5G——智能制造的魔法加速器

2018年12月12日,中国移动沈阳5G应用示范区启动仪式在沈阳国际软件园举行,标志着5G在老工业基地面向智能制造领域的正式落地。5G作为一项核心共性使能技术,必将给智能制造带来魔法加速的推动效果。

“智能制造”的概念分解

“智能制造”由“智能”和“制造”两个词组成,其中:

——“智能”是“智慧”和“能力”的表现,过去专指“人的智能”,现在则泛指“人工智能”,即利用计算机对人的意识、思维的信息过程进行模拟。

——“制造”是把原材料做成产品的过程,早期主要依靠人类手工来实现,后来人类制造出了机器,就开始通过机器来实现制造过程,现在的“制造”则泛指“机器制造”。

“智能制造”就是将“机器制造”赋予“人工智能”,让机器在制造过程中拥有自动识别及控制的能力和根据环境自我调节的能力,以高度满足客户需求,表现为“感知-->决策-->执行”的持续循环,即首先通过各种传感器硬件深度感知位置、角度、压力、温度、湿度、视觉等参数,将“硬”的实体状态变为“软”的比特数据;再将数据传输到云端服务器系统应用人工智能及大数据技术进行智慧决策,形成信息指令;再将“软”的信息指令传输到终端的机床、机械手、机器人等机构,指挥其精准执行变为“硬动作”;最后将执行结果再反馈相应传感器,循环往复直至无穷。

“智能制造”的资源瓶颈

智能制造离不开人工智能(Artificial Intelligence)、大数据(Big Data)、云计算(Cloud Computing),简称为ABC。近年来ABC技术发展迅速,基本已经具备高清视频智能识别、海量数据交叉验证等复杂运算能力,但受部署条件所限,大量的计算资源大都配置到了云端,需要从终端上传数据到云端,经云端计算后再将结果推送到终端,这就要求从终端到云端的数据传输管道必须够宽,才能满足智能制造“实时感知、实时决策、实时执行”的快速响应需求。

与云端相比,智能制造的终端设备技术水平发展相对缓慢,表现为嵌入式硬件计算能力明显不足,难以在本地迅速完成复杂任务,同时也面临终端数量巨大、部署成本高昂的困境,导致终端设备提升空间受限。

云端资源大量空闲,终端资源不堪重负,智能制造在云端和终端上的资源现状已经使“管道”成为智能制造的关键瓶颈,“轻终端、重云端、宽管道”才是智能制造“云、管、端”配置的最佳解决方案。

5G是打通管道瓶颈的魔法加速器

5G是指第五代移动通信技术,具有超大带宽(峰值20Gb/秒,比4G快数十倍)、超低时延(1毫秒)、超高可靠(误包率低于十万分之一)、超密连接(100万个/平方公里)的特性,作为信息领域新一代的基础设施,将以“魔法黑科技”的态势,引发各行各业的升级变革(详见《5G魔法催生工业应用新场景》)。对智能制造而言,5G在数据采集及传输管道方面的变革,不啻于当年PC互联网从图文水平到视频多媒体层次的飞跃。

对于从物联感知到云端决策的上行管道而言,需要承载机器视觉(图像)、机器听觉(语音)、机器触觉(振动/变形/温度/湿度等)等海量数据传输,特别是4K(4096×2160分辨率,相当于4个1080p画面拼接)乃至8K(7680×4320分辨率)的高清视频,这样极高的带宽性能非5G莫属。

海量数据传输到云端后,将充分利用云端的海量闲置资源(这正是与终端设备相比的巨大优势),将庞大的计算任务按照各云端服务器的能力进行分解实施并行计算(比如将VR三维图像渲染或现场人员动作识别按照任务进程分配给不同的服务器去计算),最后再统一合成,形成最终决策结果。

对于从云端决策到终端执行的下行管道而言,同样需要将渲染合成后的高清视频数据(VR虚拟现实/AR增强现实)推送到终端设备上,使终端的操作人员能够与云端完成实时的互动,毫无迟滞之感。以“制造”的“组装”环节为例,工人只要佩戴5G智能眼镜,其任何动作都实时传输到云端进行分析、做出指示并回传到镜片上,一旦发生错装、漏装或顺序错误等行为也立刻会在云端发出预警,以确保过程无差错、产品零缺陷,大幅提高工作效率。

“智能制造”是“制造”的更高形式,是“人工智能”与“机器制造”的深度融合;而“人工智能”与“机器制造”之间大带宽、快响应、高可靠的数据传输,唯有在5G的加速下方能实现,由此才使得云端终端的实时互动成为可能。相信不久的将来,基于5G的全新的“智能制造”将加速到来。

董凌云

二〇一八年十二月十二日

云说管控

交流集团管控经验,探究企业管理之道

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