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沈自所曾鵬:5G+智能制造的場景、挑戰及建議

“單純建設5G是遠遠不夠的,必須同步建設基于5G的智能化的管控軟件和系統,才能真正能夠幫助工業企業解決實際中的痛點。”中國科學院沈陽自動化研究所所長助理、研究室主任曾鵬說。

在中國工業互聯網研究院組織的5G商用與深化工業互聯網創新發展研討會上,在談及5G的成本與投資回報時曾鵬表示,工業生產中網絡的價值并不體現在信息傳輸方面,而是體現在通過信息的傳輸實現設備的高效協同,從而提升產品的質量,提高產量,以及節能減排等等方面。

以5G為代表的ICT技術,將推動未來制造模式的變革。長期以來,制造業以大批量生產作為主要生產模式,基于工業自動化實現高效的自動化生產,一般生產線生產出來的產品都是一樣的。而進入個性化定制時代后,希望生產線能夠針對不同用戶的需求,生產出來各種各樣的產品,因此要求生產線更加靈活,能夠根據不同用戶的需求,按照不同的工藝來生產。這就要像搭積木一樣能把生產線靈活地構建起來,因此需要利用5G這種高效的無線技術來替代傳統的有線連接起來的生產線的模式。

不過,單純建設5G網絡,只能解決信息傳輸的需求,但這只是第一步——必須要解決在5G基礎上的智能管控的應用模式,這也是當前以及未來要解決的重點以及難點問題。當天的發言中,曾鵬對5G與智能制造的融合、影響等問題,從場景、挑戰及建議談了自己的看法。

三大場景

第一大場景是面向工廠全覆蓋的感知,也就是泛在化的感知。未來的智能制造實際就是希望基于大數據、人工智能,幫助工廠的管理者提升產品質量、降低成本、節能減排,實現優化決策。這個過程,需要獲取工廠足夠多的數據,包括機器視覺、能流、物流,以及生產實時運行的數據,還有實時的工況數據,要把這些信息獲取上來。這就希望在未來的工廠安裝大量的傳感器,現在估算,未來工廠中的傳感器的數量將比現在要增加2-3個數量級。這種情況下,需要通過5G把工廠覆蓋起來,做到傳感器的即插即用,從而能夠大量的獲取信息。

第二大場景是柔性化的生產。面向未來個性化定制的新型生產模式,要求生產線具有高度的靈活性,能針對不同產品的生產要求,通過模塊化的生產單元實現自組織的生產,還包括AGV、靈活的物流等等。利用5G將能夠替代原來有線的控制網絡,實現更加靈活、互聯、協同的生產。

第三大場景是復雜的人機協作。未來工業生產需要大量的人機協調,不僅要做指令的傳輸,還需要做復雜的視覺、觸覺的同步信息傳輸,包括現在講的觸感網等等,這里面有大量的音頻、視頻,以及觸覺、壓力等等信息的同步傳輸,這些都是未來5G應用的典型場景。

5G應用的挑戰

雖然應用場景很明確,但潛在的問題卻不可忽視。曾鵬認為,5G在未來智能制造中面臨著一些典型的難點和具有挑戰性的問題。

首先是安全性。工業最關注的就是安全性的問題,如果出現故障,尤其信息沒有傳到的話,將會產生很嚴重的問題。當前,工業信息安全備受關注,通過網絡入侵的安全事件頻發,包括伊朗核電站遭受病毒供給、烏克蘭電網僵尸病毒攻擊等等,都對工業生產造成了重大的安全事故。傳統的有線網絡可以通過隔離的方法來解決信息安全,但無線尤其5G應用以后,這種開放的信道通過隔離的方法很難實施。因此,怎么解決5G應用的安全問題,是面臨的典型挑戰。

其次是商業模式。5G建設帶來的一個重要的挑戰就是商業模式的問題,是用公網還是專網,還是混合的方式來建設無線網絡?都是企業要解決的問題。

再次就是成本和投資回報的問題。在5G推廣初期,建網以及運維的成本都很高。現在工業企業的利潤水平有限,因此企業面臨的第一個問題就是能不能用得起的問題。

四個建議

針對5G在智能制造的發展,曾鵬提出以下幾個方面的建議。

一是5G的發展應該是從易到難的方式。在幾大應用場景中,泛在化的感知就是把傳感器的信息接上來,這是相對比較簡單的應用,應該從這樣的應用來入手,還可以從一些控制系統的增量應用入手。從增量做了以后,未來再考慮對現有的成熟系統進行替代或改造。

二是5G的發展不能只關注建網,而必須把數據平臺和典型的工業APP的應用同步發展,以解決工業生產中的關鍵的挑戰性的問題為導向,找到一些殺手級的應用。在路徑上,最好以一些龍頭企業來做一些標桿性的測試床,把5G數據平臺和工業APP集成起來,以解決工業中的某些痛點問題,從而形成解決方案,測試成功后把這種解決方案向全行業推廣,帶動5G的推廣應用。

三是建議在5G建網過程中要關注與企業原有工業系統的融合。因為用戶要保證原有的投資,原來的控制系統要運行幾十年,長時間不能更換。因此一定要把5G和原有工業控制系統的接口和互操作的技術解決好,再實現原有自動化系統的功能擴展,保證5G與原有工業控制系統的共存共融。

四是建立5G安全防護和測試的標準體系。目前,工業信息安全是信息化建設中的重中之重,工業自動化領域和現在的工業互聯網領域都在做信息安全的技術和標準體系。在這些過程中應該重點考慮5G未來應用的場景,怎么樣做一些標準化的安全的操作,保證整個工業信息化的整體安全。

 
 
 

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