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淺談5G+工業互聯網MES行業應用
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  • 導語


    隨著中國制造業的不斷發展,智能化制造產業已不可阻擋,而工業互聯網作為關鍵基礎設施、全新工業生態和新型應用模式,正在不斷改變傳統的制造模式、生產組織方式和產業形態,推動傳統產業加快轉型升級,加速新興產業發展壯大。

    5G作為“新基建” 的領頭羊,在工業互聯網方面的投資與建設也將加快我國智能制造步伐,激發新型消費和投資、促進就業創業、解放生產力、打造經濟發展新動能。

    同時,5G在工業領域作為剛剛興起還未完全成熟的一項技術,在應用過程中還需要一定的發展和升級,這里就簡單對當前在MES系統建設中可能遇到的一些問題進行探討。


    典型工業網絡

    工業互聯網,就是把人、數據和機器連接起來。也就是說,工業互聯網的三要素,是人、數據、機器。人和人的連接,就是傳統的互聯網;物和物(機器)之間的連接,就是近來發展迅速的物聯網;而網絡存在的核心,自然就是數據中蘊藏的巨大價值。可以看出,工業互聯網其實并太多沒有新的技術,更多的是架構的整合,從而把互聯網中成熟的網絡架構和技術移植到工業生產的應用中,用于效率的提升。

          設備集成網絡架構:

    圖.典型工業互聯網架構

            典型的工業互聯網,就是通過建立多個局域網,然后通過交換機、路由器將各個子網匯聚到企業核心交換機,從而打通設備與設備之間,設備與系統服務之間的網絡,做到數據集成共享。

           這種架構下的網絡相對穩定、安全,缺點就是布線施工以及運維管理成本較高。

      MES集成網絡的要求:

      對于MES而言,由于是直接服務于車間的系統,與設備之間存在大量的、直接的數據采集交互,所以穩定高效的網絡是必須的。這其中就涉及到以下幾個環節:

    1.  設備自身網絡接口:工廠網絡的建設都是基于以太網的,所以設備想要接入這個大的網絡,必須具備以太網接口,現在大多數設備也都已經具備該接口或可通過配置以太網模塊來實現網絡接入。
    2.  局域網的搭建:工廠網絡的建設,是由多層局域子網匯聚而成的,這其中包含了設備局域網,線體局域網,車間局域網,再到機房局域網,辦公局域網,數據逐級上傳,所以在搭建局域網時,需要考慮各個子網之間的交互,避免出現由于前期設計不合理導致數據限流或無法通訊的情況。
    3.  網絡安全:網絡安全是系統穩定運行的保障,如果沒有嚴密的安全保障體系,上層的應用就無從談起,網絡和數據的價值就難以得到良好的應用,甚至會損害企業的核心利益。


    5G+工業互聯網

     5G+工業互聯網近年來熱度不斷上升,國家政策不斷利好,行業市場增速快,潛力巨大,對我國工業現代化將起到巨大的推動作用。

     5G工業互聯網基本架構:


    圖.5G+工業網絡基本架構

      在當前的大浪潮下,企業紛紛準備投入到5G工業網絡的建設中去,網絡供應商也紛紛亮出自家的建設方案,這其中的基礎架構均包含了以下幾點:

    1.  5G基站:企業在規劃工廠5G網絡前,需要考慮所要實施的廠區是否在對應網絡供應商的5G信號覆蓋范圍內,還要考慮所選擇的模式是否被當前的網絡基礎設施所支持;
    2.  設備接口:在選擇接入5G網絡的業務場景時,需要考慮業務所涉及的各類設備是否支持5G傳輸協議,否則還需額外配置5G接口轉換設備;
    3.  場景選擇:對于制造業來說,當前在工廠車間能夠使用5G的場景還比較受限,更多的偏向于管理層系統或硬件,對于直接控制生產的工業設備,由于其本身的特殊性,在5G應用方面還未較為普及。

         

     5G在工業領域的應用場景:

    圖.5G+工業互聯應用平臺架構思路

    當前5G在工業領域的應用,更多的集中在如整車制造、機加工、能源電力等自動化、信息化程度較高的行業,這里以汽車制造業為例進行簡單分析。

    沖焊車間:在沖焊車間的生產過程中,主要以機器人、機運線、沖壓機床等設備為主,且當前這些設備的網絡接口大都是傳統的串口或以太網形式,并不具備5G無線傳輸的能力,同時這些設備都直接關乎生產,在新技術尚未成熟之前,直接接入5G網絡仍存在一定的風險;

    涂裝車間:與焊裝車間類似,大量的工業自動化設備,當前來看并不太適合5G網絡的建設,但涂裝車間也存在較多能源儀表,這些設備可能經過更換為智能儀表,再接入5G網絡,達到實時監控能源消耗,分析能源數據的效果;

    圖.能源監控

    總裝車間:總裝車間除了機運線,多數是人工組裝工位以及檢測設備,設備更加偏向輕量化以及系統化,所以通過改造升級更容易實現5G網絡的接入,實現數據采集、遠程運維等;

    其他方面:如AGV小車、ANDON呼叫、工控機站點、各類移動端系統等,均在各個車間尤其是裝配車間,更適合接入5G網絡,實現車間內部的智能化配送、質量檢測、生產管理、設備保養等工作。

    圖.AGV配送

       5G在工業領域應用的優勢:


        正如人們所熟知的,5G的幾個優勢特點:高速度、低功率、低延遲,這些在工業網絡的建設中是十分需要的,對于工業數據的采集效率會有很大的提升,在工業大數據的應用中,也更加具有優勢。

       同時與傳統的網絡布線相比,更加方便靈活,節約布線成本。當前加上國家政策扶持,也正是企業進行網絡升級的大好時機。


      5G在工業領域應用的挑戰:

      工廠5G網絡的建設,由于是起步階段,所以也面臨著諸多挑戰,在真正的落地實施時,局限性較大。

    1.   設備接口:當前大多數設備都是只能具備傳統的網絡協議,并不兼容5G模塊,所以目前主要方案就是進行接口的外接改造,從而滿足組網要求,但這樣的改造,存在一定的成本,在改造規模較大時,并不比傳統布線的成本低;

    2.   條件限制:由于5G屬于高頻信號,它的波長相對較短,因此企業建設5G網絡必須在附近建立5G基站或者靠近5G基站,否則將會影響5G信號的強度,而無法達到預期的效果;

    3.   安全性:5G面向企業內網的建設大概有3中模式:專網模式、企業自建核心網,基站與公網共享模式和核心網用戶面功能下沉模式。其中專網最為安全可靠,但是目前中國沒有專用頻段;企業自建模式,相對安全,但成本較高;下沉模式,是目前使用最多的建網模式,也就是核心網和基站都是與運營商共享的。

     在這種模式下,工業互聯網技術與5G、邊緣計算等新技術的融合以及第三方協作服務的深度介入增加了信息泄露、數據竊取的風險。同時,工業互聯網設備種類多、數量多,安全能力參差不齊,由于工業互聯網設備軟件更新緩慢、用戶及廠商通常無法及時發現或修復漏洞,導致設備漏洞較多,這也使得工廠控制安全受到威脅,網絡攻擊可從IT層滲透到OT層,會造成工業系統中斷等風險。


    結語

     當前5G+ 工業互聯網已經從單點局部的特色業務逐步轉變為集成化、系統化的應用。雖然面臨著諸多挑戰,但相信通過不斷的發展與完善,運營商、工業方案提供商、工業現場的自動化裝備提供商等一起合作,制定相應的規范標準,必然可以發揮5G 優勢,使之真正服務于工業企業,從而促進中國制造業的轉型升級。
           與此同時,漢思作為專業的MES系統提供商,特別是在汽車制造行業中,十幾年的實施經驗讓我們更加專業,對于車間自動化設備集成、數據采集分析等也已形成較為完整的體系。我們注重行業最 新的發展趨勢,跟隨時代步伐,不斷升級自身產品,在數據采集、IOT平臺方面也已擁有較為成熟的產品,并在先后為廣汽、北汽、吉利、奇瑞捷豹路虎、五十鈴、國金、東風、長安等大型車企提供智能制造解決方案,贏得客戶的廣泛認可。

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