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淺談5G+工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)MES行業(yè)應用

作者：Hanthink 發(fā)布時間：2023-06-13 14:43:44 3015

 導語

隨著中國制造業(yè)的不斷發(fā)展
，智能化制造產(chǎn)業(yè)已不可阻擋，而工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)作為關鍵基礎設施
、全新工業(yè)生態(tài)和新型應用模式
，正在不斷改變傳統(tǒng)的制造模式、生產(chǎn)組織方式和產(chǎn)業(yè)形態(tài)
，推動傳統(tǒng)產(chǎn)業(yè)加快轉(zhuǎn)型升級
，加速新興產(chǎn)業(yè)發(fā)展壯大。
5G作為“新基建” 的領頭羊
，在工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)方面的投資與建設也將加快我國智能制造步伐
，激發(fā)新型消費和投資、促進就業(yè)創(chuàng)業(yè)
、解放生產(chǎn)力
、打造經(jīng)濟發(fā)展新動能。
同時
，5G在工業(yè)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(fā)展和升級，這里就簡單對當前在MES系統(tǒng)建設中可能遇到的一些問題進行探討
。

典型工業(yè)網(wǎng)絡

工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)

，就是把人、數(shù)據(jù)和機器連接起來
。也就是說
，工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)的三要素，是人
、數(shù)據(jù)
、機器。人和人的連接
，就是傳統(tǒng)的互聯(lián)網(wǎng)
；物和物（機器）之間的連接，就是近來發(fā)展迅速的物聯(lián)網(wǎng)
；而網(wǎng)絡存在的核心
，自然就是數(shù)據(jù)中蘊藏的巨大價值?div id="m50uktp" class="box-center"> ？梢钥闯?div id="m50uktp" class="box-center"> ，工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)其實并太多沒有新的技術，更多的是架構(gòu)的整合
，從而把互聯(lián)網(wǎng)中成熟的網(wǎng)絡架構(gòu)和技術移植到工業(yè)生產(chǎn)的應用中
，用于效率的提升。

設備集成網(wǎng)絡架構(gòu)：

圖.典型工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)架構(gòu)

典型的工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)

，就是通過建立多個局域網(wǎng)
，然后通過交換機、路由器將各個子網(wǎng)匯聚到企業(yè)核心交換機
，從而打通設備與設備之間
，設備與系統(tǒng)服務之間的網(wǎng)絡，做到數(shù)據(jù)集成共享
。

這種架構(gòu)下的網(wǎng)絡相對穩(wěn)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(wǎng)絡的要求：

對于MES而言

，由于是直接服務于車間的系統(tǒng)，與設備之間存在大量的
、直接的數(shù)據(jù)采集交互
，所以穩(wěn)定高效的網(wǎng)絡是必須的。

這其中就涉及到以下幾個環(huán)節(jié)：

  • 設備自身網(wǎng)絡接口：工廠網(wǎng)絡的建設都是基于以太網(wǎng)的

    ，所以設備想要接入這個大的網(wǎng)絡
    ，必須具備以太網(wǎng)接口，現(xiàn)在大多數(shù)設備也都已經(jīng)具備該接口或可通過配置以太網(wǎng)模塊來實現(xiàn)網(wǎng)絡接入
    。

  • 局域網(wǎng)的搭建：工廠網(wǎng)絡的建設

    ，是由多層局域子網(wǎng)匯聚而成的，這其中包含了設備局域網(wǎng)
    ，線體局域網(wǎng)
    ，車間局域網(wǎng)，再到機房局域網(wǎng)
    ，辦公局域網(wǎng)
    ，數(shù)據(jù)逐級上傳，所以在搭建局域網(wǎng)時
    ，需要考慮各個子網(wǎng)之間的交互
    ，避免出現(xiàn)由于前期設計不合理導致數(shù)據(jù)限流或無法通訊的情況。

  • 網(wǎng)絡安全：網(wǎng)絡安全是系統(tǒng)穩(wěn)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(wǎng)絡和數(shù)據(jù)的價值就難以得到良好的應用
    ，甚至會損害企業(yè)的核心利益
    。

5G+工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)

5G+工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)近年來熱度不斷上升

，國家政策不斷利好，行業(yè)市場增速快
，潛力巨大
，對我國工業(yè)現(xiàn)代化將起到巨大的推動作用。

5G工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)基本架構(gòu)：

圖.5G+工業(yè)網(wǎng)絡基本架構(gòu)

在當前的大浪潮下

，企業(yè)紛紛準備投入到5G工業(yè)網(wǎng)絡的建設中去
，網(wǎng)絡供應商也紛紛亮出自家的建設方案，這其中的基礎架構(gòu)均包含了以下幾點：

  • 5G基站：企業(yè)在規(guī)劃工廠5G網(wǎng)絡前

    ，需要考慮所要實施的廠區(qū)是否在對應網(wǎng)絡供應商的5G信號覆蓋范圍內(nèi)
    ，還要考慮所選擇的模式是否被當前的網(wǎng)絡基礎設施所支持；

  • 設備接口：在選擇接入5G網(wǎng)絡的業(yè)務場景時

    ，需要考慮業(yè)務所涉及的各類設備是否支持5G傳輸協(xié)議
    ，否則還需額外配置5G接口轉(zhuǎn)換設備；

  • 場景選擇：對于制造業(yè)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(tǒng)或硬件，對于直接控制生產(chǎn)的工業(yè)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(yè)領域的應用場景：

圖.5G+工業(yè)互聯(lián)應用平臺架構(gòu)思路

當前5G在工業(yè)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(yè)
，這里以汽車制造業(yè)為例進行簡單分析。

沖焊車間：在沖焊車間的生產(chǎn)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(wǎng)絡接口大都是傳統(tǒng)的串口或以太網(wǎng)形式
，并不具備5G無線傳輸?shù)哪芰Γ瑫r這些設備都直接關乎生產(chǎn)
，在新技術尚未成熟之前
，直接接入5G網(wǎng)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(yè)自動化設備
，當前來看并不太適合5G網(wǎng)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(jīng)過更換為智能儀表
，再接入5G網(wǎng)絡
，達到實時監(jiān)控能源消耗，分析能源數(shù)據(jù)的效果
；

圖.能源監(jiān)控

總裝車間：總裝車間除了機運線

，多數(shù)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(tǒng)化
，所以通過改造升級更容易實現(xiàn)5G網(wǎng)絡的接入，實現(xiàn)數(shù)據(jù)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(tǒng)等，均在各個車間尤其是裝配車間
，更適合接入5G網(wǎng)絡
，實現(xiàn)車間內(nèi)部的智能化配送、質(zhì)量檢測
、生產(chǎn)管理
、設備保養(yǎng)等工作。

圖.AGV配送

 

5G在工業(yè)領域應用的優(yōu)勢：

正如人們所熟知的

，5G的幾個優(yōu)勢特點：高速度
、低功率、低延遲
，這些在工業(yè)網(wǎng)絡的建設中是十分需要的
，對于工業(yè)數(shù)據(jù)的采集效率會有很大的提升，在工業(yè)大數(shù)據(jù)的應用中
，也更加具有優(yōu)勢
。

同時與傳統(tǒng)的網(wǎng)絡布線相比，更加方便靈活

，節(jié)約布線成本
。當前加上國家政策扶持，也正是企業(yè)進行網(wǎng)絡升級的大好時機
。

 

5G在工業(yè)領域應用的挑戰(zhàn)：

工廠5G網(wǎng)絡的建設

，由于是起步階段，所以也面臨著諸多挑戰(zhàn)
，在真正的落地實施時
，局限性較大。

  • 設備接口：當前大多數(shù)設備都是只能具備傳統(tǒng)的網(wǎng)絡協(xié)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(wǎng)要求，但這樣的改造
    ，存在一定的成本
    ，在改造規(guī)模較大時，并不比傳統(tǒng)布線的成本低
    ；

  • 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(yè)建設5G網(wǎng)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；

  • 安全性：5G面向企業(yè)內(nèi)網(wǎng)的建設大概有3種模式：專網(wǎng)模式

    、企業(yè)自建核心網(wǎng)
    ，基站與公網(wǎng)共享模式和核心網(wǎng)用戶面功能下沉模式。其中專網(wǎng)最為安全可靠
    ，但是目前中國沒有專用頻段
    ；企業(yè)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(wǎng)模式
    ，也就是核心網(wǎng)和基站都是與運營商共享的
    。

在這種模式下，工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)技術與5G

、邊緣計算等新技術的融合以及第三方協(xié)作服務的深度介入增加了信息泄露
、數(shù)據(jù)竊取的風險。同時
，工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)設備種類多
、數(shù)量多，安全能力參差不齊
，由于工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)設備軟件更新緩慢
、用戶及廠商通常無法及時發(fā)現(xiàn)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(wǎng)絡攻擊可從IT層滲透到OT層，會造成工業(yè)系統(tǒng)中斷等風險
。

結(jié)語

當前5G+ 工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)已經(jīng)從單點局部的特色業(yè)務逐步轉(zhuǎn)變?yōu)榧苫?div id="jfovm50" class="index-wrap">、系統(tǒng)化的應用。雖然面臨著諸多挑戰(zhàn)，但相信通過不斷的發(fā)展與完善

，運營商
、工業(yè)方案提供商、工業(yè)現(xiàn)場的自動化裝備提供商等一起合作
，制定相應的規(guī)范標準
，必然可以發(fā)揮5G 優(yōu)勢，使之真正服務于工業(yè)企業(yè)
，從而促進中國制造業(yè)的轉(zhuǎn)型升級
。

與此同時，漢思作為專業(yè)的MES系統(tǒng)提供商

，特別是在汽車制造行業(yè)中
，十幾年的實施經(jīng)驗讓我們更加專業(yè)，對于車間自動化設備集成
、數(shù)據(jù)采集分析等也已形成較為完整的體系。我們注重行業(yè)最新的發(fā)展趨勢
，跟隨時代步伐
，不斷升級自身產(chǎn)品，在數(shù)據(jù)采集
、IOT平臺方面也已擁有較為成熟的產(chǎn)品
，并在先后為廣汽、北汽
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