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        5G技術(shù)在工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)領(lǐng)域中的應(yīng)用

        2022-03-13 00:56:49徐建偉
        今日自動化 2022年12期
        關(guān)鍵詞:港區(qū)碼頭港口

        徐建偉

        (中海油信息科技有限公司湛江分公司,廣東湛江 524000)

        5G 技術(shù)是目前最為先進(jìn)、快速、穩(wěn)定的移動通信技術(shù),其與工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)的良好融入,拓寬了工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)的網(wǎng)絡(luò)渠道。5G 技術(shù)作為基礎(chǔ)網(wǎng)絡(luò),實現(xiàn)工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)大規(guī)模業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)的承載傳輸,從而催生了一大批工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)相關(guān)應(yīng)用,為企業(yè)的生產(chǎn)賦能,加速企業(yè)的數(shù)字化轉(zhuǎn)型。

        1 5G技術(shù)概述

        在新一代信息技術(shù)革命浪潮中,5G 技術(shù)真正實現(xiàn)了萬物互聯(lián),成為領(lǐng)銜新一輪基礎(chǔ)網(wǎng)絡(luò)建設(shè)的排頭兵。5G 作為新一代移動通信系統(tǒng),與工業(yè)融合后,逐步成為支撐工業(yè)生產(chǎn)的基礎(chǔ)設(shè)施。5G 與工業(yè)生產(chǎn)中既有研發(fā)設(shè)計系統(tǒng)、生產(chǎn)控制系統(tǒng)及服務(wù)管理系統(tǒng)等相結(jié)合,可以全面推動5G 垂直行業(yè)的研發(fā)設(shè)計、生產(chǎn)制造、管理服務(wù)等生產(chǎn)流程的深刻變革,實現(xiàn)企業(yè)向智能化、服務(wù)化、高端化轉(zhuǎn)型。隨著工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)的發(fā)展,5G 技術(shù)低時延、大帶寬、高速率的特性可以承載工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)的龐大的數(shù)據(jù)量,而5G 更大的價值在于與云計算、大數(shù)據(jù)、人工智能、區(qū)塊鏈等數(shù)字技術(shù)的深度融合,推動與各行各業(yè)的結(jié)合,從而促進(jìn)經(jīng)濟(jì)社會的數(shù)字化轉(zhuǎn)型,助力數(shù)字中國和智慧社會的發(fā)展。

        2 5G技術(shù)在工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)領(lǐng)域中的應(yīng)用

        5G 技術(shù)的大帶寬、低時延及高速率特性,以及在網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)上的靈活性,讓它相比于以往任何一代無線通信技術(shù)都更能滿足行業(yè)所需。而工業(yè)對于無線連接的訴求,直接影響著生產(chǎn)網(wǎng)絡(luò)的變革,以及包括柔性化生產(chǎn)、預(yù)測性維護(hù)、服務(wù)化延伸等在內(nèi)的關(guān)鍵行業(yè)價值的兌現(xiàn)。在供給側(cè)和需求側(cè)的雙輪驅(qū)動下,5G 在工業(yè)領(lǐng)域前景非常廣闊且意義深遠(yuǎn)。

        3 具體應(yīng)用場景探析

        3.1 基于5G+工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)的閥門智能巡檢應(yīng)用

        在傳統(tǒng)的閥門巡檢中,企業(yè)需要耗費大量人力和物力,由于受限于網(wǎng)絡(luò)環(huán)境,無法很好地實現(xiàn)現(xiàn)場數(shù)據(jù)的回傳?;?G+工業(yè)互聯(lián)網(wǎng),設(shè)備建立了完整的數(shù)據(jù)鏈和信息化系統(tǒng),打造了自主創(chuàng)新的工業(yè)閥門全生命周期管理系統(tǒng)。為實現(xiàn)工業(yè)閥門的5G+智能化的目標(biāo),在閥門的巡檢修服務(wù)過程中,利用5G+技術(shù),采用契合閥門檢維修過程的智能巡檢修系統(tǒng),將長時間積累的巡檢修經(jīng)驗進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)化、數(shù)字化和智能化,優(yōu)化巡檢修過程的準(zhǔn)確性、及時性和高效性,提升客戶滿意度和降低自身的運(yùn)營成本;通過服務(wù)過程中采用的5G+移動式檢測設(shè)備,搜集閥門本體運(yùn)行的基本物理參數(shù)信息,為下一步完成5G+智慧閥門的開發(fā)和生產(chǎn)奠定良好基礎(chǔ)和數(shù)據(jù)支撐;同時,充分應(yīng)用大數(shù)據(jù)技術(shù),打通閥門制造和維修行業(yè)的數(shù)據(jù)孤島,積極將閥門的研發(fā)、制造和維修服務(wù)信息相結(jié)合,通過研發(fā)、制造信息來支撐和指導(dǎo)產(chǎn)品維修,通過維修服務(wù)信息來優(yōu)化產(chǎn)品的研發(fā)制造,打造了一個可持續(xù)發(fā)展的集閥門研發(fā)、制造、銷售、維護(hù)為一體的全生命周期管理體系。

        3.2 基于5G+工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)的智能工廠應(yīng)用

        5G+MEC 技術(shù)替代工廠原有的有線無線網(wǎng)絡(luò),規(guī)避原有網(wǎng)絡(luò)在工業(yè)生產(chǎn)現(xiàn)場環(huán)節(jié)存在的種種弊端,實現(xiàn)PTL 料車控制、AGV 自動化調(diào)度運(yùn)行、PLC 到PLC(C2C)自動協(xié)同控制、焊裝群控電腦IPC 無線化控制焊機(jī)等功能。

        基于5G 技術(shù),工業(yè)總裝線PTL(亮燈選揀)小車,單小區(qū)每分鐘近萬次的通信,5G 的大并發(fā)能力能很好地滿足該需求。焊裝車間AGV 在密集的機(jī)械臂、電焊電弧環(huán)境下工作,能有效體現(xiàn)5G 抗干擾、無切換的能力,5G 的高可靠性可很好地滿足復(fù)雜工業(yè)環(huán)境下的此類需求。工島控制器之間的C2C 控制,實現(xiàn)5G 商用網(wǎng)絡(luò)下E2E 的C2C 控制15 ms 低時延,不斷向工業(yè)控制10 ms 實時控制靠近。而且消除了工島之前的有線連接,實現(xiàn)了柔性制造。群控IPC 無線化,實現(xiàn)了現(xiàn)場工人移動辦公,極大提高工作效率。

        5G+工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)貫穿了制造的全過程,場景應(yīng)用覆蓋了倉儲物流、AGV、柔性制造、生產(chǎn)過程控制、機(jī)器人協(xié)作等各個環(huán)節(jié)。這些5G 智能制造應(yīng)用將顯著降低企業(yè)運(yùn)營成本,提高生產(chǎn)效率,優(yōu)化制造資源配置,提升產(chǎn)品高端化、裝備高端化和生產(chǎn)智能化水平,推動制造業(yè)實現(xiàn)質(zhì)量效益提高、產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)優(yōu)化、發(fā)展方式轉(zhuǎn)變、增長動力轉(zhuǎn)換,為構(gòu)建工業(yè)經(jīng)濟(jì)體系提供有力保障。

        3.3 基于5G+工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)的智慧碼頭應(yīng)用

        智慧碼頭通過信息技術(shù)綜合應(yīng)用于碼頭各業(yè)務(wù)環(huán)節(jié)和管理工作中,使碼頭業(yè)務(wù)和管理深度融合,促進(jìn)碼頭逐步走上集約、高效、便捷、安全、綠色的可持續(xù)發(fā)展道路。

        智慧碼頭將先進(jìn)的信息技術(shù)和自動化技術(shù)包括云計算、大數(shù)據(jù)、物聯(lián)網(wǎng)、GIS、RFID、實時監(jiān)控系統(tǒng)、船舶配載系統(tǒng)、智能監(jiān)控技術(shù)、作業(yè)自動調(diào)度等通過網(wǎng)絡(luò)的連接應(yīng)用到整個碼頭物流作業(yè)、運(yùn)輸服務(wù)及碼頭管理中,在信息全面感知和互聯(lián)的基礎(chǔ)上,實現(xiàn)碼頭集疏運(yùn)體系、生產(chǎn)操作、倉庫管理、物流跟蹤等方面的智能化,實現(xiàn)車、船、人、物與碼頭各功能系統(tǒng)之間無縫連接與協(xié)同聯(lián)動的智能自感知、自適應(yīng)、自優(yōu)化,最終使碼頭形成安全、高效、便捷、綠色可持續(xù)發(fā)展的形態(tài)。

        5G 網(wǎng)絡(luò)在智慧港口的建設(shè)運(yùn)行中,能夠充分發(fā)揮差異化性能優(yōu)勢,突破以往傳統(tǒng)方式的局限性,能夠極大提升自動化碼頭的運(yùn)營效率,為傳統(tǒng)人工碼頭的改造注入新動力,助力打造“綠色、環(huán)保、高效”的智慧港口。

        3.3.1 碼頭智能安防

        港口現(xiàn)場實時監(jiān)控是建設(shè)智慧港口的基礎(chǔ)保障。智慧港口需要實現(xiàn)對生產(chǎn)運(yùn)營過程全面安全監(jiān)控,包括港口人員、車輛、船舶和貨物等進(jìn)行實時跟蹤和不安全因素監(jiān)測。5G 的超大帶寬特性可實現(xiàn)港區(qū)多路高清監(jiān)控視頻回傳,結(jié)合高精度定位能力,基于港口已安裝及新安裝高清攝像頭,可部署邊緣服務(wù)器,增加對視頻內(nèi)容的識別分析,并且利用5G 超大帶寬特性及無線優(yōu)勢,可靈活部署監(jiān)控點位,實現(xiàn)港口區(qū)域全時(白天、倍晚、凌晨、夜晚)、全方位(無死角覆蓋)、全氣候(大霧、雨天等)條件下的視頻監(jiān)控。在車輛經(jīng)過的關(guān)鍵點位架設(shè)卡口設(shè)備,可實現(xiàn)對港區(qū)車輛的遠(yuǎn)程監(jiān)督、遠(yuǎn)程調(diào)度、超速報警、逆行分析、定位追蹤等功能;5G+無人機(jī)+高清攝像頭對港口關(guān)鍵基礎(chǔ)設(shè)施、電力線路和環(huán)境等進(jìn)行超視距密集巡檢和安防,并通過5G 網(wǎng)絡(luò)回傳超高清視頻:5G+AR 全景相機(jī)可滿足港口生產(chǎn)作業(yè)調(diào)度、安全作業(yè)防范、海事等監(jiān)管部門對全港區(qū)視頻監(jiān)控系統(tǒng)的監(jiān)管和應(yīng)急處置等應(yīng)用需求。5G+8K+VR 即攝即傳,可構(gòu)建港區(qū)實景立體作戰(zhàn)指揮平臺,完成港區(qū)作業(yè)線實時指揮、作業(yè)方式調(diào)整等功能,形成港區(qū)集成一體化智能綜合安防解決方案。將港口的出入口、堆場、海陸側(cè)裝卸區(qū)、作業(yè)區(qū)、停車場、港區(qū)道路、查驗平臺等統(tǒng)一納入港口可視化、智能化的安全管控體系,為港務(wù)局、海關(guān)、港口公安局、海事局、邊防、國檢、港口經(jīng)營人等港區(qū)相關(guān)業(yè)務(wù)單位提供全方位可視化的綜合監(jiān)管手段,從而實現(xiàn)創(chuàng)建一個安全、方便、快捷、高效的港口營運(yùn)環(huán)境的目標(biāo)。

        3.3.2 無人運(yùn)輸

        港口相對封閉,運(yùn)行車輛相對規(guī)則,是5G+自動駕駛的重要應(yīng)用場景:此外,港口是勞動密集型產(chǎn)業(yè)區(qū)域,一般7×24h 作業(yè),集卡駕駛員工作強(qiáng)度大,疲勞駕駛現(xiàn)象突出,存在安全隱患;同時集卡駕駛員培養(yǎng)周期長等,人才較為短缺。目前港區(qū)自動駕駛主要有地磁AGV 和單車智能集卡兩種技術(shù)路線,但是地磁AGV 要求地面鋪設(shè)地磁設(shè)備,對原有港區(qū)路面改造較大,同時因為采用依據(jù)預(yù)先設(shè)定好的毫米波雷達(dá)探測距離為1~280 m,紅外線傳感器探測距離為0.2~120 m,視覺攝像頭探測距離為0~80 m,中短距毫米波雷達(dá)探測距離為0.2~120 m,短距毫米波雷達(dá)探測距離為0.2~30 m,激光雷達(dá)探測距離為80~150 m,車端感知范圍還受到障礙物限制存在感知盲區(qū),面對持殊道路情況會有“猶豫不決”的情況,無法在安全、效率等多個維度滿足業(yè)主方需求。自動駕駛是港區(qū)重點應(yīng)用的場景,其對信號傳輸、協(xié)同互通、定位精度等要求較高,需高精度定位、車路協(xié)同、5G 等技術(shù)的融合應(yīng)用?;?G 近實時的高清視頻傳輸,讓自動駕駛能“看得更遠(yuǎn)更清楚”,實現(xiàn)更高安全性。5G 網(wǎng)絡(luò)切片技術(shù)提供始終如一的QoS 保障,能優(yōu)先保障汽車通信的高速率和低時延性能。5G 邊緣計算則是自動駕駛的未來,5G 核心網(wǎng)控制面與數(shù)據(jù)面徹底分離,網(wǎng)絡(luò)虛擬化技術(shù)令網(wǎng)絡(luò)部署更加靈活,從而使能分布式的邊緣計算部署,邊緣計算將更多的數(shù)據(jù)計算和存儲從“核心”下沉到“邊緣”,部署于接近數(shù)據(jù)源的地方,一些數(shù)據(jù)不必再經(jīng)過網(wǎng)絡(luò)到達(dá)云端處理,從而降低時延和網(wǎng)絡(luò)負(fù)荷,也提升了數(shù)據(jù)安全性和隱私性。這對于時延要求極高、數(shù)據(jù)處理和存儲量極大的自動駕駛領(lǐng)域而言,重要性不言而喻。未來對于靠近港口集卡車輛的移動通信設(shè)備,如基站路邊單元等或均將部署車聯(lián)網(wǎng)的邊緣計算,完成本地端的數(shù)據(jù)處理、加密和決策,并提供實時、高可靠通信能力的5G-V2X 通信技術(shù)結(jié)合高精度定位,能有效建立車車/車路低時延、高可靠的數(shù)據(jù)交互通路,精準(zhǔn)規(guī)劃與監(jiān)測車輛行駛路徑,減輕單車智能實現(xiàn)難度,降低港區(qū)自動駕駛單車智能化改造的成本,實現(xiàn)港區(qū)集卡自動駕駛、AGV 小車自動駕駛等應(yīng)用。

        3.3.3 AI人員行為管理

        港口司機(jī)行為管理系統(tǒng)主要利用5G 回傳駕駛員的面部特征、眼部信號、頭部運(yùn)動特征等全天候監(jiān)測駕駛員的疲勞狀態(tài)、駕駛行為等,在發(fā)現(xiàn)駕駛員出現(xiàn)疲勞、打哈欠、分神、抽煙、打電話及其他錯誤駕駛狀態(tài)后,預(yù)警系統(tǒng)將會對此類行為進(jìn)行及時的分析,并進(jìn)行語音燈光提示,達(dá)到警示駕駛員,糾正錯誤駕駛行為的方式。通過對司機(jī)行為的管控,并進(jìn)行報警提示和采取相應(yīng)措施,有利于駕駛員更直觀地判斷車輛狀態(tài),對駕乘者給予主動智能的安全保障,提升碼頭現(xiàn)場作業(yè)安全。

        3.4 基于5G+工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)的智慧風(fēng)電應(yīng)用

        近年來,風(fēng)電上網(wǎng)電價正在逐年下降,如何緩解成本壓力,提高風(fēng)電機(jī)組發(fā)電效率逐漸成為行業(yè)關(guān)注的焦點。在此背景下,以信息流貫穿風(fēng)電機(jī)組生產(chǎn)、服役、運(yùn)維等關(guān)鍵環(huán)節(jié)的智慧風(fēng)電應(yīng)運(yùn)而生。智慧風(fēng)電作為風(fēng)電行業(yè)在新形勢下發(fā)展的必然選擇,以高效可靠的通信網(wǎng)絡(luò)為載體,正逐步形成驅(qū)動風(fēng)電機(jī)組全生命周期智能化、數(shù)字化的良性發(fā)展模式。智慧風(fēng)電應(yīng)充分發(fā)揮5G 低時延、大帶寬、海量連接的特性,在風(fēng)電場部署5G 網(wǎng)絡(luò),實現(xiàn)風(fēng)電場海量數(shù)據(jù)上云,動風(fēng)電場大數(shù)據(jù)在風(fēng)電行業(yè)的升級和落地。5G 作為面向工業(yè)領(lǐng)域的新一代通信技術(shù),實現(xiàn)“信息物理融合”,助力風(fēng)電行業(yè)實現(xiàn)新的跨越式發(fā)展。

        3.4.1 高空無人機(jī)巡檢

        風(fēng)場偏遠(yuǎn),環(huán)境惡劣,人工巡檢存在成本較高、效率低下的問題,并伴隨一定的安全風(fēng)險。針對此問題,利用5G 大帶寬、高速率的傳輸特性,結(jié)合網(wǎng)聯(lián)無人機(jī)、全景VR 相機(jī)等專業(yè)的巡檢輔助設(shè)備,可實現(xiàn)智能化巡檢。無人機(jī)與控制臺均與就近的5G 基站連接,在5G 基站側(cè)部署邊緣計算服務(wù),實現(xiàn)視頻、圖片、控制信息的本地卸載,保障通信時延在毫秒級。同時還可利用5G 高速移動切換的特性,使無人機(jī)在相鄰基站快速切換的同時,保障業(yè)務(wù)的連續(xù)性,從而擴(kuò)大巡線范圍到數(shù)公里范圍以外,提升巡線效率。

        3.4.2 風(fēng)機(jī)吊裝協(xié)同

        風(fēng)機(jī)吊裝場景是采用多臺起重機(jī)對塔筒、機(jī)艙進(jìn)行安裝,操作人員通過對講機(jī)將安裝情況與后臺指揮平臺同步,但該方式的實時性、準(zhǔn)確性差,存在信息不對等的風(fēng)險。針對風(fēng)機(jī)吊裝現(xiàn)場多臺吊機(jī)協(xié)同工作的場景,利用無人機(jī)實時采集現(xiàn)場高清畫面,并通過5G 網(wǎng)絡(luò)將現(xiàn)場環(huán)境全景無死角地反饋給指揮平臺,由后臺吊裝專家進(jìn)行集中管理和實時調(diào)度,從而實現(xiàn)風(fēng)機(jī)的安全快速吊裝

        3.4.3 風(fēng)機(jī)AR遠(yuǎn)程運(yùn)維

        在風(fēng)電場建立5G 通信網(wǎng)絡(luò),利用AR 技術(shù)實現(xiàn)風(fēng)機(jī)的遠(yuǎn)程診斷和遠(yuǎn)程維修指導(dǎo)。風(fēng)電場操作人員佩戴AR 眼鏡,通過5G 網(wǎng)絡(luò)將現(xiàn)場環(huán)境及故障情況實時反饋至異地專家,異地專家通過視頻畫面,對現(xiàn)場人員進(jìn)行指導(dǎo),最大化復(fù)用專家的能力。風(fēng)電場AR遠(yuǎn)程運(yùn)維提高了效率,降低了成本,解決了技術(shù)專家緊缺的難題。

        4 結(jié)束語

        分析了5G 技術(shù)在工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)領(lǐng)域的應(yīng)用,明晰了5G 技術(shù)對工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)發(fā)展的重要作用和深遠(yuǎn)意義。相信隨著企業(yè)數(shù)字化轉(zhuǎn)型浪潮,5G+工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)勢必能催生更多的應(yīng)用。

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