5G工厂在路上:从移动机器人在车间内“自主”穿行开始

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制造迈向智造之路上,无线技术难以在工业互联网中推广是其中的一个痛点。

“当前的工业生产场景中,无线技术只占工业互联网的6%,其中Wi-Fi占3%。工业网络链接还是现场总线和工业以太网为主。”深圳5G产业联盟专家委员会的荣乐天博士在今年上海工博会期间一场关于5G+工业互联网的会议上这样指出。

而无线技术无法在工业互联网广泛推广,主要限制于Wi-Fi、ZigBee、蓝牙技术的能力(如稳定性、速率、扩展性等)。也正因如此,很多智能化和工业应用难以在车间真正落地推广。其中在工业生产场景中有大量需求的移动机器人应用就是其中一例。而5G的商用普及有望直击这些工业领域的应用痛点。

5G解决工业物流痛点 移动机器人迎高增长潜力

以一家消费电子产品制造工厂的CNC加工中心为例,该CNC加工中心为苹果手机加工刀具,面积近12000平方米的车间内共有11条产线近百台CNC机床。但直到不久之前,该工厂物料配送及机床上下料仍在采用原始的人工操作方式,不仅牵涉到大量的人力,需要昼夜两班倒,还常常出现物料管理混乱、生产效率不稳定、生产良率不高、管理成本较高等问题。这成为很多传统制造工厂亟待解决的痛点。

一套自动化物料配送及上下料系统,不仅能帮助工厂高效、准确、灵活地完成物料的搬运任务,同时搬运路线HIA可以随着生产工艺流程的调整而及时调整,使一条生产线上能够制造出十几种产品,对于当前制造升级大背景下的工厂来说,已经成为不得不面对的课题。

“大规模定制”的生产模式已经成为未来发展趋势,要应对这一趋势,生产的柔性和智能化的提升成为工厂能在智能时代立足的必备能力。

这其中,灵活、自主、自动化的工业物流应用开始越来越被工厂重视。

无人搬运车(AGV,Automated Guided Vehicles)和AMR(Autonomous Mobile Robot,自主移动机器人)开始渐渐从汽车工业深入到更多行业。

值得一提的是,早在上世纪70年代,AGV就已经在汽车的装配生产线上大展身手。1974年,瑞典沃尔沃Kalmar轿车装配厂采用基于AGVS为载运工具的自动轿车装配线让沃尔沃的该装配厂装配时间减少了20%,装配故障减小39%,投资回收时间减小57%,劳动力减小了5%。随着时间不断推移,世界主要的汽车厂,如通用、丰田、克莱斯勒、大众等厂商的制造和装配线上,AGV和AMR很早就得到了普遍应用。

但是与很早就实现高度自动化的汽车装配工厂不同,很多传统工业制造领域的自动化程度并不高,同时无线技术在工业互联网的低渗透率也大大制约了AGV、AMR等应用的发挥。

AGV上装备有自动导向系统,可以保障系统在不需要人工引航的情况下就能够沿预定的路线自动行驶,将货物或物料自动从起始点运送到目的地;AMR则是通过搭载传感器和处理器来实现自动移动物料而无需物理导向器或标记,可以对环境中各种动态变化做出自己的合理反应。两者都需要具备稳定、可靠、低时延的网络环境。

而随着5G的到来,AGV和AMR的应用也将真正帮助工厂解决工业物流场景中的痛点,应用场景涵盖平面仓库物流(栈板搬运、料箱搬运、拣选搬运、货架搬运)以及柔性生产物流(SMT、自动上下料、移动工位、复合协作、辊筒对接)。除了汽车之外,3C电子、半导体、医疗、新能源等行业都将受益。

在刚刚结束的上海工博会上,高工机器人产业研究所(GGII)与斯坦德机器人联合发布的《2020年协作机器人产业发展蓝皮书》显示,2019年全球移动机器人市场规模达139.5亿元人民币,同比增长5.68%。其中AGV市场规模占比63.91%,达到89.8亿元;AMR市场规模占比36.09%,达到50.7亿元。反观中国市场,蓝皮书数据显示,2019年中国移动机器人市场规模为26.09亿元,同比增长8.40%。从市场规模结构来看,AMR的占比还处于较低水平,2019年AMR市场规模为7.85亿元,占比30.09%。从市场销量结构来看,2019年AMR销量占比18.72%。

(柔性生产物流主要场景,来源:斯坦德,高工机器人产业研究所(GGII)

高工机器人产业研究院(GGII)指出,中国市场相较于全球市场,具备更高的增长潜力,尤其在制造及仓储场景领域。GGII预计,2020-2025年中国移动机器人市场规模年均复合增速超23.5%,至2025年全球移动机器人市场规模有望突破90亿元,届时移动机器人的销量有望超11万台。

5G工厂升级在路上

而作为端到端的技术革命,5G的重要价值在于其能为千百行业赋能,而工业4.0和工业互联网势必是5G To B领域的重要场景。

在5G的加持之下,工业物流有望实现真正的全场景智能化,这对于工厂应对未来“大规模定制”的生产模式、实现智能化柔性生产来说是极为重要的进步。

在上文的CNC加工中心案例中,国内移动机器人厂商斯坦德机器人为其提供了一套自动化物料配送及上下料系统,包含20台搭载了双层六工位输送台的AMR、11台线边码头,并为AMR集成5G能力,使通信延时得到明显降低,且稳定性明显提高。

近年来,运营商、通信设备及服务提供商以及相关硬件和系统厂商都在积极推进智慧物流相关的技术和解决方案。

无独有偶,华为日前就携手中国移动、倍福中国和华恒公司联合发布了5G全场景智慧物流系统。该方案中,利用5G网络的低时延以及高效的Ether CAT实时网络通讯机制,可以实现多台标准AGV同步协同作业,以及AGV与机器人组合工作,在智能仓储和物料配送大型工件运输领域都有广泛的应用前景。

而围绕5G网络在智能仓储、智能制造的探索才刚刚起步,并且越来越多的科技大厂逐步加入其中。比如,IBM公司正从边缘计算实践出发,围绕5G工厂提出自己的解决方案。据国外科技媒体Light Reading报道,该公司最近还构建了一个由3000名员工组成的名为“智能连接运营(Intelligent Connected Operations)”业务部门,其中包括资产和建筑物优化、制造业和工业4.0以及物联网和边缘计算。事实上,IBM同时也期望5G在制造领域为公司创造新的机会。在7月IBM表示它将与Verizon合作,为企业客户带来5G和边缘计算解决方案。

负责IBM制造业和工业4.0实践的合作伙伴David Meek指出,目前来看,专用的5G网络对于与IBM合作的大多数制造商来说仍然太昂贵,但“5G肯定在某些制造商的路线图上”。

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