智能制造在設(shè)備自動(dòng)化運(yùn)行下，要不斷深化智能理念對(duì)制造行為的領(lǐng)導(dǎo)力程度，以便傳統(tǒng)制造過程可在智能化應(yīng)用中具備更為強(qiáng)大的自主操作、自主檢測(cè)意識(shí)，實(shí)現(xiàn)智能化功能。

智能制造在產(chǎn)業(yè)中落實(shí)后，可通過高質(zhì)量的5G通信能力，來面對(duì)制造階段的各類挑戰(zhàn)，將5G通信技術(shù)的實(shí)際應(yīng)用范圍進(jìn)一步擴(kuò)大，幫助制造產(chǎn)業(yè)在低能耗、高智能發(fā)展趨勢(shì)中，獲得更高產(chǎn)品制造收益。

3.1人機(jī)交互的場(chǎng)景

智能制造產(chǎn)業(yè)在人機(jī)交互界面的設(shè)計(jì)上，要充分考慮操作人員在進(jìn)行人機(jī)交互時(shí)的真實(shí)操作感受，避免人機(jī)交互價(jià)值喪失，機(jī)械設(shè)備的實(shí)際應(yīng)用效率并未得到增強(qiáng)。比如生產(chǎn)信息系統(tǒng)內(nèi)部運(yùn)行要依靠完善的分系統(tǒng)來保證智能制造期間所產(chǎn)生的生產(chǎn)信息可被操作人員準(zhǔn)確獲取，諸如MES、ERP等系統(tǒng)信息，需在人機(jī)交互界面上展示出現(xiàn)階段生產(chǎn)信息，有效強(qiáng)化智能制造的生產(chǎn)行為科學(xué)性。該類場(chǎng)景主要在生產(chǎn)信息系統(tǒng)中存在兩個(gè)有效應(yīng)用部分，其一為幫助用戶準(zhǔn)確獲知設(shè)備應(yīng)用現(xiàn)況，其二為借用5G網(wǎng)絡(luò)來實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程訪問及控制功能。

使用5G技術(shù)主要是利用了它的較高傳輸效率及應(yīng)用上的可靠性，便于智能制造工廠更好落實(shí)人機(jī)交互形式下的操作同步性。

3.2自動(dòng)化流程場(chǎng)景

智能制造為落實(shí)妥善的自動(dòng)化流程，需要先將該流程場(chǎng)景下的開發(fā)技術(shù)支持因素進(jìn)行分析，采用5G技術(shù)對(duì)自動(dòng)化工廠進(jìn)行全面通信升級(jí)，該類智能制造產(chǎn)業(yè)主要面向電力、水、石油等材料的加工，此類材料對(duì)自動(dòng)化流程需求較高。將生產(chǎn)過程中的各種工藝參數(shù)進(jìn)行健康狀態(tài)監(jiān)控和自動(dòng)控制，以便流程自動(dòng)化工廠能按照通信期間產(chǎn)生的高低密度分布趨勢(shì)，來把人、機(jī)器和系統(tǒng)連接起來[2]。

使用自動(dòng)化流程，主要體現(xiàn)在無線傳感器的使用、機(jī)器之間的相互作用及人員對(duì)機(jī)器的操控、云數(shù)據(jù)及云計(jì)算處理技術(shù)操控設(shè)備安全運(yùn)行等。工廠為踐行智能制造理念，需要對(duì)廠內(nèi)各流程的加工趨勢(shì)進(jìn)行規(guī)劃，對(duì)智能化水平較高的產(chǎn)業(yè)來說，流程加工可具備較強(qiáng)的自適應(yīng)能力，以便操作人員對(duì)自動(dòng)化流程能保持更高的操作水準(zhǔn)。因此，5G的應(yīng)用可提高流程自動(dòng)化效率，減少內(nèi)部調(diào)度和材料交付等工業(yè)領(lǐng)域的勞動(dòng)力、材料和能源消耗等，還可配備5G移動(dòng)機(jī)器人，以滿足物料搬運(yùn)需求，將生產(chǎn)過程變得更具人性化理念，更好促進(jìn)智能制造產(chǎn)業(yè)發(fā)展。

3.3工廠操作的場(chǎng)景

工廠在操作期間，需要保持完整的自動(dòng)化應(yīng)用趨勢(shì)，這是智能制造產(chǎn)業(yè)進(jìn)行大規(guī)模生產(chǎn)工作的前期驅(qū)動(dòng)力，該階段更需要所有機(jī)器之間進(jìn)行高效通信，來執(zhí)行相關(guān)下發(fā)的指令。隨著制造過程產(chǎn)生數(shù)據(jù)量的增加，機(jī)器之間的聯(lián)網(wǎng)數(shù)量也會(huì)增加，因此工業(yè)生產(chǎn)需要為多種終端設(shè)備開展5G等先進(jìn)通信的研究[3]。

進(jìn)行工廠操作場(chǎng)景，需要使用到云計(jì)算功能，以便工廠智能制造期間產(chǎn)生的一切問題，都能及時(shí)上報(bào)至管理部門所使用的5G通信公共網(wǎng)絡(luò)平臺(tái)上，此時(shí)故障檢修人員對(duì)智能化設(shè)備的故障源頭進(jìn)行實(shí)時(shí)控制，并定位到該故障部位，將解決故障的時(shí)效性進(jìn)一步提升。工廠操作場(chǎng)景最需管理人員進(jìn)行關(guān)注的部分便是各類智能制造設(shè)備的維護(hù)問題，因5G網(wǎng)絡(luò)擁有較低的延遲性，所以能為工廠落實(shí)自動(dòng)化技術(shù)提供較穩(wěn)妥保障。

3.4物流及倉(cāng)儲(chǔ)場(chǎng)景

產(chǎn)品制造期間，應(yīng)對(duì)物流、倉(cāng)儲(chǔ)等部分制造場(chǎng)景保持較高關(guān)注，確保智能制造的成品可在物流運(yùn)輸及倉(cāng)儲(chǔ)保存期間也擁有一定智能化體現(xiàn)，保證產(chǎn)品數(shù)量、質(zhì)量在到達(dá)產(chǎn)品用戶手中之前，絕對(duì)準(zhǔn)確、安全。

另外，制造系統(tǒng)在進(jìn)行產(chǎn)品加工時(shí)，也需要對(duì)產(chǎn)品原材料及半成品的流通配送路徑做以準(zhǔn)確掌控，確保產(chǎn)業(yè)制造成本能在制造期間全流程內(nèi)保持較好的流通性，不丟失、不損壞。

5G技術(shù)使智能移動(dòng)機(jī)器人設(shè)備成為了全新的物流運(yùn)輸助手，借用該設(shè)備完成物資間的傳遞，可有效幫助產(chǎn)品完成智能配送、智能分揀等操作，有效體現(xiàn)出技術(shù)的自動(dòng)化能力。除此之外，物流倉(cāng)儲(chǔ)場(chǎng)景下的智能制造操作離不開廠站內(nèi)的公共網(wǎng)絡(luò)環(huán)境支持，唯有借用延遲時(shí)長(zhǎng)更低的5G網(wǎng)絡(luò)，方可實(shí)現(xiàn)各物資之間、物資與管理人員之間的交互過程。所以應(yīng)用5G可在物流倉(cāng)儲(chǔ)場(chǎng)景內(nèi)，完成設(shè)備更高效的移動(dòng)過程，增大配送儲(chǔ)存等業(yè)務(wù)開展時(shí)對(duì)外界信息敏銳察覺的能力，有效改善智能制造應(yīng)用水平。

3.5后臺(tái)維養(yǎng)的場(chǎng)景

智能制造雖然在借助了各類智能、自動(dòng)技術(shù)后，擁有了更高的設(shè)備智能水平，但機(jī)械設(shè)備會(huì)在長(zhǎng)期使用下出現(xiàn)安全隱患，影響智能制造效率。因此使用5G技術(shù)搭建出的工廠內(nèi)部網(wǎng)絡(luò)平臺(tái)，對(duì)各類智能化設(shè)備進(jìn)行有效監(jiān)督，有其必要性，并可以在監(jiān)控中發(fā)現(xiàn)部分設(shè)備存在不良智能制造過程，由此進(jìn)行針對(duì)性的維修、養(yǎng)護(hù)作業(yè)，成為了后臺(tái)操作中的必要工作內(nèi)容。

操作機(jī)械較易因制造過程強(qiáng)度過高而產(chǎn)生損壞，因此，后臺(tái)監(jiān)控主要是感知各類設(shè)備的實(shí)際運(yùn)作情況，根據(jù)規(guī)范制造標(biāo)準(zhǔn)與現(xiàn)有制造情況做對(duì)比性分析，從而找尋出生產(chǎn)效率較低的根本原因。此時(shí)，進(jìn)行的維護(hù)、保養(yǎng)操作能更具針對(duì)性，在不損害現(xiàn)有制造效率同時(shí)，從設(shè)備實(shí)際運(yùn)行狀況出發(fā)，對(duì)設(shè)備進(jìn)行預(yù)測(cè)維養(yǎng)，提高設(shè)備在智能制造期間的運(yùn)作性能。

四、結(jié)束語

綜上，制造產(chǎn)業(yè)是我國(guó)基礎(chǔ)產(chǎn)業(yè)類型，在新時(shí)期中融合5G技術(shù)使制造過程更具智能化、自動(dòng)化水平，由此便可減少制造場(chǎng)景下的資源、能源浪費(fèi)情況，解放人工勞動(dòng)力，為制造產(chǎn)業(yè)創(chuàng)造出全新、蓬勃的生命力。在人機(jī)交互、自動(dòng)化流程、工廠操作、物流及倉(cāng)儲(chǔ)、后臺(tái)維養(yǎng)等場(chǎng)景內(nèi)，5G技術(shù)能憑借其較高網(wǎng)絡(luò)傳輸速度，對(duì)制造指令做以及時(shí)傳遞，由此便能將制造過程中的智能化水平再度提升，滿足制造企業(yè)在社會(huì)發(fā)展下的各項(xiàng)功能需求。

參? 考? 文? 獻(xiàn)

[1]張寶英，林若云.5G背景下中國(guó)制造業(yè)“十四五”時(shí)期發(fā)展趨勢(shì)與應(yīng)對(duì)[J].經(jīng)濟(jì)研究參考，2020（10）：21-32.

[2]王成，方凱正，郭苑等.5G在動(dòng)力電池智能制造中的應(yīng)用趨勢(shì)[J].電池，2020，50（02）：177-178.

[3]史彥軍，韓俏梅，沈衛(wèi)明等.智能制造場(chǎng)景的5G應(yīng)用展望[J].中國(guó)機(jī)械工程，2020，31（02）：227-236.