基于5G和IMS技術(shù)的智能制造系統(tǒng)解決方案

馮馨于

摘要：5G技術(shù)和和IMS技術(shù)的工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)的發(fā)展推動了制造業(yè)向新一代智能制造邁進(jìn)。在智能制造場景中，制造活動的智能源于信息技術(shù)對數(shù)以百萬計的傳感器感知生產(chǎn)環(huán)境信息、產(chǎn)品狀態(tài)信息和設(shè)備運(yùn)行信息數(shù)據(jù)進(jìn)行抓取和使用的過程。龐大的數(shù)據(jù)流動和海量節(jié)點(diǎn)接入對通信技術(shù)產(chǎn)生了巨大的需求。對于“5G和IMS技術(shù)+工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)”的探索和實(shí)踐，順應(yīng)了新一代信息技術(shù)與實(shí)體經(jīng)濟(jì)深度融合的要求?；诖耍酒恼聦?G和IMS技術(shù)的智能制造系統(tǒng)解決方案進(jìn)行研究，以供參考。

關(guān)鍵詞：基于5G和IMS技術(shù);智能制造系統(tǒng);解決方案

引言

在經(jīng)濟(jì)飛速發(fā)展的現(xiàn)代社會，各方面的技術(shù)都在不斷改進(jìn)和創(chuàng)新，以求時刻跟緊時代步伐，走在社會發(fā)展前列。尤其是我國的智能制造行業(yè)，更是獲得了飛速的進(jìn)步，已經(jīng)從初具雛形的簡陋模式到如今完全建立起完整體系，制造系統(tǒng)行業(yè)的相關(guān)生產(chǎn)技術(shù)正在不斷向著現(xiàn)代化方向發(fā)展。然而，雖然發(fā)展十分迅速，但是智能制造系統(tǒng)行業(yè)的生產(chǎn)效率和產(chǎn)品的平均質(zhì)量還遠(yuǎn)遠(yuǎn)未能達(dá)到相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)的要求，在這一方面，我國在國際競爭中還是處于弱勢地位的，所以需要對該技術(shù)進(jìn)行整體的研究和分析，積極研究智能化技術(shù)和智能化系統(tǒng)，從而實(shí)現(xiàn)技術(shù)的徹底改革，奮力趕上時代的步伐，甚至走在發(fā)展前列。

1 5G技術(shù)

（1）高速率：5G的數(shù)據(jù)傳輸速率已經(jīng)達(dá)到4G的10倍，這大大提升了用戶的體驗(yàn)感。5G技術(shù)的高速率就在AR/VR領(lǐng)域發(fā)揮著巨大優(yōu)勢。AR/VR應(yīng)用常常會因?yàn)榫W(wǎng)絡(luò)傳輸速率造成圖像渲染延時，給用戶帶來眩暈感;未來的5G的無線接入將會實(shí)現(xiàn)穩(wěn)定的高速率傳輸，讓AR/VR用戶擺脫“有線”的限制，實(shí)現(xiàn)真正的“無繩化”。5G的邊緣計算也是實(shí)現(xiàn)5G高速率的重要技術(shù)，通過“管理”和“應(yīng)用”的分離，實(shí)現(xiàn)用戶側(cè)服務(wù)器能快速將計算結(jié)果反饋給用戶，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)運(yùn)算的高速率。（2）“萬物互聯(lián)”：5G實(shí)現(xiàn)了海量設(shè)備鏈接支持服務(wù)。5G網(wǎng)絡(luò)可以提供超千億的網(wǎng)絡(luò)鏈接支持能力，開啟智能物聯(lián)網(wǎng)時代，解決了4G時代接入設(shè)備激增帶來的通信功能癱瘓問題，為智慧生活提供基礎(chǔ)設(shè)施保障。（3）低時延：成年人的感官時延大約在80～100ms，但5G的理論時延只有1ms。5G的低時延特點(diǎn)主要應(yīng)用在無人駕駛和遠(yuǎn)程醫(yī)療等對過程要求精度高的行業(yè)。5G的低時延會大大提高控制的精度，降低無人駕駛和遠(yuǎn)程醫(yī)療的事故率。（4）低功耗：5G會使用微基站填補(bǔ)宏基站覆蓋盲區(qū)，微基站相較于傳統(tǒng)基站的發(fā)射功率更低。5G要支持大量的物聯(lián)網(wǎng)連接，就要降低網(wǎng)絡(luò)功耗，保證設(shè)備的待機(jī)時間。5G的大規(guī)模天線陣列以及波束賦形技術(shù)（MassiveMIMO）可以通過基站側(cè)安裝的天線實(shí)現(xiàn)全雙工（同時收發(fā)數(shù)據(jù)）功能，有效降低上下行發(fā)射功率，提高通信效率。

2智能制造系統(tǒng)的應(yīng)用需求

目前，5G和IMS技術(shù)的工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)融合應(yīng)用有多個場景：5G+超高清視頻、5G+AR、5G+VR、5G+無人機(jī)、5G+云端機(jī)器人、5G+遠(yuǎn)程控制、5G+機(jī)器視覺等。經(jīng)濟(jì)價值逐漸顯現(xiàn)，應(yīng)用受限于與設(shè)備的結(jié)合程度，還需等待相關(guān)設(shè)備技術(shù)的成熟，應(yīng)用由于涉及工業(yè)控制核心環(huán)節(jié)，需要與實(shí)際業(yè)務(wù)及應(yīng)用場景深度融合，處于探索期。

3基于5G和IMS技術(shù)的智能制造系統(tǒng)解決方案

本文提出建設(shè)基于5G和IMS技術(shù)的智能制造系統(tǒng)，是一套基于5G傳輸技術(shù)的智能制造系統(tǒng)，以智能制造單元為載體，加入5G技術(shù)，用于設(shè)備間的數(shù)據(jù)傳輸，有效解決了數(shù)據(jù)傳輸和實(shí)際布線的問題;通過IMS技術(shù)，有效解決了銷售、設(shè)計、生產(chǎn)、組裝等生產(chǎn)鏈的有效銜接。智能制造系統(tǒng)主要由智能制造單元和IMS系統(tǒng)組成，其中IMS系統(tǒng)又分為;IMS-智能制造單元、IMS-個性化定制系統(tǒng)、IMS-ERP管理軟件系統(tǒng)和IMS-MES制造執(zhí)行系統(tǒng)四大部分組成。本系統(tǒng)設(shè)計主要是以加工制造模具為主線，通過將存儲、運(yùn)輸、自動上下料、加工、清潔、檢測、裝配組合為一體的智能制造系統(tǒng)，該系統(tǒng)支持進(jìn)行少批量個性化定制造。

訂單下達(dá)后，系統(tǒng)根據(jù)需要設(shè)計最優(yōu)的加工方案，選取合適的原材料進(jìn)入立體化倉庫，通過工業(yè)機(jī)器人將原材料放置AGV小車運(yùn)輸?shù)礁鱾€加工環(huán)節(jié)，每個加工環(huán)節(jié)均通過工業(yè)機(jī)器人進(jìn)行上料加工，加工完成后，對產(chǎn)品進(jìn)行清潔檢驗(yàn)，達(dá)到要求后返回至立體倉庫，如果未達(dá)到產(chǎn)品要求進(jìn)行必要的修復(fù)，直至達(dá)到要求，工業(yè)機(jī)器人從立體倉庫進(jìn)行下料，然后進(jìn)行必要的裝配。整個環(huán)節(jié)的每個單元既可以單獨(dú)運(yùn)行，又可以部分/整體聯(lián)機(jī)運(yùn)行。實(shí)現(xiàn)了數(shù)字化管理和網(wǎng)絡(luò)化聯(lián)接，具有現(xiàn)代化柔性加工的特點(diǎn)?！癐MS系統(tǒng)”可通過智能控制器控制運(yùn)動過程，以充分發(fā)揮自動化設(shè)備的運(yùn)行潛力，提高加工效率，并且具有一定的自診斷能力，以提高設(shè)備運(yùn)行的可靠性和安全性，具有和外部環(huán)境交互的能力以及開放式的體系結(jié)構(gòu)以支持系統(tǒng)集成和擴(kuò)展。針對系統(tǒng)的實(shí)際開發(fā)，采用C語言對生產(chǎn)控制系統(tǒng)進(jìn)行編程、開發(fā)和使用，對所需要的數(shù)據(jù)進(jìn)行數(shù)據(jù)庫管理，在整個智能制造系統(tǒng)的銷售、設(shè)計、生產(chǎn)、裝配等環(huán)節(jié)進(jìn)行應(yīng)用和管控，實(shí)了生產(chǎn)制造過程智能化控制。

結(jié)束語

總而言之，在定制化柔性制造、多場景生產(chǎn)的大力發(fā)展下，智能制造過程中對產(chǎn)品進(jìn)行的智能化分析和決策會產(chǎn)生海量的數(shù)據(jù)，這些數(shù)據(jù)有的需要實(shí)時傳輸，有的需要高速傳輸，目前的通用無線通信技術(shù)并不能滿足智能制造對高傳輸速率、高覆蓋率、低等待時間、高可靠性的數(shù)據(jù)傳輸需求。5G技術(shù)作為目前最熱門、最受期待的新一代無線通信技術(shù)，在智能制造的應(yīng)用方面潛力巨大。本文基于5G和IMS技術(shù)和智能制造的發(fā)展歷程，介紹了“5G和IMS技術(shù)的智能制造系統(tǒng)的應(yīng)用，以及對于不同制造場景下5G網(wǎng)絡(luò)的設(shè)計，并基于5G和IMS技術(shù)的特點(diǎn)在智能制造應(yīng)用中的挑戰(zhàn)。

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