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智慧製造的具體標準
首先,我們要了解一下智慧製造的標準。工業和資訊化部現開展2018年智慧製造試點示範專案推薦工作,明確了2018年智慧製造試點示範專案要素條件,下面讓我們來了解一下
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1.車間/工廠的總體設計、工藝流程及佈局均已建立數字化模型,並進行模擬模擬,實現規劃、生產、運營全流程數字化管理。
2.應用數字化三維設計與工藝技術進行產品、工藝設計與模擬,並透過物理檢測與試驗進行驗證與最佳化。建立產品資料管理系統(PDM),實現產品設計、工藝資料的整合管理。
3.製造裝備數控化率超過70%,並實現高檔數控機床與工業機器人、智慧感測與控制裝備、智慧檢測與裝配裝備、智慧物流與倉儲裝備等關鍵技術裝備之間的資訊互聯互通與整合。
4.建立生產過程資料採集和分析系統,實現生產進度、現場操作、質量檢驗、裝置狀態、物料傳送等生產現場資料自動上傳,並實現視覺化管理。
5.建立車間製造執行系統(MES),實現計劃、排程、質量、裝置、生產、能效等管理功能。建立企業資源計劃系統(ERP),實現供應鏈、物流、成本等企業經營管理功能。
6.建立工廠內部通訊網路架構,實現設計、工藝、製造、檢驗、物流等製造過程各環節之間,以及製造過程與製造執行系統(MES)和企業資源計劃系統(ERP)的資訊互聯互通。
7.建有工業資訊保安管理制度和技術防護體系,具備網路防護、應急響應等資訊保安保障能力。建有功能安全保護系統,採用全生命週期方法有效避免系統失效。
5G帶來的關鍵技術
在核心網方面,5G應該說很好地採用了NFV(網路功能虛擬化)和SDN(軟體定義網路)的理念,大部分是基於軟體和硬體分離的架構。在大家看起來都是伺服器,在上面虛擬出很多不同的功能單元,從網路功能設計來看,也更好地實現了控制和資料平面的分離。其次,在網路架構方面,進一步向扁平化發展,過去2G、3G的四層,到4G已經變成三層,到5G更加簡潔,變成兩層,而且很多應用了移動邊緣計算。核心網標準重點落實像網路切片、移動邊緣計算,確保端到端使用者的安全。
另外,5G技術的技術優勢還體現在毫米波、小基站、大規模天線、波束成形這幾大技術上。考慮到5G的先進性和經濟性兩個方面,5G網路建設分為非獨立組網和獨立組網兩種模式。所謂獨立組網就是採用5G新的空口接入到5G新的核心網,端到端都是完整5G的標準。非獨立方式更多體現在核心網部分,也就是說,有些運營企業在初級階段仍然用4G核心網接入5G新的介面作為過渡以減少初期投資。
在推動物聯網落地過程中,比如eMBB能支撐起遠端影片監控、影片會議等高頻寬的應用場景;mMTC能滿足大量低功耗嵌入式終端的資料連線與傳輸需求。URLLC可以將網路等待時間的目標壓低到1毫秒以下,以支撐工業自動化控制過程中系統和裝置對資料傳輸的實時性的諸多指標和要求。
5G將支撐工業的智慧製造
1.物聯網
隨著工廠智慧化轉型的推進,物聯網作為連線人、機器和裝置的關鍵支撐技術正受到企業的高度關注。這種需求在推動物聯網應用落地的同時,也極大的刺激了5G技術的發展。面對複雜的工業互聯需求,5G技術需要適應不同的工業場景,能滿足物聯網的絕大部分連線需求。因此,5G與物聯網是相輔相成的關係,物聯網應用落地依賴於5G提供不同場景的無線連線方案,而5G技術標準的成熟也需要物聯網應用需求的刺激和推動。
2.工業自動化控制
自動化控制是製造工廠中最基礎的應用,核心是閉環控制系統。在該系統的控制週期內每個感測器進行連續測量,測量資料傳輸給控制器以設定執行器。典型的閉環控制過程週期低至ms級別,所以系統通訊的時延需要達到ms級別甚至更低才能保證控制系統實現精確控制,同時對可靠性也有極高的要求。如果在生產過程中由於時延過長,或者控制資訊在資料傳送時發生錯誤可能導致生產停機,會造成巨大的財務損失。5G可提供極低時延長、高可靠,海量連線的網路,使得閉環控制應用透過無線網路連線成為可能。基於華為5G的實測能力:空口時延可到0.4ms,單小區下行速率達到20Gbps,小區最大可支援1000萬+連線數。由此可見,行動通訊網路中僅有5G網路可滿足閉環控制對網路的要求。
3.物流追蹤
在目前已成規模的機器對機器市場中,其應用將包括人員跟蹤和在途高價商品等。但(較)高連線成本限制了該市場的增長。預計5G將在深度覆蓋、低功耗和低成本(規模經濟)以及作為3GPP標準技術方面提供額外優勢。5G提供的改進將包括在廣泛產業中最佳化物流,提升工人安全和提高資產定位與跟蹤的效率,從而最小化成本。它還將擴充套件能力以實現動態跟蹤更廣泛的在途商品。隨著線上購物增多,資產跟蹤將變得更加重要。在物流方面,從倉庫管理到物流配送均需要廣覆蓋、深覆蓋、低功耗、大連線、低成本的連線技術。此外,虛擬工廠的端到端整合跨越產品的整個生命週期,要連線分佈廣泛的已售出的商品,也需要低功耗、低成本和廣覆蓋的網路,企業內部或企業之間的橫向整合也需要無所不在的網路,5G網路能很好的滿足這類需求。
4.工業AR
在未來智慧工廠生產過程中,人將發揮更重要的作用。然而由於未來工廠具有高度的靈活性和多功能性,這將對工廠車間工作人員有更高的要求。為快速滿足新任務和生產活動的需求,增強現實AR將發揮很關鍵作用,在智慧製造過程中可用於如下場景:如:監控流程和生產流程。生產任務分步指引,例如手動裝配過程指導;遠端專家業務支撐,例如遠端維護。在這些應用中,輔助AR設施需要最大程度具備靈活性和輕便性,以便維護工作高效開展。因此需要將裝置資訊處理功能上移到雲端,AR裝置僅僅具備連線和顯示的功能,AR裝置和雲端透過無線網路連線。AR裝置將透過網路實時獲取必要的資訊(例如,生產環境資料、生產裝置資料、以及故障處理指導資訊)。在這種場景下AR眼鏡的顯示內容必須與AR裝置中攝像頭的運動同步,以避免視覺範圍失步現象。通常從視覺移動到AR影象反應時間低於20ms,則會有較好的同步性,所以要求從攝像頭傳送資料到雲端到AR顯示內容的雲端回傳需要小於20mms,除去螢幕重新整理和雲端處理的時延,則需無線網路的雙向傳輸時延在10ms內才能滿足實時性體驗的需求。而該時延要求,LTE網路無法滿足。
5.雲化機器人
在智慧製造生產場景中,需要機器人有自組織和協同的能力來滿足柔性生產,這就帶來了機器人對雲化的需求。和傳統的機器人相比,雲化機器人需要透過網路連線到雲端的控制中心,基於超高計算能力的平臺,並透過大資料和人工智慧對生產製造過程進行實時運算控制。透過雲技術機器人將大量運算功能和資料儲存功能移到雲端,這將大大降低機器人本身的硬體成本和功耗。並且為了滿足柔性製造的需求,機器人需要滿足可自由移動的要求。因此在機器人云化的過程中,需要無線通訊網路具備極低時延和高可靠的特徵。5G網路是雲化機器人理想的通訊網路,是使能雲化機器人的關鍵。5G切片網路能夠為雲化機器人應用提供端到端定製化的網路支撐。5G網路可以達到低至1ms的端到端通訊時延,並且支援99.999%的連線可靠性,強大的網路能力能夠極大滿足雲化機器人對時延和可靠性的挑戰。
5G技術將實現了產品,員工和裝置的一體化連線,在規範了企業治理的同時,也極大的提高了企業的生產效率,推動了企業的智慧製造化道路。
金智創新致力於成為產業創新的橋樑,圍繞新一代資訊科技、高階裝備製造、生物醫藥、新材料、節能環保等戰略性新興產業領域,及時釋出有價值的行業動態、專家觀點、政策解讀、資料資訊,為企業制定創新和產業發展戰略提供智力支撐,為科技成果轉化提供精準對接服務,為金融機構產業投資提供決策參考。
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現在有個熱詞叫做5GABC,A就是指的A.I.人工智慧,人工智慧就是5G體系中的一個重要支柱,必須要了解。
首先,為什麼要有人工智慧?這源於我們人類智慧的侷限性,我們人類有觸覺,嗅覺,味覺,聽覺。視覺五種感覺,然後基於這五種感覺在大腦中進行分析判斷,在人類上百萬年的進化中,我們處理的都是徒步的速度。
但現在生活中,很多場景已經遠遠超越了人體的這種本能,例如開車,現在動輒每小時上百公里的速度,這已經完全超越了我們人類的觀察和控制能力,反應慢了一秒,50米的距離就出去了。
在漫長的歷史長河中交往,人類的遷徙能力是,絕大多數人都在家鄉度過一生,即使出遠門,那與外鄉人交流時使用的也是同一門語言。
而現在已經全球化了,特別是有了網路之後,人們的交流擺脫了物理空間的限制,但語言又成為了新的障礙。對於我們絕大多數人來說,學習一門外語是很困難的事兒,因此我們就需要一個萬能的翻譯機。
所以說,科技改變了我們的生活和生產方式,但同時又帶來了新的需求和挑戰。於是我們就試圖著透過一些感測器來延伸人類的感知,利用處理器來輔助我們做更快速科學的判斷,這就是人工智慧的由來。
很多人認為人工智慧是一項技術,其實人工智慧包含許多技術。如果一個系統擁有,語音識別,影象識別檢索,自然語言處理,機器翻譯,機器學習中的一個或幾個能力,就認為它擁有一定的人工智慧。
現在網約車改變了招手打車模式,解決了人找不到車,車找不到人的問題,大大降低了空駛率,極大地方便了生活。
但這個進步還遠遠不夠,如果有了永遠不會出交通事故的,無人駕駛的,招之即來,揮之即去,自動結算的網約車,那將會給我們現有的交通方式又會帶來一次革命性的變化。
而這個美好的願景在現在看來並不很難實現,自動駕駛汽車不過是站在4個輪子上的機器人罷了,它利用各種感測器採集道路的情況,並透過5G網路實時接收雲端傳來的道路導控指令,再使用北斗精準定位系統和高精度地圖確定自身位置,向控制系統發出指令,實現加速、剎車、變道、跟隨、停車、泊車等各種指令,這項技術已經實現。
另外,在生產領域,人工智慧將取代大多數產業工人。例如搬運機器人,焊接機器人,裝配機器人,真空機器人,碼垛機器人,噴漆機器人,切割機器人,清潔機器人將成為生產的主力,原有的產業工人崗位行將消亡,這是社會的重大進步。
在人工智慧的加持之下,更加人性化、個性化、智慧化的服務機器人將會出現,醫療看護、殘障輔助、家務處理…都會由人工智慧來主導。
在醫療領域,人工智慧將會大放異彩。首要的就是智慧健康管理,現在已經有了一些穿戴式健康檢測裝置,例如電子手環可以檢測到心跳脈搏甚至血壓,還有一種連續監測14天的血糖儀,但這些健康監測資料的處理還比較粗糙。
將來,每一個人都有一個雲端的智慧健康監控系統,穿戴式健康檢測裝置將各種資料傳到雲上,透過人工智慧的方法對這些大資料進行統計分析,可以進行健康的風險識別。
當發現問題時會自動提交給你的主治醫生,當探測到昏迷等極端異常時,雲端會自動通知120進行醫療干預。
除了智慧健康管理,遠端手術也將普及,世界上最有代表性的就是達芬奇手術系統,醫生在遠端操控的終端,而另一端的手術檯是一個三個機械手臂的機器人,負責對病人進行手術,每一條機械手臂的靈活性都遠超過人,而且帶有攝像機可以進入人體手術內部,因此不僅手術的創口非常小,還能實施一些普通醫生一生都難以完成的手術。
目前全世界共裝配了3000臺,3000多臺達芬奇機器人,完成了300萬例手術。
人工智慧還能應用於化合物研製藥和研發新藥,透過人工智慧平臺研究人體健康組織,探究人體分子和細胞自身防禦組織以及發病原理機理,利用人工智慧和大資料來推算人體自身分子潛在的藥物化合物。
網際網路分上下場,上半場是PC網際網路,移動網際網路,靠著人口紅利,流量紅利和內容福利。但這個時代已基本結束了,下半場,就是5g的人工智慧。
美國白宮接連發布三份關於人工智慧的政府報告,是世界上第1個將人工智慧發展上升到國家戰略層面的國家,人工智慧的戰略規劃被視為美國新的阿波羅登月計劃,美國希望在人工智慧領域擁有在網際網路時代一樣的霸主地位。
美國總統行政辦公室,與美國國家科學與技術委員會,聯合釋出了《為人工智慧的未來做好準備》的報告,特別提出了,全體公民需要準備接受人工智慧教育。
日本的機器人產業佔國家經濟增長的比重,遠超過世界上其他國家,特別是近年來日本的出生率下降,人口老齡化等社會問題日益嚴峻,日本將未來發展的希望寄託於人工種智慧。
正在脫歐過程中的英國也在努力爭當人工智慧的全球領導者。
我們國家也制定了《新一代人工智慧發展規劃》,提出了到2030年的三步走發展戰略目標,正在由跟跑走向領跑。
那人工智慧會產生新的危險嗎?人工智慧會不會主導我們人類?這其實是不會的,但人工智慧會引發個人隱私洩露的風險,這的確需要警惕。
總之,人工智慧是5g時代的必然趨勢。它並不是一項技術手段,而是一種社會變革,每個人都身在其中,因此每個人都應該瞭解。