5G技術下的智慧製造，智慧工廠自動化新模式！
一、5G技術場景支撐智慧製造
作為新一代移動通訊技術，5G技術切合了傳統制造企業智慧製造轉型對無線網路的應用需求，能滿足工業環境下裝置互聯和遠端互動應用需求。在物聯網、工業自動化控制、物流追蹤、工業AR、雲化機器人等工業應用領域，5G技術起著支撐作用。
（1）物聯網：隨著工廠智慧化轉型的推進，物聯網作為連線人、機器和裝置的關鍵支撐技術正受到企業的高度關注。這種需求在推動物聯網應用落地的同時，也極大的刺激了5G技術的發展。
（2）工業自動化控制：這是製造工廠中最基礎的應用，核心是閉環控制系統。5G可提供極低時延長、高可靠，海量連線的網路，使得閉環控制應用通過無線網路連線成為可能。
（3）物流追蹤：從倉庫管理到物流配送均需要廣覆蓋、深覆蓋、低功耗、大連線、低成本的連線技術。此外，虛擬工廠的端到端整合跨越產品的整個生命週期，要連線分佈廣泛的已售出的商品，也需要低功耗、低成本和廣覆蓋的網路，企業內部或企業之間的橫向整合也需要無所不在的網路，5G網路能很好的滿足這類需求。
（4）工業AR：在智慧工廠生產過程中，人發揮更重要的作用。由於未來工廠具有高度的靈活性和多功能性，這對工廠車間工作人員有更高的要求。為快速滿足新任務和生產活動的需求，增強現實AR將發揮很關鍵作用，在智慧製造過程中可用於如下場景：如：監控流程和生產流程。生產任務分步指引，例如手動裝配過程指導；遠端專家業務支撐，例如遠端維護。在這些應用中，輔助AR設施需要最大程度具備靈活性和輕便性，以便維護工作高效開展。
（5）雲化機器人：在智慧製造生產場景中，需要機器人有自組織和協同的能力來滿足柔性生產，這就帶來了機器人對雲化的需求。5G網路是雲化機器人理想的通訊網路，是使能雲化機器人的關鍵。
總結：5G技術已經成為支撐智慧製造轉型的關鍵使能技術，能將分佈廣泛、零散的人、機器和裝置全部連線起來，構建統一的網際網路絡。5G技術的發展可以幫助製造企業擺脫以往無線網路技術較為混亂的應用狀態，這對於推動工業網際網路的實施以及智慧製造的深化轉型有著積極的意義。
二、智慧製造的核心是智慧工廠
資訊化革命愈演愈烈，機器裝置、人和產品等製造元素不再是獨立的個體，它們通過工業物聯網緊密聯絡在一起，實現更協調和高效的製造系統。
當前製造業的轉型可以看作是自動化升級和資訊科技的融合提升，這不僅僅是自動化和機器換人，而且工廠能實現自主化決策，靈活生產出多樣化的產品，並能快速應對更多的市場變化。
人工智慧和製造系統的結合將是必然的，利用機器學習、模式識別、認知分析等演算法模型，可以提升工廠控制管理系統的能力，實現所謂的智慧製造，才能使企業在今天競爭激烈的環境獲得更好的優勢。
智慧製造過程主要圍繞著智慧工廠展開，而人工智慧在智慧工廠中發揮著重要的作用。物聯網將所有的機器裝置連線在一起，例如控制器、感測器、執行器的聯網，然後，AI就可以分析感測器上傳的資料，這就是智慧製造的核心。
隨著工業物聯網的應用發展，網路和實體系統將緊密聯絡在一起，也就是物聯網將生產現場的處理器、感測器連線起來，使得機器人之間可以進行通訊，可以互相溝通，而機器和人的工作將不再會嚴格分工，未來製造系統把人和機器融合在一起。
數字雙胞胎是重要的角色，智慧製造的整個流程都有一個數字孿生模型，系統裡包括了現實世界的任何東西，可以是應用或者操作指南手冊等。
此外，智慧製造系統裡還有人機互動，即人和機器人之間的互動。還有用人工智慧驅動、優化產品和流程等。工廠需要做一些預測性維護或者是預測機器的能耗等等，越來越多的這些功能都可以在智慧工廠裡實現。
三、5G時代智慧工廠前景展望
從2016年到2018年，我國的5G基礎研發測試分為三個階段。第一階段是5G關聯技術試驗，第二階段是5G技術方案驗證，第三階段是5G的系統驗證。
我國於2016年1月啟動了5G技術試驗，為保證實驗工作的順利開展，IMT-2020(5G)推進組在北京懷柔規劃建設了30個站的5G外場。在5G第二階段試驗完成之後，第三階段試驗將於2017年年底或2018年年初啟動；
預計5G第一個標準版本將於2018年6月完成，完整版本或將於2019年9月完成，並有望在2020年實現大規模商用。
在今年6月舉辦的2018上海世界移動大會上，中國聯通、中國移動和中國電信三大運營商亮出了時間表：計劃到2020年，實現5G網路正式商用。
可以預見，5G技術場景支撐下，中國製造業向智慧製造轉型升級步伐將加快，智慧工廠將很快成為中國製造的標配。又可以預見，無數智慧工廠自動化生產模式下，在低中高領域，中國商品的全球競爭力那也是其他國家無法比擬。
3.1、助推柔性製造，實現個性化生產
為了滿足全球各地不同市場對產品的多樣化、個性化需求，生產企業內部需要更新現有的生產模式，基於柔性技術的生產模式成為趨勢。
一方面，在企業工廠內，柔性生產對工業機器人的靈活移動性和差異化業務處理能力有很高要求。5G利用其自身無可比擬的獨特優勢，助力柔性化生產的大規模普及。5G網路進入工廠，在減少機器與機器之間線纜成本的同時，利用高可靠性網路的連續覆蓋，使機器人在移動過程中活動區域不受限，按需到達各個地點，在各種場景中進行不間斷工作以及工作內容的平滑切換。
5G網路也可使能各種具有差異化特徵的業務需求。大型工廠中，不同生產場景對網路的服務質量要求不同。精度要求高的工序環節關鍵在於時延，關鍵性任務需要保證網路可靠性、大流量資料即時分析和處理的高速率。5G網路以其端到端的切片技術，同一個核心網中具有不同的服務質量，按需靈活調整。如裝置狀態資訊的上報被設為最高的業務等級等。
另一方面，5G可構建連線工廠內外的人和機器為中心的全方位資訊生態系統，最終使任何人和物在任何時間、任何地點都能實現彼此資訊共享。消費者在要求個性化商品和服務的同時，企業和消費者的關係發生變化，消費者將參與到企業的生產過程中，消費者可以跨地域通過5G網路，參與產品的設計。
3.2、工廠維護模式全面升級
大型企業的生產場景中，經常涉及到跨工廠、跨地域裝置維護，遠端問題定位等場景。5G技術在這些方面的應用，可以提升執行、維護效率，降低成本。5G帶來的不僅是萬物互聯，還有萬物資訊互動，使得未來智慧工廠的維護工作突破工廠邊界。工廠維護工作按照複雜程度，可根據實際情況由工業機器人或者人與工業機器人協作完成。
在未來，工廠中每個物體都是一個有唯一IP的終端，使生產環節的原材料都具有“資訊”屬性。原材料會根據“資訊”自動生產和維護。人也變成了具有自己IP的終端，人和工業機器人進入整個生產環節中，和帶有唯一IP的原料、裝置、產品進行資訊互動。工業機器人在管理工廠的同時，人在千里之外也可以第一時間接收到實時資訊跟進，並進行互動操作。
設想在未來有5G網路覆蓋的一家智慧工廠裡，當某一物體故障發生時，故障被以最高優先順序“零”時延上報到工業機器人。一般情況下，工業機器人可以根據自主學習的經驗資料庫在不經過人的干涉下完成修復工作。另一種情況，由工業機器人判斷該故障必須由人來進行操作修復。
此時，人即使遠在地球的另一端，也可通過一臺簡單的VR和遠端觸覺感知技術的裝置，遠端控制工廠內的工業機器人到達故障現場進行修復，工業機器人在萬里之外實時同步模擬人的動作，人在此時如同親臨現場進行施工。
5G技術使得人和工業機器人在處理更復雜場景時也能遊刃有餘。如在需要多人協作修復的情況下，即使相隔了幾大洲的不同專家也可以各自通過VR和遠端觸覺感知裝置，第一時間“聚集”在故障現場。
5G網路的大流量能夠滿足VR中高清影象的海量資料互動要求，極低時延使得觸覺感知網路中，人在地球另一端也能把自己的動作無誤差地傳遞給工廠機器人，多人控制工廠中不同機器人進行下一步修復動作。
同時，藉助萬物互聯，人和工業機器人、產品和原料全都被直接連線到各類相關的知識和經驗資料庫，在故障診斷時，人和工業機器人可參考海量的經驗和專業知識，提高問題定位精準度。
3.3、工業機器人加入“管理層”
在未來智慧工廠生產的環節中涉及到物流、上料、倉儲等方案判斷和決策，5G技術能夠為智慧工廠提供全雲化網路平臺。精密感測技術作用於不計其數的感測器，在極短時間內進行資訊狀態上報，大量工業級資料通過5G網路收集起來，龐大的資料庫開始形成，工業機器人結合雲端計算的超級計算能力進行自主學習和精確判斷，給出最佳解決方案。
在一些特定場景下，藉助5G下的D2D(Device-to-Device，意為：裝置到裝置)技術，物體與物體之間直接通訊，進一步降低了業務端到端的時延，在網路負荷實現分流的同時，反應更為敏捷。生產製造各環節的時間變得更短，解決方案更快更優，生產製造效率得以大幅度提高。
我們可以想象未來10年內，5G網路覆蓋到工廠各個角落。5G技術控制的工業機器人，已經從玻璃櫃裡走到了玻璃櫃外，不分日夜地在車間中自由穿梭，進行裝置的巡檢和修理，送料、質檢或者高難度的生產動作。機器人成為中、基層管理人員，通過資訊計算和精確判斷，進行生產協調和生產決策。這裡只需要少數人承擔工廠的執行監測和高階管理工作。機器人成為人的高階助手，替代人完成人難以完成的工作，人和機器人在工廠中得以共生。
3.4、按需分配資源
5G網路通過網路切片提供適用於各種製造場景的解決方案，實現實時高效和低能耗，並簡化部署，為智慧工廠的未來發展奠定堅實基礎。
首先，利用網路切片技術保證按需分配網路資源，以滿足不同製造場景下對網路的要求。不同應用對時延、移動性、網路覆蓋、連線密度和連線成本有不同需求，對5G網路的靈活配置尤其是對網路資源的合理快速分配及再分配提出了更嚴苛的要求。
作為5G網路最重要的特性，基於多種新技術組合的端到端的網路切片能力，可以將所需的網路資源靈活動態地在全網中面向不同的需求進行分配及能力釋放；根據服務管理提供的藍圖和輸入引數，建立網路切片，使其提供特定的網路特性。比如極低的時延、極高的可靠性、極大的頻寬等，以滿足不同應用場景對網路的要求。
例如在智慧工廠原型中，為滿足工廠內的關鍵事務處理要求，建立了關鍵事務切片，以提供低時延，高可靠的網路。
在建立網路切片的過程中，需要排程基礎設施中的資源。包括接入資源、傳輸資源和雲資源等。而各個基礎設施資源也都有各自的管理功能。通過網路切片管理，根據客戶不同的需求，為客戶提供共享的或者隔離的基礎設施資源。由於各種資源的相互獨立性，網路切片管理也在不同資源之間進行協同管理。在智慧工廠原型中，展示了採用多層級的、模組化的管理模式，使整個網路切片的管理和協同更加通用、更加靈活並且易於擴充套件。
除了關鍵事務切片，5G智慧工廠還將額外建立移動寬頻切片和大連線切片。不同切片在網路切片管理系統的排程下，共享同一基礎設施，但又互不干擾，保持各自業務的獨立性。
其次，5G能夠優化網路連線，採取本地流量分流，以滿足低延遲的要求。每個切片針對業務需求的優化，不僅體現在網路功能特性的不同，還體現在靈活的部署方案上。切片內部的網路功能模組部署非常靈活，可按照業務需求分別部署在多個分散式資料中心。原型中的關鍵事務切片為保證事務處理的實時性，對時延要求很高，將使用者資料面功能模組部署在靠近終端使用者的本地資料中心，儘可能地降低時延，保證對生產的實時控制和響應。
5G時代的智慧工廠將大幅改善勞動條件，減少生產線人工干預，提高生產過程可控性，最重要的是藉助於資訊化技術打通企業的各個流程，實現從設計、生產到銷售各個環節的互聯互通，並在此基礎上實現資源的整合優化，從而進一步提高企業的生產效率和產品質量。
慧都科技是智慧工廠整體解決方案提供商的先行者，其獨立自主研發的EV-APS被譽為供應鏈優化引擎，在滿足企業各種生產資源約束的基礎上，實時、同步地給出在不同生產階段的生產排程計劃，最大化優化使用者目標；
幫助生產企業優化生產管理及作業流程，降低生產成本，提高整個生產及管理效率，縮短生產週期，加快市場響應速度，從而全面提高企業服務水平和競爭力，在企業轉型升級過程中起著尤為重要的作用。
如您的企業正在進行智慧工廠或數字化車間的轉型升級，