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              5G——工业互联网的入场券

              发布时间:2019/12/13 9:16:55  点击量: 次

               随着新一代信息技术与制造业的深度融合,许多国家、许多企业都意识到协同制造联网,是代表新一代信息技术与制造业深度融合创新大方向的顶级生态系统。未来的工业互联网平台,既包括生产设备、生产材料、生产产品等硬件领域,也包括各种管理软件、数据和服务领域。信息通信技术与制造业深度融合,工业生产向数字化转型升级的趋势愈发明显,数字化的知识和信息数据已成为关键生产要素

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              新平台

              美国通用电气公司(GE)推出的Predix云平台是一个的工业操作系统,其中有很多模块可以由各个企业根据其行业背景,构建适用于自己的解决方案。Predix主要是三层架构,是面向工业领域的第一个基于工业大数据的云平台,底部是提供基础设施服务的IaaS层,中间是平台PaaS层,最上端软件及服务层SaaS。Predix利用这三层云计算架构,将各种工业设备或机器以及供应商等相互联结,提供资产性能管理(APM)和运营优化服务,每天监控和分析来自数万亿设备资产上的千万个传感器所发回的5000万条大数据,帮助客户优化资源配置和业务流程,减少风险和实现100%无故障运行。

              GE将这个平台开放给所有工业合作伙伴,期望未来形成一个巨大的、完善的生态系统,由各个企业积极开发具有行业辐射效果的工业应用软件(APP),并在此平台上发布共享、互相借鉴、互惠互利。

              平台作为“工业操作系统”的定位,既对设备、软件、用户、开发者、数据等不同要素的管理与服务能力,同时又考虑了平台的基础技术和投入产出要求。其中,平台资源管理和应用服务,重点包括设备接入、软件部署、用户和开发者管理、数据管理、存储计算服务、应用开发服务、平台间调用服务、安全防护服务和新技术服务共9个子项;平台基础技术和投入产出能力,涵盖了平台架构设计、关键技术、研发投入、产出效益、应用效果和质量审计共6方面内容。 

              02

              新业态

              GE将这个平台开放给所有工业合作伙伴,期望未来形成一个巨大的、完善的生态系统,由各个企业积极开发具有行业辐射效果的应用软件(APP),并在此平台上发布共享、互相借鉴、互惠互利。

               5G的商用正好使互联网进入下半场,消费互联网深化和工业互联网起步的时期,也是大数据和人工智能的基础,发现势头正旺的时期,5G生逢其时,将开拓在消费领域、产业领域的新应用,5G的再出发还会出现我们现在还想象不到的新业态。例如:制造能力的平台化,通过将数据化的制造资源在平台上进行模块化部署,进而实现制造能力(工业设计APP、工业检测APP、工业仿真APP等)在线交易。

              随着工业互联网的应用发展,网络和实体系统将紧密联系在一起,也就是物联网将生产现场的处理器、传感器连接起来,使得机器人之间可以进行通信,可以互相沟通,形成智能工厂。智能工厂是5G技术的重要应用场景之一。利用5G网络将生产设备无缝连接,并进一步打通设计、采购、仓储、物流等环节,使生产更加扁平化、定制化、智能化,从而构造一个面向未来的智能制造网络。在未来智能工厂生产的环节中涉及到物流、上料、仓储等方案判断和决策,5G技术能够为智能工厂提供全云化网络平台。精密传感技术作用于不计其数的传感器,在极短时间内进行信息状态上报,大量工业大数据通过5G网络收集起来,庞大的数据库开始形成,工业机器人结合云计算的超级计算能力进行自主学习和精确判断,给出最佳解决方案。在一些特定场景下,借助5G下的D2D(Device-to-Device,意为:设备到设备)技术,物体与物体之间直接通信,进一步降低了业务端到端的时延,在网络负荷实现分流的同时,反应更为敏捷。

              03

              新趋势

              数据是智能工厂的命脉。基于系统性分析,数据将有助于推动各流程顺利开展,检测运营失误,提供用户反馈。当规模和范围均达到一定水平时,数据便可用于预测运营和资产利用效率低下的问题,以及采购量和需求量的变动。智能工厂内部数据可以多种形式存在,且用途广泛,例如与环境状况相关的离散信息,包括湿度、温度或污染物。数据的收集和处理方式,以及基于数据采取相应行动才是数据发挥价值的关键所在。要实现智能工厂的有效运作,制造企业应当采用适当的方式持续创建和收集数据流,管理和储存产生的大量信息,并通过多种可能比较复杂的方式分析数据,且基于数据采取相应行动。

              注释:1ZB=1024PB, 1PB=1024TB, 1TB=1024GB

              此外,智能制造系统里还有人机交互,即人和机器人之间的互动。还有用人工智能驱动、优化产品和流程等。工厂需要做一些预测性维护或者是预测机器的能耗等等,越来越多的这些功能都可以在智能工厂里实现,工业互联网平台发展整体呈现四大特征。

               (1)泛在连接。即具备对设备、软件、人员等各类生产要素数据的全面采集能力。

               (2)云化服务。即实现基于云计算架构的海量数据存储、管理和计算。

              (3)知识积累。即能够提供基于工业知识机理的数据分析能力,并实现知识的固化、积累和复用。

              (4)应用创新。能够调用平台功能及资源,提供开放的工业APP开发环境,实现工业APP创新应用。

              我国工业互联网战略的主要任务其中有一条就是夯实网络基础

              推动网络改造升级提速降费。面向企业低时延、高可靠、广覆盖的网络需求,大力推动工业企业内外网建设。加快推进宽带网络基础设施建设与改造,扩大网络覆盖范围,优化升级国家骨干网络。

              信息化革命愈演愈烈,机器设备、人和产品等制造元素不再是独立的个体,它们通过工业物联网紧密联系在一起,实现更协调和高效的制造系统。

              在5G网络的连接下,智能工厂成为了各项智能技术的应用平台。除了上述四类技术的运用,智能工厂有望与未来多项先进科技相结合,实现资源利用、生产效率和经济收益的最大化。例如借助5G高速网络,采集关键装备制造、生产过程、能源供给等环节的能效相关数据,使用能源管理系统对能效相关数据进行管理和分析,及时发现能效的波动和异常,在保证正常生产的前提下,相应地对生产过程、设备、能源供给及人员等进行调整,实现生产过程的能效提高;使用ERP(Enterprise Resource Planning,意为:企业资源计划)进行原材料库存管理,包括各种原材料及供应商信息。当客户订单下达时,ERP自动计算所需的原材料,并且根据供应商信息即时计算原材料的采购时间,确保在满足交货时间的同时做到库存成本最低甚至为零。

              因此,5G时代的智能工厂将大幅改善劳动条件,减少生产线人工干预,提高生产过程可控性,最重要的是借助于信息化技术打通企业的各个流程,实现从设计、生产到销售各个环节的互联互通,并在此基础上实现资源的整合优化,从而进一步提高企业的生产效率和产品质量。

              5G能支持1000亿级别物的连接,并提供工业级的可靠性和实时性,这些能力使得5G能成为支撑工业互联网战略顺利实施的关键基础。

              传统制造业时代,材料、能源和信息是工厂生产的三个要素。传统制造业发展的历史,就是工厂利用材料、能源和信息进行物质生产的历史。材料、能源和信息领域的任何技术革命,必然导致生产方式的革命和生产力的飞跃发展。但是,随着移动互联网和云计算、大数据技术的发展,计算机到智能手机等移动终端的演进,越来越多功能强大的智能设备以无线方式实现了与互联网或设备之间的互联。由此衍生出物联网、服务互联网和数据网,推动着物理世界和信息世界以信息物理系统(CPS)的方式相融合。也可以说,是这种技术进步使得制造业领域实现了资源、信息、物品、设备和人的互通互联。

              而未来,通过互通互联,云计算、大数据这些新的互联网技术,和以前的自动化的技术结合在一起,生产工序实现纵向系统上的融合,生产设备和设备之间,工人与设备之间的合作,把整个工厂内部的联结起来,形成信息物理系统,互相之间可以合作、可以响应,能够开展个性化的生产制造,可以调整产品的生产率,还可以调整利用资源的多少、大小,采用最节约资源的方式。

              5G网络能够为智能制造生产应用提供端到端定制化的网络支撑。5G网络可以达到低至1ms的端到端通信时延,并且支持99.99%的连接可靠性,强大的网络能力能够极大满足智能制造生产对时延和可靠性的挑战。在智能制造生产场景中,需要机器人有自组织和协同的能力来满足柔性生产。智能制造需要设备通过网络连接到云端,基于超高计算能力的平台,并通过大数据和人工智能对生产制造过程进行实时运算控制。通过企业将大量运算功能和数据存储功能移到云端,这将大大降低设备的硬件成本和功耗。并且为了满足柔性制造的需求,机器人需要满足可自由移动的要求。因此在智能制造生产过程中,需要无线通信网络具备极低时延和高可靠的特征。

              随着新一代信息技术与制造业的深度融合,许多国家、许多企业都意识到工业互联网是未来工业的顶级生态系统,将对未来工业发展产生全方位、深层次、革命性影响。未来的工业互联网平台通过系统构建网络、平台、安全三大功能体系,打造人、机、物全面互联的新型网络基础设施,既包括生产设备、生产材料、生产产品等硬件领域,也包括各种管理软件、数据和服务领域,通过5G等新一代信息技术与制造业深度融合将形成智能化发展的新兴业态和应用模式。有利于促进网络基础设施演进升级,推动网络应用从虚拟到实体、从生活到生产的跨越,极大拓展网络经济空间。

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