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第四次工业革命到来!5G工厂如何搅动新时代风云

2019年4月10日 16:07  赛立信通信研究  作 者:谢剑超

自工业革命启动机械化制造业以来,已有200多年的历史。随着5G技术的到来,该行业面临着最大的转型。第四次工业革命,俗称“工业4.0”,将迎来智能工厂。在未来的工厂中,连接的设备可以感知其环境并相互操作,从而做出分散的决策。这种转变将依赖于下一代5G网络的基础功能。

随着韩国5G商用发展,5G工厂已不再流于概念,而是有真实实现的案例。为跟上时代发展的步伐,其他国家也抓紧5G工厂的探索,国内也开始5G工厂的相关研究与建设。

5G即将到来,5G服务首先将应用于工业领域,制造业的工厂将成为运营商的第一个5G客户。本文将分析早期5G工厂实例,及近期5G工厂的探索进展,分析5G工厂的未来走向。

韩国5G工厂实例

2018年12月1日,韩国三大运营商SK、KT与LG U+宣布在韩国部分地区推出5G服务。由于没有5G商用智能终端,所以韩国5G的用户主要是企业用户。随后,韩国工业部门与包括SK Telecom,三星电子,微软韩国,爱立信LG和西门子韩国在内的19家公司和组织建立了5G智能工厂联盟,计划到2022年创建3万个智能工厂和10个智能工业区。

SK Telecom工业用例

(一)SK 5G工厂解决方案

SK Telecom 的5G工厂解决方案包括多功能协作机器人、智能生产设备(Smart Base Block)、小型自动驾驶机器人(AMR)、扩增实境(AR)以及5G+AI的机器视觉。

SK 5G工厂解决方案

来源:SK Telecom

(二)SK Telecom 5G工厂实例——5G汽车零部件工厂

SK Telecom的首个5G用户是汽车零部件公司Myunghwa Industry。该5G工厂利用5G网络将生产线上的高清图片和视频传送到云端服务器,再通过AI分析图像,以“5G+AI机器视觉”检查产品是否有无缺陷,提高生产线质量。

SK Telecom 5G+AI机器视觉

来源:SK Telecom

(1)当部件通过传送带时,一个1200万像素的摄像头则从各个方向拍摄24张照片。


(2)当图片通过5G网络发送到云服务器时,AI会读取图片并检查是否有任何缺陷并通知结果,机械臂过滤掉有缺陷的产品,完成此过程只需不到8秒。


SK Telecom 5G+AI机器视觉主要利用5G高可靠性、低延迟性的特性,结合人工智能(AI),与边缘计算(MEC)实现生产流程的高速运转。采用“5G结合AI的视觉机器”方案,代替人工检查有缺陷的产品,人均生产量提升2倍。


边缘计算(MEC)有助于实现5G的全部潜力,边缘计算尽可能靠近设备和用户,以实现某些应用程序所需的低延迟。

来源:SK Telecom

KT工业用例

(一)KT 5G工厂实例——第一个5G造船厂

韩国造船厂现代重工(HHI)工厂,是基于KT 5G 转化为在世界上第一个5G造船厂,透过联网监视器和增强现实(AR)眼镜,解决现代重工的生产现场的各种问题。

增强现实(AR)眼镜实现错误检修

生产现场员工的实时监控

船东实时确认订购的船舶的实际状况。

夜间巡逻的保安人员通过安装在颈带上的相机发现背部紧急情况,并采取相关安全措施。


(二)KT 5G工厂实例——5G时尚智能工厂

KT与韩国时尚批发商apM Group和智能工厂公司RS Automation合作,开发基于5G移动网络的时尚产品智能工厂解决方案,建立智能工厂基础设施,为缝纫工厂开发智能机器人,并用大数据分析时尚趋势。

智能工厂解决方案将根据基于大数据分析的时尚趋势,改善工作条件,提高产量并提供差异化的购物体验。KT表示,它将把解决方案应用于与apM Group的大约4000家缝纫工厂。

韩国造船厂现代重工主要运用AR、高清影像、AI等应用。韩国时尚批发商apM Group则供应链的前端数据来指导工厂的改变,实现供应链的智能化与工厂智能化的无缝结合。

LG U +5G工厂实例——5G遥控拖拉机

LG U +的首个5G客户是与工业机械和先进零件的公司LS Mtron共同开发“5G遥控拖拉机”,基于5G的远程控制技术可以最大限度地减少人员参与危险工作,例如清除矿井和工业废物处理。

其他国家5G工厂实例

英国5G工厂实例

博世5G工厂实验

德国博世(Bosch)和英国Worcester 5G 联盟联手,共同在英国的Worcester 开办英国第一个5G 工厂,作为其智慧工厂布局中的第一个关键实验,借以测试5G传输速度和延迟性。智慧工厂成立之后,自动化生产力可望成长不少,有效减少生产损失,并扩大发展业务。

Worcester 5G 联盟成员包含华为、O2(西班牙的电信公司)以及BT(英国电信的公司)。


美国5G工厂实例


AT&T与三星5G半导体加工厂

AT&T宣布跟三星电子推出5G创新中心,这个创新中心将设在三星位于德州奥斯汀的半导体加工厂,未来将测试并研发智能工厂技术,包括定位服务、物联网(IoT)环境监测传感器、4K安全管理摄影机。主要针对5G的几项应用。


例如以4K影片提升厂房安全,以工业物联网(IIoT)传感器监测环境和设备状态,以虚拟现实(VR)进行员工培训。最终实现降低成本和提高效率,提高半导体精准度。

国内5G工厂实例

中国移动5G工厂实例


爱立信5G智能工厂试点

中国移动 5G 联合创新中心提出5G智能工厂解决方案,包含五大场景(工业自动控制、人员操作交互、物料供应管理、设备检测管理、环境检测管理)、三大切片(工业控制切片、工业多媒体切片、工业物联网切片)、三朵云(边缘云、核心云、远端云)。


5G智能工厂解决方案视图

来源:中国移动 5G 联合创新中心创新研究报告—5G与智能工厂

目前,中国移动与爱立信联手开展5G智能工厂改造应用试点,因当前5G还未商用,所以爱立信工厂采用平滑过渡的方案,场景选择物联网、多媒体。当5G正式商用后,则通过升级终端模组等方式,实现效果提升。


爱立信工厂5G解决方案

来源:中国移动 5G 联合创新中心创新研究报告—5G与智能工厂

中国联通5G工厂实例


中国商飞5G智慧工厂

中国联通联合中科院、海尔数字、格力、北汽福田、富士康、东土科技、树根互联、航天云网、徐工信息等46家单位共同发起成立了中国联通5G工业互联网产业联盟。


中国联通联合中国商飞将上海飞机制造有限公司厂区打造为5G智慧厂区。基于安全可靠的5G网络环境,以及5G的高带宽、低时延、高并发的特点实现了数控车间的全连接,以及复合材料全生命周期管控、工业双相机对现场图像数据与云端数模的快速对比、AR远程设备巡检和维护等,实现5G在工业场景应用的落地。

灯塔工厂的启示


“灯塔工厂”指的是成功将第四次工业革命技术从试点阶段推向大规模整合阶段的工厂,他们借此实现了重大的财务和运营效益。


世界论坛从1000多家制造商中确立 16 个为“灯塔工厂”,(包括由拜耳、宝马、博世、丹佛斯、UPS 参股的Fast Radius、富士康、海尔、强生、Phoenix Contact、宝洁、Rold、Sandvik Coromant、沙特阿美、施耐德电气、西门子和塔塔钢铁运营的工厂)。而中国企业,只有 2 个属于灯塔工厂:富士康、海尔。


全球“灯塔工厂”网络

来源:世界经济论坛白皮书《第四次工业革命:制造业技术创新之光》

互联网化、智能化和灵活的自动化三大技术趋势是工业革命4.0主要驱动因素:互联网化,在离散的网络节点之间建立连接,提高可见度;智能化,自动完成事件识别并转化为决策;灵活的自动化,整合响应机制,自动化和远程活动。


推动生产科技变革因素

来源:世界经济论坛白皮书《第四次工业革命:制造业技术创新之光》

富士康:利用工业AI实现预测


富士康工业互联网平台就是以核心制造为基础+边缘计算与雾小脑(Fog AI)+富士康工具机云(Machines Tool Micro Cloud)与工业APP+富士康云平台(Fii Cloud)。


富士康云平台(Fii Cloud)是一个基于开放平台的新型工业生态系统,整合了云端运算、物联网、人工智能等新技术,实现商业模式、生产模式、运营模式、决策模式等创新。


目前,富士康云平台已形成完整的生态体系。其搭载了7类工业App共计1,228个,提供了设计、生产、管理、服务等一系列创新性业务应用。


区别其他灯塔工厂主要是工厂自动化、降低库存,富士康还利用 “工业人工智能”(Industrial AI)做预测。富士康提出雾小脑(Fog AI),雾小脑(Fog AI)是一个智慧控制体系,更贴近终端设备,能更快速、安全、智能的处理数据,有效解决信息延迟问题,同时在边缘产生重要的数据模型与决策机制。


灯塔工厂在没有5G的情况下,已实现大规模的自动化与智能化,5G作用是主要用来实现灯塔工厂想做,但受限于技术而还未做的领域。运营商可以从灯塔工厂角度出发,5G还能为灯塔工厂做什么,这是5G更真实的应用需求。

5G工厂未来探索分析

2018年全球智能制造及智能工厂相关市场规模约2,500亿美元,而2020年智能制造的市场规模则将上看3,200亿美元以上;其中,2017~2020年产值的年复合成长率更达12.5%。显见智能制造已是全球产业发展上的主流趋势。运营商如何在5G工业互联中避免管道化?

运营商如何切入5G工厂的构建

5G本身不会重新设计工厂生产线或定义工业流程; 然而,它可以成为新运营模式的推动者。为了取得成功,5G必须嵌入到工业自动化过程中。首先,复制现在有线工业的以太网系统的功能,以支持现有的控制器、开关、传感器和执行器。然后,随着机器和生产线本身的重新设计,改进和自动化,有机会使5G成为工业物联网发展的一部分。最后,从产业链上下游切入,类似KT与时尚公司构建智能工厂,从消费者时尚趋势的分析,到个性化生产的一整套的解决方案。

运营商如何弥补行业领域知识

电信运营商无法像富士康工业互联(FII)更了解工业运营。5G系统设计为了确定性能要求,电信运营商需要与潜在用户和未来客户互动。以一个有效沟通方式成立5G工业联盟,类似韩国5G智能工厂联盟、中国联通发起工业互联网产业联盟。


5G工业联盟是由工业公司,技术供应商和运营商组成的行业组织,致力于协调不同部门的需求,有助于确保用户能获得所需的产品和功能。

运营商该首先部署什么5G应用

目前5G工厂实例的应用主要集中在机器视觉、AR/VR、高清视频监控。同样海尔工业智能研究院技术总监表示率先落地5G应用,主要是机器视觉、AR技术,实现基于安全管理行为类的监控、新员工的上岗培训、质量的检测等。

5G工厂是5G相关技术的应用、垂直行业专业知识、人工智能等完美结合的结果。运营商在把握5G相关技术之余,更要深入了解各个垂直行业专业知识,构建基于行业知识的工业AI,才能争夺更大的市场价值空间。

编 辑:章芳
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