请选择 进入手机版 | 继续访问电脑版
搜索
房产
装修
汽车
婚嫁
健康
理财
旅游
美食
跳蚤
二手房
租房
招聘
二手车
教育
茶座
我要买房
买东西
装修家居
交友
职场
生活
网购
亲子
情感
龙城车友
找美食
谈婚论嫁
美女
兴趣
八卦
宠物
手机

文心阁文章列表 从灰暗走向高光 |工业4.0通讯的新纪元 丑皇易人北

[复制链接]
查看: 539|回复: 0

51

主题

236

帖子

332

积分

等待验证会员

积分
332
发表于 2019-7-12 00:27 | 显示全部楼层 |阅读模式
这是写在帖子头部的内容随着6月6日5G商用派司的发放,中国5G的成长毫无意外地起头加速。中国移动2019年估计将投入192亿群众币,三大运营商估计今年扶植8至9万个基站(对照一下,美国今朝只要几千个 )。相关数据表白,2026年ICT运营商5G的数字化支出估计将跨越12000亿美圆,其中约2340亿美圆来自响应的垂直制造范畴
产业正在迎来美好的通讯时代,而产业4.0背后需要的通讯系统,也起头浮出水面。
产业4.0的新通讯
产业4.0一路头就界说了本身的顶层架构RAMI,它从三个维度对产业4.0停止了框架描写,代表了德国对产业4.0所停止的全局式思考。有了这个模子,各个企业特别是中小企业,便可以在全部系统中寻觅到自己的位置。这是一股史无前例的洪流融合,万物、人机、软硬、真假都要毗连,需要一种全新的通讯观,才能实现这类集成。从国外的产业巨头如西门子的理论来看,根基是依照这样的通讯框架停止全域构建。

从昏暗走向高光 |产业4.0通讯的新纪元

从灰暗走向高光 |工业4.0通讯的新纪元  国内新闻 002727xv9sv1v2vc5sq3im
图1:产业4.0架构RAMI与通讯



(来历:弗劳恩霍夫IOSB-INA和VDMA配合出书的《产业4.0通讯指南》)
但是,通讯作为产业4.0系统中相当重要的子系统,并不是只需要完成通讯系统的实时性能便可以——这很轻易被误解是唯一重要的点。更大的应战是,把通讯要求所涵盖的一切收集停止无缝的集成。这些收集包括从有严酷肯定性要求的就地控制收集,到工场内部的运转操纵治理收集,到企业生产的计划调剂收集,并延长到全球毗连的跨企业的通讯,以及基于收集通讯的自组态和各类收集治理的集成。同时,需要制定分歧以往的升级迁移、集成和保护,斟酌与高低流企业的关联和毗连能够性等复杂的实时战略。
要从底层的传感器传递到云端,数据需要有多样化的途径。从厂房地板,到企业高管天花板,一路穿越的收集和毗连收道的数据,若何实现通讯的无缝集成,将成为一个最大的现场应战。
产业4.0正在呼唤一个全新的通讯场面,OPC UA和TSN回声而出。
数字化工场的通讯赢家
以往,工场处处都是机械,它们挨着多年,但天生的信息却相互隔离,很少“扳谈”,也很少被操纵。但是在离散型工场或进程自动化工场中,信息交换有各类分歧的流量范例和传输要求。自动化控制装备与工场级系统和利用之间存在垂直通讯需求,而从控制器到控制器、从控制器到现场装备(例如履行器、传感器和驱动器)、输入和输出等则有水平通讯需求。以往,各类范例的现场总线和产业以太网支持这些分歧的通讯需求,从而将流量分别到各个零丁的收集上。这类数据“各不相谋”的数据治理场面的构成固然有其历史的必定性,可是当前却正在成为制约万物互联的“桎梏”。
作为一种打造万国装备的工场级天下语,OPC UA出现了。
近几年来, 开放平台通讯同一架构OPC UA的标准成长速度很快,一路领跑。2017年末,德国机械制造协会VDMA与弗劳恩霍夫IOSB公布了针对中小型机械制造企业若何导入OPC UA及其战略的导则。导则明白的夸大,OPC UA不是自动化实时通讯的另一个标准,而是一种为今朝尚处于信息孤岛的装备之间建立附加通讯通道的工具, 为分歧生产厂商生产的成套装配、机械装备和部件之间供给一种同一的通讯方式。
OPC UA不是来取代现有的通讯协议,而是实现通讯停止同一对话的工具。换言之,此次来的不是抢地皮的,而是劝和使者。更重要的是,它是将装备从昏公开带、甚至是至暗角落,带向一个高光时辰。
从传感器到装备、到云端,那是一路凶恶的火焰山。取经途中需要处理的题目包括:同一的语义(各类通关文牒)、实时(跑得快)、大数据量传递(个子大)、海量并发(拥堵)、异构数据(分歧肤色)。OPC UA作为一种面向办事的架构SOA,为机械数据(诸如装备描写、丈量数值、参数和控制变量)信息交换的标准化,成为西天取经的重要宝贝。但是它只处理了上层题目,对于底层接连不断的数据,如同从山谷里杀出多个军种的千军万马,收集系统若何抵挡?
时候敏感收集TSN起头退场,它专门针对分歧数据响应速度要求的特点,供给了一种收集弹性的保障机制。例如,在现代工场控制中,既有大量实时数据的通讯与控制,也有很多监视器的监测,以及各类无线数据,使得现场的数据构成了拥堵的跑道,布满了大量结构化实时信息和非结构化信息(如音频、视频流)等各类分歧范例的数据,对数据同步的精度要求比力高。在控制器之间停止通讯时,可以操纵TSN的功用按信息传输的优先级加以调和,从而在复杂的现场情况下保障各类通讯的调和分歧性。

从昏暗走向高光 |产业4.0通讯的新纪元

从灰暗走向高光 |工业4.0通讯的新纪元  国内新闻 002727muxavaiuuu88jruz
图2:各类数据挤上跑道

可以说,TSN搭建了一个数字天下的龟兔赛跑的新场地。这类龟兔同赛道的法则,不再是谁快谁慢,而是认可数据多样性的一种理性挑选。
今朝,TSN已到达了适用所需的技术成熟度,具有TSN功用的收集组件、通讯处置器、软件和收集治理系统都已经面世。实在,TSN也并非全新的技术,其来历于AVB(Audio Video Bridging)音视频桥接,是由AVnu同盟构造所提倡开辟的协议。AVB协议是为保障实现音频和视频数据供给时候同步的、低提早的和保证带宽预留的流媒体功用。TSN是AVB的进化版,在原有规格的根本上扩大了标准的范围、功用和利用法式。在2017年,产业互联网同盟(IIC)和Avnu同盟公布联手,配合鞭策TSN开放标准装备的摆设。这也意味着TSN正在产业范畴获得普遍认可。
这样一来,OPC UA在上层,而TSN首要鄙人层,两者组成了地板与天花板之间的相互照应。

从昏暗走向高光 |产业4.0通讯的新纪元

从灰暗走向高光 |工业4.0通讯的新纪元  国内新闻 002727z0uuv005ggvg9r0r
图3:基于TSN强化产业通讯(来历:西门子)

TSN增强了以太网的功用,也使得其更合适于产业利用。即使在高收集负载条件下,TSN也能在机械和工场之间实现加倍强大和牢靠的以太网通讯。这类牢靠性使得汽车、机械工程等行业的自动化利用具有明显上风。
5G工场的数据观
OPC UA是在作为物理层和数据链路层的以太网的根本上作为利用层的协议,而TSN则是为了改良现稀有据链路层的协议。今朝工场里的以太网可所以有线的,也可以是无线的。今朝大部分的OPC UA均运转在有线以太网中。但是,对于万众注视标5G,作为无线通讯的根基载体,正在引发产业范畴的全新爱好。
在以引领行业未来著称的2019年德国汉诺威产业展览会上,5G第一次以专门展区形式出现,多家企业停止了集合展收宣讲。5G和上一代蜂窝收集的首要区分之一是,5G可以间接利用于机械之间通讯和物联网。包括5G和产业wifi6在内的无线通讯,将大幅度进步智能工场的灵活性、通用性和生产率。
国际标准化构造3GPP界说了5G的三大场景,其中每个场景都与制造业相关。增强型移动宽带eMBB,可以用于增强或虚拟现实、3D/超高清视频等大流量高速移动宽带营业;而海量机械类通讯mMTC,用于智能抄表、智能农业、进程自动化等大范围物联网营业;而超牢靠低时延通讯URLLC,则可以用于无人驾驶、产业自动化控制、移动机械人,远程制造等需要低时延、高牢靠毗连的营业。而在一切产业利用中,活动控制应当是最具应战性和高要求的。这就落在URLLC的头上。

从昏暗走向高光 |产业4.0通讯的新纪元

从灰暗走向高光 |工业4.0通讯的新纪元  国内新闻 002727o66esyvvwpxse6es
图4:5G三大场景在未来工场的利用(来历:ZVEI)

新的数据自治次序,呼之欲出。
看上去,工场里的无线数据,正在处于预备炸锅的场面。5G在制造业中的利用,酿成了一种期待。一些企业起头盼望未来把5G融到产业利用范畴中去。
不外且慢,需要泼点冷水的是,5G在工场现在仍然处于不竭尝试,寻觅场景利用的青春萌动期。三大场景频次资本,实在是不成能同时停止的。用标准的协议与产业利用去做对应和适配,仍然是相对现实的做法。
较之有线通讯系统来说,无线系统明显能快速冲破技术和经济上的限制。未来会在产业生产中应用数目庞大的低本钱传感器和履行器,除了利用有用的无线系统,别无它法。蓝牙和无线局域网都在开辟低本钱的结构,但至今为止唯一很是有限的机制来处理抗干扰、信息平安和响应时候等题目。单一的无线产业处理计划范围于很少的频带,由于只能包容数目不多的传感器和履行器,不太能够有很好的经济效应。是以,能够仍然需要5至10年,5G才会在产业利用中起到巨高文用。
当下ICT的悲观情感和宣传,难免会影响了言论的判定。那种以为“装备+毗连+云”便可以完成大一统的想法,不免过于简单。随着5G的成长,产业Wifi6也起头成为随时随地震身的数据军团,无补缀齐5G所留下的空缺。已经在商用范畴实现WiFi6技术的装备供给商也逐步意想到了无线技术在产业控制利用中的特别性。这类产业现场特征的技术差别性,是很难靠ICT厂商实现冲破的。对于装备周游的实时性和牢靠性题目,ICT公司经过上层软件、驱动和集合调控的方式很难处理。很多机械人、AGV更没法构成集合资本,这就必须从装备端、现场端来处理。ICT从一路头的态度,就已经表示出分歧。这些收集装备,是不会关心控制的,而这恰好是装备制造商和OT企业最为经心庇护的阵地。
在上海宝武冷轧车间无人“黑灯工场”中,重载钢卷行车在黑暗而空阔的厂房高空中无声行走,搬运侧重达十几吨的钢卷,给人以震动的感受。黑暗空间背后一样不成看见的则是西门子等多个自动化厂家供给的控制系统的支持。在智能制造诸多类似的现场都可以发现,假如没有牢靠的驱动与控制、定位系统与通讯系统的协同,难言通讯技术的单刀冲破,5G在工场级的利用和成长也不会破例。
今朝来看,有线框架与无线框架将持久并存。也许未来10年左右,才能看到更好的融合点。
一样地,OPC UA也不是万能的。OPC UA本质上,只是为领会决机械之间的互联互通和互操纵,对于更复杂的软件与软件、数据与数据、人与系统等的连接性,则是力所不及的。这意味着,OPC UA之外仍然需要大量的连接性协议(如DDS、oneM2M、HTTP)等加以补充。OPC UA和TSN也是慢慢搬家到机制上。专业通讯的架构,仍然是工场通讯的焦点关键。这需要对装备有着深入的领会。
合适产业4.0要求的通讯,并没法立即周全提高。要获得周全的利用,生怕还需要十年左右的时候。这对于急性的人们而言,也许显得有点长,但斟酌到自动化技术的利用动辄三四十年,这已经算快速的利用了。
万物互通讯,让数字企业更精准
数据的魅力已经获得确认。在这样一个5G时代,各类数据正在四周炸开,像是叮当散落的珠子。大珠小珠落玉盘,遍地溅射的数据,更需要一个聚宝盆来盛接。
物联网平台随着而来,正在成为一个理想的容器。与国内产业互联网平台承接中小企业的赋能使命所分歧,国外纷纷走向大企业的计谋合作。德国公共汽车在今年3月公布,西门子MindSphere将成为公共产业云的集成合作伙伴。其122家工场的各类机械装备将整合到产业云中停止,数据通明和数据分析将为公共汽车进一步进步生产效力奠基技术根本。
这个时代最使人深入的印象是,大的科技都是在同时并发。5G、Wifi6.0、NB-IoT等这些通讯技术,与物联网大平台、野生智能都穿插进步,照应着一个数据大时代。
万物互联背后,正是通讯的时代。
在精益生产的系统中,水蜘蛛这个岗位的出现,语重心长。水蜘蛛是生产线上专门处置生产看板、物料的预备和传递的职员。这些人被昵称为“水蜘蛛”,描述其如同飘在水上的蜘蛛,行动快速,日本人称之为Mizusumashi。日本人一方面把现场力做到极致,另一方面就是这么擅长制造名词,成为日本制造背后的一种病毒式传布的产业文化。水蜘蛛是一种完成态势感知,从而填补部合作位信息不敷的一个重要岗位。
在未来智能工场中,诸如 AGV、移动机械人等各类生产物料将与人力、机械装备和系统协同工作,机械或机械人的位置会随时变更。是以,切确供给其在工场中的位置信息,对于自我指导的高效工作流程来说相当重要。
在这类场景下,“数字水蜘蛛”出现了。一种实时定位系统RTLS,正在起头以位置+自通讯的视野,进入了数字化工场。它具有水蜘蛛的感知特征,但更能与上层的治理软件系统间接对话,而且可以批示。
一方面智能系统如移动机械人、自动扶引车AGV会随时报告自己的地址和时候信息;而相关工具 (如工件、工装夹具、AGV 或机械人)都可以绑定电子标签。标签信号将由上位系统收集,并计较其位置,然后将信息反应给自动化系统和制造单元。

从昏暗走向高光 |产业4.0通讯的新纪元

从灰暗走向高光 |工业4.0通讯的新纪元  国内新闻 002728wyyeqsnymkm6exzw
图5:实现全部公司内的全景定位(来历:西门子)

实时定位系统(RTLS),能指导物料、控制移动机械人、监测工件利用,并完整记录追溯终极产物装配的实时定位系统。从而实现高度灵活、自我构造的生产与物流处理计划,进步生产与物传播统工作流程的静态性能。小批量生产,变得加倍可行。而西门子厘米级的SIMATIC RTLS,则经过MES系统与营业点的切确数字化映照,从而涵盖从物料入库到进一步加工和终极装配。
一曲万物大独唱的数据之歌,起头上演。而RFID、读码器,这类传统的不能再传统的标识工具,忽然间有了灵魂。它们不再孤独作战,不再部分交换信息,而是组合建立了一个全厂级的兵团。这是水蜘蛛最成心义的工作了。
在宝马、奔驰的车间中,本来是经过单个的传送带将车体送到分歧位置停止加工。而经过生产工艺改良和对于RTLS的利用,单轨运输的牢固输送线有能够被束缚出来。这意味着生产线路可以灵活地停止调适,工场全部工艺生产结构可以快速调剂,柔性化生产将变得加倍轻易,厂房空间也可以大幅度紧缩。这背后需要正确捕捉每个装备、每个工件物料的位置信息,并供给响应办事。
工具起头变得加倍有点像蓝精灵一样“调皮”了,可以自行脱手动脚了。在汽车的加工工艺中,汽车安装的时辰有很多拧紧的行动,可以收集工具活动的行动和活动次数,以及分析在某个工位若何能装配得更快。假如这个工位的零件需要转三圈紧固,那末工人不用去翻看操纵手册,甚至也不用有记忆,而只是拿着带定位的工具。这个装备,会自动转三圈;而到了下一个工序位置,则按照定位能够自动扭转十五圈。在分歧的位置点可以分派分歧的使命。当生产线上的车型更换了,安装顺序、工艺流程分歧了,都可以轻松调剂,灵活利用。
就这样,借助于超宽带UWB技术和2.4G无线通讯,实时定位系统只是把位置信息发给使命分派装备,使命分派装备再根占有线的大概无线的通讯方式把使命发送到操纵工具,操纵工具就自动完成工作了。
智能工场常常过度夸大智能装备和软件,但工场工具的智能化,例如传感器、物料等,一样非常重要。任何数据的发出源,都能借助全新的通讯系统,经过光学、机械和声学等手段,将工场工具,转换成智能工具。一辆辆汽车的平平无奇,由于GPS导航而重新界说车与路的关系。路盲的标签,完全地从每小我身上撕掉。而RFID这些早已在工场冷静多年的标签,忽然变得“视野坦荡”,从“标签工具”成为“智能工具”,这正是拜实时定位系统所赐。实时定位系统激起了现场一切能够信息的开释,让一个数字化企业变得加倍触手可及。
这类数字化企业的无线定位平台,设置简单,激活了传统存量设备,也激活了一个“空中之城”:那些实时、精准和静态的数据,在忙碌的物理装备的上空,也在轰轰烈烈地处置和分析当中。
小记
万物互联激发了数据像雪崩一样地四周翻滚,将是未来数字化工场最为壮观的一个场景。若何批示这些数据、连同各类信号和指令,同一成一个和谐的人机协同的智能工场?假如仔细观察西门子这样的数字化急先锋,你会发现它背后是对产业通讯的一个复杂多样的周全结构。由于产业通讯正是翻开智能工场大门的一把超级钥匙。在5G时代,让人们对智能工场有了更多的设想空间,那些看不见的数据则纷纷摆脱了装备的约束,从机械的暗处纷纷走向明亮的屏幕之上。而产业通讯,这一传统的脚色正以史无前例的包容,若无其事地在背后批示着一切数据的自在活动。
(道谢上海产业自动化仪表研讨院、PLCopen中国构造的彭瑜师长在本文撰写中赐与的支持与帮助。
作者(林雪萍:南山产业书院倡议人,北京联讯动力征询公司总司理)
更多出色原创内容,请关注微信公众号“常识自动化”
感激您的阅读
回复

使用道具 举报

您需要登录后才可以回帖 登录 | 立即注册

本版积分规则

Copyright © 2006-2014 科技资讯网|科技新闻网--最新最快科技新闻发布汇集平台。 版权所有 法律顾问:高律师 客服电话:0791-88289918
技术支持:迪恩网络科技公司  Powered by Discuz! X3.2
快速回复 返回顶部 返回列表