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汉诺威工博会感知“未来工业”新图景

关键词 汉诺威 , 工博会|2019-04-26 13:04:03|来源 经济参考报
摘要   完全无线的工厂、实时监测并传输数据的生产线、与人协同工作具备自我“学习”能力的机器人……如果说,过去人们看到的大多只是“未来工厂”不成熟的模拟应用,那么随着越来越多的企业加入“...

  完全无线的工厂、实时监测并传输数据的生产线、与人协同工作具备自我“学习”能力的机器人……如果说,过去人们看到的大多只是“未来工厂”不成熟的模拟应用,那么随着越来越多的企业加入“工业4.0”应用行列,今年的汉诺威工博会则更加清晰地展现了“未来工厂”的新图景。

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  新一轮工业革命方兴未艾,全球工业数字化转型迈向纵深。在素有“世界工业发展晴雨表”之称的汉诺威工业博览会(工博会)上,有关数字工业、智能制造的设想和愿景越来越多地变为现实应用。

  今年汉诺威工博会以“融合的工业——工业智能”为主题,反映了新一轮工业革命多技术融合创新的特点,特别是人工智能(AI)和第五代移动通信技术(5G)在数字化工业中的应用最受关注。

  事实上,2015年以前,汉诺威工博会的展商对“工业4.0”大都停留在概念探讨层面。3年后的今天,越来越多的企业开始加入“工业4.0”应用的行列。在这一过程中,AI和5G元素的加入,不仅加快了工业4.0应用优化的进程,更让一些此前难以实现的愿景变为现实。

  AI变身更聪明自主的“大脑”

  今年工博会首次展出了超过100个机器学习的应用实例,较去年大幅增加。虽然机器学习仅是人工智能在工业领域应用的初级阶段,但能带来工业系统的自我优化、工业编程的简化和更高效的人机协作能力。

  例如,思爱普展示了一台机械臂,机械臂上的传感器可以实时追踪人的眼球,并随着眼球的移动而移动。借助机器学习,控制系统会不断收集数据并分析,眼球操控机械臂的精确度也会逐渐提升。

  思爱普数字供应链总裁哈拉·泽内说:“当我们有了人工智能、物联网和传感器收集来的数据,机器便开始说话。软件的作用就是适应协调整个过程的各种不同任务。”

  德国人工智能研究中心与空客等企业合作,展示了由2名工人和6台机器人组成的“混合编队”共同为飞机机体和机翼焊接铆钉。其中,机器人完成重复性和高强度的工作,同时对移动零部件、监控周围环境等流程进行记录和优化;工人则主要借助增强现实(AR)眼镜,负责生产细节调整和质量控制。

  该项目高级研究员蒂姆·施瓦茨说:“人工智能的应用减轻了工人的负担。长远看,还能帮助应对未来人口老龄化、劳动力短缺带来的挑战。”

  德国人工智能研究中心还与日立合作展示了一款基于人工智能的劳动保护系统。工人穿上装有30多个传感器的可穿戴设备,完成日常工业操作。系统能根据预录好的标准动作,提醒工人操作的不规范处。

  据介绍,这套系统能根据工人的身体位移,自动计算出身体不同部位的受力,并与标准动作进行曲线比对,严重受力的部位会以红色警示标出。

  在美国科技企业讯能集思展示的解决方案中,步态分析技术能将生产现场视频数据交给人工智能分析中枢,实时分析操作员是否出现未按标准流程作业、迟缓停滞、忙闲不均等问题。同时,通过人工智能算法,该解决方案能提升工厂的前瞻性维修能力,准确、提前预判故障,大幅降低排除意外故障所造成的“宕机”,还能优化物料采购和生产规划,制定更灵活的库存策略,大幅节省库存成本。

  在工博会现场,人们可以直观地感受到,人工智能在工业领域的应用就像成年人对婴儿的教育和培养。通过一定时间的训练,让原本不能“自理”,每个动作都需要工程师“手把手”通过编程指挥的机器获得“举一反三”的能力,进而拥有一定程度的“自理”能力,“处事”更灵活、容错性更高,甚至实现自我优化和提升。在这过程,机器视觉、边缘计算等前沿技术的应用对人工智能在工业领域的发展至关重要。

  业内人士普遍认为,人工智能给智能制造带来的跃升是决定性的。用工博会主办方德意志会展公司董事会主席约亨·科克勒的话说,“人工智能是‘工业4.0’的核心。”人工智能处理大量数据及做出明智决定的能力,使大规模的个性化生产成为可能,将给工业生产和能源行业带来颠覆性的变化。

  根据德国信息技术、电信和新媒体协会(Bitkom)发布的最新报告,德国半数工业企业认为机器学习会给现行的商业做法带来广泛改变。

  该协会主席阿希姆·贝格指出,约12%的德国工业企业已使用人工智能技术。“人工智能技术正快速应用在工厂中。”

  瑞士ABB公司首席执行官史毕福认为,人工智能的应用还将显著增强工业企业研发团队的能力,缩短研发周期。

  5G塑造更灵敏可靠的“神经”

  在业内人士看来,与消费领域相比,工业领域才是5G技术大显身手的地方。如果说从3G到4G是演进,那么从4G到5G就是革命,能够带来颠覆性的变化。

  博世公司通信和网络技术部负责人安德烈亚斯·米勒指出,从1G到4G,都是为了将人连接起来,而即将到来的5G时代,连接的不只是人,还包括一切事物。基于5G的互联技术,是实现第四次工业革命的关键。“5G就好比是神经系统,将感知传导到人脑或电脑。”

  诺基亚公司高级移动网络解决方案部门的副总裁托尔斯滕·罗布雷希特说,5G标准就像工业革命初期的蒸汽机一样具有重要意义。

  今年的工博会首次在16号馆搭建真实的5G网络环境,由诺基亚和高通公司承建,展示了8项应用案例。其中,德国大众公司展示了一条基于5G技术的微缩商用汽车组装流水线。每个零部件经过流水线时,经5G连接的传感器几乎能做到实时监测并传输数据。与现有的随机监测相比,这种生产方式的准确性和可靠性大幅提升。

  德国知名光学设备制造商蔡司公司展示了最新的车身检测系统:安装在机械臂上的光学成像传感器可对车身部件进行全方位扫描,传感器处理并通过5G实时传回的并不是简单数据,而是信息量巨大的三维点云数据。该公司负责人表示,5G将使生产更加灵活、透明和自动化,同时提升了产品质量。

  在博世力士乐展示的案例中,5G的应用让车间里的大量线缆消失了,所有设备都通过5G连接,并互相“交流”。比如,机器人抓取物品后可实时判断载具位置,并将物品置于载具上,载具将物品在不同操作平台之间移动,数台载具同时在车间移动,互不干扰,在有人接近时立即停下来。

  现场工作人员介绍说,车间走线的规划和施工往往需要较长周期,耗资不菲,一旦要改变生产,调整线路就将成为一项大工程。而“工业4.0”时代恰恰强调“柔性制造”,即根据客户需求进行小批量定制化生产,针对市场变化快速精准地调整生产线。换言之,5G让“柔性制造”成为可能。

  此外,与传统工厂相比,无线工厂还可大幅降低工厂维护成本,降低能耗。据介绍,5G技术已应用于博世纽伦堡工厂,可节省生产成本约30%。

  西门子工业无线通信系统经理桑德·罗特门森预测,5G有望应用在远程控制、大规模无线传感器网络、移动机器人、自动导航、移动接入和维护等领域。

  日本知名机器人生产商发那科公司的工作人员介绍,5G技术能赋予机器人全新能力,如当一个机器人学习到一种新技能后,它能几乎实时将这项技能“教给”车间内的其他“伙伴”。

  华为5G无线系统设计负责人约瑟夫·艾兴格认为,在高可靠、低延迟通信的5G时代,用一个设备就可以控制车间中的所有机器人,让运行和维护变简单。

  “未来工业”尚待时日

  汉诺威工博会上的一系列新应用让未来工业的图景更加清晰。

  博世、西门子、思爱普、ABB等领军企业纷纷在展台核心区域展出了融合大数据、云计算、物联网、人工智能、5G等技术的“未来工厂”车间应用场景。

  通过这些综合性应用场景,人们可以感知向“未来工业”迈进的脚步。

  据博世力士乐公司自动化与电气解决方案部门负责人海纳·朗介绍,去年在博世力士乐的展台,人们看到的还只是有关“未来工厂”不成熟的模拟应用,今年人们可以看到成熟的实物展示,即基于5G的全自动机器人样板操作间,并且展示的解决方案已可用于实际生产和交付客户。

  ABB公司相关负责人也表示,今年展示的这条由多台Yumi机器人组成的批量柔性生产单元已经收获用户订单。

  同时,人们也能更直观地理解“未来工厂”以及由“未来工厂”和采购、物流、销售、服务等环节共同构成的“未来工业”的突出特点。

  例如,汽车零件和装配企业冠欧发动机公司将设想的一个未来汽车装配样板车间搬进了展馆。车间内,几个自动化搬运机器人驮着不同的零件,有轮胎、有车门,配上不同的组装工具移向车间工人,自动调升所需工作高度,工人用运送来的电动扳手安装轮胎、车门至车体,安装好后,搬运机器人将车体运送至下一环节。这种“岛式装配岛”颠覆了传统的工业流水线,并普遍出现在西门子、博世等企业展示的应用中,AGV搬运机器人成了“标配”。

  冠欧发动机公司首席运营官约翰·泽德指出,流水线适合一种同质产品的大规模生产,工人做简单重复劳动,而进入“工业4.0”时代,个性化的订制车须安装不同轮胎、不同车门、使用不同零件和工具,搬运机器人去仓库分别取件输送至装配岛,这种生产模式可以顺应个性化生产的需求。

  科克勒认为,未来工业的趋势是国际化和数字化,其中数字化就是基于数据和连接,让生产变得更加灵活。

  史毕福指出,随着人工智能驱动新一轮生产力的跃升,工业将进入自主化(autonomous)阶段。

  然而,即使对全球最顶尖的工业企业来说,距实现“未来工业”仍有不小距离,全球工业的数字化转型仍需耐心爬坡。

  海纳·朗指出,对机器学习能力的训练和培育需要耗费时间。同时,当前的应用距真正实现机器间相互“对话”、自主决策并优化生产尚有不小距离,关键在于如何更好地实现万物互联。

  蒂姆·施瓦茨也认为,相关部门需要加强立法,划定人工智能应用的边界。

  就5G而言,可靠性、数据安全和隐私等问题如果把握不好,甚至可能会在工业领域被放大。

  德国凤凰接触器公司通信软件研发负责人弗兰克·哈克梅尔表示,随着无线网络从消费领域扩展到工业和基础设施领域,5G时代的网络安全需要更加重视,而网络运营商应该负起更大责任。

  西门子公司数字和创新部门副总裁安德烈亚斯·克普克认为,工业界最看重的并不是5G的传输速度,而是可靠性和可连接设备的数量,因此运营商提供的网络质量必须值得信赖。

  德国电气与电子工业协会首席执行官克劳斯·米特尔巴赫说,明年的汉诺威工博会预计将出现更多5G相关应用,不少电气与电子领域的企业正翘首以盼5G,该技术与人工智能技术都将成为未来工业的重要竞争力。

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