探訪吉利工廠 | 看5G如何重構未來工廠
http://www.debgrams.com 2020-05-14 11:45 來源：寧波日報
從去年商用至今，5G大幕徐徐拉開。
不少分析人士認為，5G的最大應用將是對工業生產的改造，但5G結合工業4.0打造的“未來工廠”究竟長啥模樣，許多人還是一頭霧水。
吉利掌門人李書福曾說過：“中國制造已經到了十分重要的關鍵轉型時刻，智能制造是唯一出路和美好未來。”
作為全球最先進的汽車研發中心之一，吉利汽車研究院杭州灣研發中心已經捷足先登，利用5G技術開發出了最新的應用場景。
上周，記者便來到吉利汽車研究院杭州灣研發中心試制工廠，感受了其5G應用場景下創造的“多快好省”。
吉利試水5G應用
杭州灣研發中心是吉利汽車研究院總部和研發大本營，包含研發大樓、動力總成試驗中心、整車試驗中心、整車試制中心、造型中心等工作區域，可容納8000余人辦公。包括領克、博瑞、博越、幾何、星悅等品牌的新車型都是這里研發的，可以說這里是整個吉利汽車的心臟，不僅為全球的吉利工廠供血，還為吉利輸出生產制造的最新解決方案。
據吉利汽車研究院資深總工程師丁華的描述，吉利的智能工廠有三個大方向——
C2M個性化定制 即規?；a條件的個性化定制，以訂單驅動的汽車柔性生產制造技術；
需求變更O2D 即訂單驅動的計劃及物流實時變更管理，實現生產計劃與物流的聯通；
全球化協同制造 即基于云服務的遠程管理，實現業務全流程數據的聯通，讓客戶參與到產品生命周期的全過程。
而5G網絡技術，將為這三大方向提供必要的通信網絡支持。
去年9月，中國電信寧波分公司為該研發中心搭建了SA的5G網絡，成功實現了切片技術和MEC（邊緣云）的應用。
切片是5G的特殊能力，因為高帶寬和大連接的特性，5G可以為不同的需求方單獨開辟專屬網絡，類似于開出一條專用車道。
“我們從工業應用需求和5G技術優勢兩個方面出發，圍繞生產制造、物流倉儲、質量檢測和遠程運維等環節，總結了近40項場景。目前成功測試的5G應用場景有AGV系統信息交互、BOSCH群控系統、工廠的遠程管理等6項。”吉利研究院負責人介紹道。
這些汽車工業中的專業工業流程外行人看是一頭霧水，但根據5G的特性，可以將這些應用總結為四個特點——“多、快、好、省”。
多
“多”指的是5G的大連接特性。如果4G是一條高速公路，那么5G就是一條車道數量無限，且不限速的超級高速公路。能夠跑在這條公路上的車輛數量便成幾何倍數增加。
利用這個特性，吉利開發了基于5G的BOSCH焊接群控系統。這套系統原本是用了德國博世（BOSCH）的基礎，專門用于汽車各個部位的焊接。
焊接是汽車工業中最重要的工藝環節，焊接工藝直接關系到汽車的安全和整體質量。以往的數字化焊接，是由計算機下達數字化的指令，但指令執行程度和焊接的效果無法實時回傳，如今群控系統解決了這個問題。
監控軟件不僅可以統一下發產線焊接參數，還可以對焊接過程參數實時顯示并記錄在電腦里中，加強了焊接工藝的執行，可追溯焊接質量，最終提高產品焊接質量。
一個群控服務器可連接50臺焊機，由于需要實時下達指令和實時監控，對網絡要求很高。但接網線成本高、工期長，關鍵是焊機沒法隨便移動，一旦移動又是大工程。而吉利的試制工廠通常是研發試生產各種新車型，恰恰經常需要重新組合產線。
5G的應用便讓這個問題迎刃而解。采用5G通訊后，使得群控系統部署靈活，現場調試不再受地點限制，方便與其他現場工程師溝通。
未來的工業方向是柔性制造，個性化訂制，調整同樣的一條產線生產不同的產品才能實現“小批量、多批次”的訂制化生產，5G讓工業設備掙脫了網線的束縛。未來的工廠也許就能像搭積木一樣隨意組合。
有異曲同工之妙的還有5G的PTL物流系統。PTL小車負責的倉儲物料分揀、搬運。以往，PTL小車采用WiFi的方式通訊，WiFi可連接點數少，300臺小車需要同時連接到PTL服務器，并且應用時比較集中，容易出現丟包掉線，造成工廠停產、停線。一旦發生PTL小車與PTL服務器中斷，數據就會出現異常。而處理數據異常就需要大量時間，嚴重影響生產效率。如今5G通信，使這些問題都迎刃而解。
快
“快”是普通人對5G的第一印象，原本10分鐘的電影幾秒鐘就能下載完，這是新聞里對5G最常見的描述。而在工廠里，快不僅僅停留在“高帶寬”帶來的速度層面，還體現在“低延遲”所帶來的實時響應。
工廠的各種設備，需要實時響應，工序一道借著一道，有一道停滯了，后面所有的設備就會停。甚至有的材料，在加熱和加壓后，必須在幾秒鐘內加工，否則材料的特性就會變化，猶如著名的蘑菇“見手青”，不及時烹飪，就會變色。
吉利研究院利用5G網絡更新了車載電腦軟件的刷寫模式。如今的汽車是計算機化的，許多物理機械的控制是依靠計算機和軟件來完成。通常一輛車根據配置不同，ECU（車載電腦）的數量一般在30-40個。各模塊軟件大小不同，小的有幾MB，大的有幾個GB。如果一輛車3GB，單臺車刷寫需要超過一個小時，嚴重影響產線節拍。而用5G刷寫則效率大大提高。因為5G是無線傳輸，可實現在5G網絡覆蓋的區域的無人值守刷寫，也可以在運輸途中進行刷寫，大大擴大了刷寫的區域范圍，也節省了許多時間。
再如，試制車間內的5GAGV（無人搬運小車）系統——通過5G信號傳輸指令，載重4噸的AGV小車自如地按照地上的磁控線完成轉向、運輸、泊位、避讓等動作。
AGV如今是智能工廠的標配之一，因為搬運物料是最為簡單和機械化的工作，全面的機器替代已經發生。但吉利研究院試制車間里的AGV小車和其他工廠又有所區別。首先，試制工廠需要試制各種車型，因此需要不同設備的頻繁組裝，搭建各種生產線滿足生產需求，使用頻率高。以往吉利是利用WIFI連接控制AGV，由于帶寬所限，指揮調度的網絡容量不夠；其次，焊裝車間鋼結構復雜，存在點焊、螺柱焊、激光焊、FDS、Arplas等各種大功率設備，存在各種電磁干擾，工業現場環境惡劣，采用WiFi通訊經常發生AGV小車掉線和AGV調度系統崩潰。而自采用5G無線通訊后，AGV小車基本不存在掉線的情況，且AGV調度系統穩定運行，未出現崩潰的情況。同時，焊裝車間所要搬運的設備噸位大，達1.8噸，5G通信的低延遲也讓搬運過程更加安全。
好
“好”體現了5G網絡對于工業生產整體的提升。
當5G不斷深入一個又一個生產環節，數據開始飛速地在工廠里奔跑，一個實現遠程控制的工廠雛形開始不斷完善。這就使吉利的數字雙胞胎技術得以進一步提升。
數字雙胞胎顧名思義，就是利用數據在虛擬世界重構一個工廠。如同“盜夢空間”一樣，夢境的真實程度取決于各種細節的精雕細刻。而在數字雙胞胎的范式中，虛擬工廠的真實度來源于對物理世界數據采集的精準和全面。
“從研發到制造、銷售所有的多元異構的數據如何實現自動聯通？如何在復雜的過程中針對某個問題快速找到歷史相關數據和模型？如何把不同對象所面向的同一個問題的數據信息進行自動融合？過去主要靠專家來進行，現在可以借助大數據技術來完成。”丁華表示，“其中，制造業可視化的難點是面向研發和制造過程的決策可視化，而通過可視化建模和交互性分析，可提高研發決策效率。”
5G的應用，使所有的物理時間數據更加精準的被標注，同時可以實時傳輸，實現遠程工廠三維場景實時跟蹤重現。如果戴上VR眼鏡，就變成了科幻片里鋼鐵俠能看到的場景一樣，所有設備的運行狀態都能被實時監測。如此一來，相關人員可以更直觀地了解工廠狀態。同時還能將最近傳輸的數據記錄下來，完成工廠部分故障原因的診斷。
省
5G的成本高是大家的固有概念，因為沒有大范圍普及，因此硬件和部署的成本居高不下。但5G的顛覆性技術，替代原先的一些高科技，卻能“省”下不少錢。
在物流倉儲領域，吉利利用5G技術打造了物流倉庫堆垛機信息交互系統。偌大的立體倉庫，如何讓桁架機器人精準抓取物料是關鍵。
以往的立體庫堆垛機都是采用光通信的方式定位、作業，光通信設備對安裝條件要求較高，射頻設備對射稍微有偏差，就會造成數據通信終端錯誤，影響生產效率。此外，光通信設備一臺將近2萬元，維護更換成本較高。采用5G網絡通訊方式將大大提高生產效率，從而降低人工成本，減少設備維護及更換成本。
吉利研究院已經開發的6個應用并不算多，也不算特別具有顛覆性，卻是率先吃螃蟹的人之一，作為全世界范圍內最先進的汽車研發中心之一，杭州灣的研發中心目前所做的探索將為后人提供樣板和啟示，這也是寧波工業向無人區挺近的大膽實驗。
根據《寧波市制造業企業智能化技術大改造行動計劃（2020-2022）》，今后，我市將結合最新的5G技術，打造一批“5G+工業互聯網”示范項目，開展“5G+工業互聯網”試點示范企業100家以上。
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