博世公司此前是基于Wi-Fi實現這一管理過程的,后來發現5G局域網在抗頻段干擾、帶寬(尤其是上傳)、超負荷以及網絡安全方面,相對于Wi-Fi性能指標更好。工廠內不同的生產線可能采用不同的網絡,因此有時根據需要可能要變換生產線,而Wi-Fi的網絡通用性較差。未來的工業生產要使用大量數據,從大批量生產和銷售的產品開發向適應客戶個性化、定制化需求的產品開發轉變,Wi-Fi較低的通用性將是一大制約。
從提高效率、降低成本的角度考慮,工廠內的網絡也需要實現無線化。為了提高產品質量和生產率,許多工廠不斷地推進自動化,對機器人的控制也需要無線化實時進行。但是,隨著工廠規模的擴大和工業工程的復雜化,4G有時難以應對,而5G有望解決這些問題。
例如,奧迪公司采用5G局域網控制工業機器人以及AGV搬運機器人,在一些需要管理大量設備的關鍵工序中,也可以實現高穩定性、超低時延以及與有線網絡同等的性能。同時,工業工程產生的各種數據也可通過5G局域網實時匯集到邊緣終端或云計算中,通過人工智能進行處理,實現智能化。
在德國,5G已經成為工業4.0的重要基礎設施。除了奧迪、戴姆勒、大眾等汽車制造企業,石油、化工、海港等企業以及公用事業領域也正在考慮5G網絡的構建——5G技術帶來的更低延遲、更高帶寬、更快的速度和更大的容量正在推動制造業在各種領域的數字化轉型。
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-THE THIRD-
場景三:周期式管理產品質量
5G還可用于改善企業的質量管理。人工智能的視覺識別系統會以百萬量級的圖像數據集進行訓練,以確保其能夠識別所有潛在的缺陷,使得企業能夠迅速識別那些可能影響產品質量的問題。
例如,捷普公司應用人工智能視覺識別技術,可在電路板制造的早期階段發現潛在的錯誤,能夠在35~40道工序的第2道或第3道就識別缺陷,檢測故障的準確率達80%,節省了約17%的人工成本和約10%的能源。但是,這種方法需要依托5G才能訪問大量實時、高質量的數據,以實現最高效率。利用QR碼掃描和射頻識別(RFID)追蹤溯源方法,產品記錄通常僅在到達時進行,并且僅記錄位置和時間;如果產品不合格,則很難確定具體發生在數十道工序的哪個環節。通過在產品包裝上安裝5G傳感器,供應鏈上下游各環節都可以無須手動檢查,即可查詢位置、溫度、濕度和重量等包裝信息,實時獲得有關產品狀態的反饋信息。
5G帶來的不僅是萬物互聯,還有所有信息數據的追蹤溯源,使得未來企業的質量管理工作不僅僅局限在工廠內開展。工業互聯網時代,工廠中每個物品物料都是一個有唯一標識的終端,使得生產環節所使用的原材料或零部件都具有信息屬性,會根據信息自動進入下一道工序或環節。員工的工作不是搬運物品物料,也不是操作機器設備,而是與帶有唯一標識的原材料、生產設備、產品進行信息數據的交互。同時,借助工業互聯網,產品和原材料及零部件的全部數據都可通過5G網絡直接傳輸到各類相關的知識和經驗數據庫中。一旦產品發生故障,即可通過查詢數據庫,利用海量的經驗和專業知識進行快速診斷,提高故障問題定位精準度,快速開展售后維修服務,從而實現產品的全生命周期管理。
產品全生命周期管理既是一個信息化管理系統,又是一種現代化管理理念;诋a品全生命周期管理,企業能夠實現并行設計、柔性制造、敏捷制造、協同制造等先進的生產管理方式(如圖3所示)。
隨著5G覆蓋到企業各個流程,產品將實現研發設計—制造—銷售—售后服務—報廢回收—再生利用的全生命周期質量管理。
第一,感知生產過程,采集海量數據。通過傳感器、高清攝像頭或3D工業相機進行數據采集,通過工業互聯網進行數據分析,可為預測設備故障做出決策支持;可確認庫存中可用的原材料或零部件;可代替儀器儀表的部分功能,更精確地進行工業測量以及在惡劣環境下有效收集數據等。
第二,網絡化——高速傳輸、云端計算、互聯互通。感知到大量數據后,如何將數據傳輸到數據中心或智能計算中心呢?這就需要依托5G。與以往在某一車間內直接對數據進行簡單響應不同,企業需要把不同車間、不同分廠、不同時間段的數據匯聚到同一個工業互聯網平臺背后的數據中心或智能計算中心,進行復雜的數據計算和分析,從而優化出高價值的算法模型。
第三,打通供應鏈各環節的數據流,實現產品生命周期全過程智能化。如實時收集供應鏈各個環節產生的大量物流數據,能夠幫助企業提高物流效率,降低運營成本。
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-THE FOURTH-
場景四:按需式管理資源配置
工業互聯網最重要的價值是借助5G和區塊鏈等技術打通企業的各個流程,實現從采購、設計、生產到銷售各個環節的互聯互通與分布式管理,并在此基礎上實現資源的按需配置(如圖4所示)。
以往,企業通常通過研發、計劃、采購、生產、配送、服務六個環節組織運營。這六個環節是相對固定的,也是缺一不可的。但是在工業互聯網時代,這六個環節甚至可以相對獨立,演變為六個可以根據需要而進行動態配置的模塊。每個模塊都具有物聯網感知能力和相應的軟件管理系統,它們根據客戶的需求,可以高效地自行整合,既不多又不少、既高效又靈活地滿足生產工藝需求。
一方面,充分利用5G的感知能力和工業互聯網的網絡能力,在產品研發、生產、銷售、物流及服務的全生命周期管理過程中,根據對采集自各環節的大量數據進行分析,可以不斷迭代產品設計、靈活調整生產工藝、實時安排生產調度,而不再是完全遵照計劃與以往的經驗進行管理。
另一方面,傳統生產管理觀點認為,只有等到所有產品設計全部完成之后才能組織生產、完成生產之后才能進行測試、測試完成之后才能進行銷售。而未來,采購、設計、研發、生產、測試、銷售等各種生產經營活動可以通過工業互聯網平臺交叉進行、分布式管理,實現并行制造。
工業互聯網時代,企業將具備自主學習、自我優化、自主決策、自我組織等能力,可以高效地完成生產過程中柔性化、智能化以及高質量化的任務;能夠將管理、運營、決策及優化等任務融為一體,實現真正意義上的數字化轉型。
因此,企業數字化轉型可以看作物理角度的自動化和信息角度的智能化融合的“雙升級”,不僅僅是機器換人,也不僅僅是減少生產線人工干預、提高生產過程可控性,最重要的是借助5G實現從采購、設計、生產到銷售各個環節的互聯互通,并依托工業互聯網整合與優化配置企業各種資源,實現智能預測和智能決策,柔性生產出多樣化和個性化的產品,從而進一步增強企業的核心競爭力。
也就是說,隨著5G和工業互聯網的深度融合和廣泛應用,感知式管理生產過程、預警式管理設備狀態、周期式管理產品質量、按需式管理資源配置,才是企業數字化轉型所追求的目標。