一文看懂5G数字化工厂如何做?理解5G成就自适应智慧工厂!

5G的无线传输速率高达每秒10G比特,时延不到1毫秒,将在制造业(尤其是过程控制领域)中开拓广泛的新应用。2020年初,Fraunhofer IPT弗劳恩霍夫生产技术研究所IPT和瑞典移动网络供应商爱立信共同开发了“欧洲5G工业园区”的概念,这实际上是第一个全面的5G研究网络,在亚琛园区测试新移动网络技术在生产控制与物流方面的应用。

那么5G对工业制造带来的变革究竟有哪些?国内建设5G工厂的时候需要如何思考以挖掘5G最大的价值?我们只有将自己的认知提升了,才能避免5G在数字制造领域的应用流于喊口号和走形式,才能驾驭5G带来的机遇,实现产线自适应,提升制造效益,成就质量更稳定的产品。

Video cover_Europe 5G Park欧洲5G工业园

block 自适应生产线的5G发展之路

在亚琛欧洲5G工业园区,欧洲5G工业园区正在创建一个全球范围内独特的生态系统,以研究、开发适应5G的工业4.0技术。Fraunhofer弗劳恩霍夫IPT工业生产技术研究所及项目合作伙伴重点研究七个子项目中的不同应用场景-包括监视和控制高度复杂制造过程的5G传感器,移动机器人,物流和多站点生产链,分布式制造控制,区块链,边缘云等。

GF_5G欧洲5G工业园中的GF设备

l 5G是真正的工业4.0解决方案的推动力

新的移动无线电标准对网络化的自适应生产具有重要的基本要求:小于1 ms的短等待时间,高达10 Gbit / s的高数据传输速率以及在严格定义的5G区域中能够同时操作众多设备的可能性。这提供了实时捕获机器状态和过程偏差的可能性,以便可靠,快速并以最高质量制造组件。此外,可以实现加工过程自适应以灵活地适应不断变化的需求,从而有助于显着降低制造成本。

传感器与数字孪生

在无线传感器领域,研究人员开发了一种结构噪声传感器,可检测刀具与材料的接触,刀具的磨损或破损,并可以触发进给轴立即停止工作。

不仅如此,研究人员还创建了一个多传感器平台,该平台获得加工加速度、切削力、加工温度、工作扭矩等数据。该平台为信息提供时间戳,对数据进行预处理并通过5G传输。

传感器可以安装在部件上或托盘上,从而与工件一起在整个生产过程中移动。这样,就可以记录整个过程链中的所有相关影响因素,这是创建单个组件的数字孪生的重要前提,对AI人工智能应用具有决定性的作用。

l 激光截面传感器

同时,研究人员正在研究激光截面传感器,该传感器可用于在三个维度上非常灵活地测量组件。目前已集成到计算机或机器人系统中,不过目前只能在有限的范围内使用。

l AGV

其他应用程序包括来自物流领域的AGV(自动引导车),例如在生产车间中导航所谓的AGV(自动引导车)。在这里,借助5G可以显着改善职业安全。例如,当AGV接近十字路口的时候,传感器可以自动发出碰撞警告并在必要时停止AGV。总之,欧洲5G工业园区将建立一个自治物流解决方案

l 5G机器人

5G还为移动机器人技术提供了新的机遇。激光跟踪仪或室内GPS可显着提高机芯的精度。通过闭环的5G机器人对机器人进行基于传感器的导航,从而将过程和职业安全提升到一个新的水平。应用示例是在大型部件的组装中使用机器人(例如在飞机制造中)或多个机器人的协作。

l 新业务模式的基础

在数据经济学领域,研究人员正在致力于以低延迟无线地将信息从生产传输到管理系统。这应该使评估和管理数据以及将信息用作新业务模型变得更加容易、高效和安全。

5G生产座舱使用户可以在一个平台上全局收集和比较数据,并相应地优化流程。通过Fraunhofer Cloud云解决方案进行实时过程监控和数据采集,以在加工过程中运行优化过程。

l 虚拟控制生产设备

科学家们希望测试现代边缘云系统对快速数据处理的使用,以便识别和开发进一步的5G潜力,以实现完全联网和自适应生产。

从工业4.0的角度来看,将云集成到生产中可以实现新的,更智能的和网络化的制造流程链。5G可在工厂云系统中实现可靠且实时的通信,这就呼唤为制造行业设计实时计算平台和应用程序。在5G-Edge Cloud项目中,亚琛正在创建一个实时数据分析平台,用于制造业中的闭环应用,这个平台直接连接到5G网络的工厂云系统。

l 5G工厂经济性评估

尽管人们对5G在生产中打开各种可能性充满了热情,但并非是所有的工厂都适合马上切换成5G工厂,这其中需要评估成本效益。欧洲5G工业园对生产技术有着深入的了解。在量化引入5G的潜力时,必须考虑废品率和次品率,以及周期时间的减少和生产率的提高,或者可以改变流程,从而获得快速发展。另一个重要方面:特别是对于安全关键的部件,例如飞机发动机或医疗产品,通过5G可以很容易地记录其质量数据流,并且,如果需要,即使经过数年也可以毫不费力地证明其质量可追溯性。任何一家企业在决定引入5G之前,都可以通过欧洲5G工业园将所有这些方面与产生的成本进行比较,然后决定投资是否会得到回报

目前,在欧洲5G工业园,5G展示了其在苛刻的生产环境中的优势,在这种环境中,复杂的加工过程或要求苛刻的组件需要很高的过程控制要求,自适应加工过程恰到好处的赋能了这一要求。

在3D打印方面,Fraunhofer弗劳恩霍夫IPT工业生产技术研究所通过亚琛增材制造中心(ACAM),连接增材制造研发领域的中坚力量,通过正向创新赋能价值创造,在全球范围内为制造企业提供欧洲领先科研机构多年来积累的增材制造专业技术,并通过社区、联合研发、以及专业教育服务,帮助企业应对增材制造技术在应用中的挑战。

希望这些对国内建设5G工厂带来一定的参考价值和启示,更多信息请访问欧洲5G工业园区官方网站:https://5g-industry-campus.com/,或在文后留言您所关心的话题。

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