5G赋能智慧工厂解决化纤行业公认难题

作者:中国移动通信集团浙江有限公司嘉兴分公司 许华 吴海明 责任编辑:甄清岚 2019.10.23 10:22 来源:通信世界全媒体

通信世界网消息(CWW)工业互联网以升级关键的工业领域,构筑支撑工业全要素、全产业链、全价值链互联互通的网络基础设施为目标,着力打造工业互联网标杆网络,创新网络应用,规范发展秩序,加快培育新技术、新产品、新模式、新业态,拓展“智能+”,为制造业转型升级赋能。

作为数字经济先发省,浙江省今年将实施500个智能制造应用示范项目,建设基于5G技术的“无人车间”“无人工厂”。2019年4月24日,浙江移动和新凤鸣集团签署5G智能工厂战略合作协议,中国移动5G与新凤鸣的缘分就此展开。新凤鸣作为嘉兴首个“尝鲜”5G工业互联网应用的企业,目前已实现5G网络全覆盖,在移动办公、视频通信、数据采集等多个领域开展应用。

飘丝/飘杂检测难题亟待解决

化纤行业生产过程分为聚酯、纺丝、卷绕、包装等工序,其中纺丝环节经常会出现“飘丝”“飘杂”等现象,是影响产品质量的主要问题。成品丝由36~288根7um左右的细丝组成,所谓“飘丝”就是细丝因组件工作异常或外部温湿度环境影响,从整体丝束中飘落,如果长时间不进行处理,飘落丝束将在油嘴等处堆积形成堵塞并最终引起“断头”,造成产品降等,如图1所示。所谓“飘杂”就是细丝飘落到相邻油嘴,结果也会造成产品降等,如图2、图3所示。

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图1 “飘丝”情况

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图2 “飘杂”情况

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图3 “飘杂”分错丝束

传统识别“飘丝”“飘杂”问题的手段为人工巡检,通过强光照射后用人眼进行分辨,但人工巡检的频度低,漏检等现象也时常发生,当前行业优品率瓶颈在98%左右,因化纤行业优品与良品价差巨大,以行业内龙头企业新凤鸣集团(化纤行业世界排名第二)为例,其日产量为1.1万吨,优品率的提升将为企业带来十分可观的经济效益。

高精尖工艺质量检测系统介绍

智能巡检机器人采用先进的激光SLAM算法、辅助视觉分析算法,能够在车间进行规定路线的自主规划路线行走,遇到障碍物会自动绕行完成巡检任务,并在每个工位上进行定点抓拍和实时视频采集,定位精度可达1.5cm上下;巡检机器人具备全向360度的避障能力,可躲避最短20cm临时出现的障碍物,保障巡检过程的自身安全;巡检机器人采用8K高清摄像机,可用清晰视频呈现极其细微的物体,满足超高精度检测的要求;基于5G的高带宽、低时延能力,可以把机器人采集的大数据实时传输到监控中心,通过后台智能分析算法的快速分析,生成业务所需的数据,达到无人化、精细化、智能化巡检的要求。这套解决方案原理具有以下特点。

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第一,5G的高带宽和低时延特性为应用实现提供可行性。因为丝束的细度在微米级,必须通过机器人的快速摄影和高清成像技术为AI提供足够分辨率的图像样本;巡检过程将产生80Mbit/s的高速回传需求,这在传统无线通信技术下无法实现。

第二,机器人3D激光定位技术精准巡检走位。机器人通过激光快速扫描完成地图导航,实现每100m的走位误差控制在1cm以内,为有效获取图像提供坚实保障。

第三,特定成像技术和小样本AI算法有效减少飘丝漏检。项目采用的成像技术经过反复验证,通过特定的补光和折射突出丝束,利用快速成像技术避免抖动等影响算法判断的因素、特定的小样本AI算法快速提取图像特征值,从而实现问题判定和定位。

第四,高速网络带宽为IT技术框架的演进提供应用场景。在5G高速率下,网络速度已高于传统I/O的读写速度,因此在云端必须采用高速的读写技术和缓存架构,本项目采用了读/写分离和高速缓存技术来实现与AI算法的配套。

第五,机器人对外部环境数据的记录为今后大数据应用奠定了基础。对正常和异常情况下外部环境和机台工作状态的联动处理,为今后利用大数据实现工艺改进以及工厂MES系统的搭建提供了数据支持。

通过应用智能巡检机器人,能够在4000米/分钟高速产能7um的一组丝线(一组最低36线,最高218线)过程中进行多角度、高清晰的视频抓拍,结合后台对视频的智能化分析算法,能够快速地定位丝线“飘丝”或“漂杂”引起的最终产品品质问题,发现问题及时报警给后台监控中心,在监控中心进行大屏显示和声光报警,及时提醒监控中心人员,而后工作人员快速介入处理“飘丝”或“漂杂”问题,提升产品优品率,提升企业的产品市场竞争力。

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现场环境测试成功

每年将带来至少2000万元收益

目前,智能机器人已在新凤鸣车间应用,配合车间工作人员进行对每个车间的巡检工作,发现存在“飘丝”或“漂杂”问题,有效提升了巡检效率,降低车间工作人员的巡检工作量,提升产品品质。

智能巡检机器人基于中兴通讯的5G网络切片和边缘计算技术,是5G网络的应用场景之一。目前该方案在部署中使用了5G SA网络替代传统传输网络,数据在厂区内直接传输到新凤鸣园区机房,达到数据的不出园区应用,有效的保障新凤鸣企业数据的安全,同时利用5G低时延的传输能力,可以在毫秒级内完成前端采集到后端数据传输,结合部署到园区的边缘计算技术,可在200ms内完成数据分析处理的整个过程,对异常的设备进行快速定位及报警,快速发现生产车间的设备异常情况,通过声光报警快速通知工作人员进行处理,提升产品的品质。

面对企业竞争压力越来越大的今天,高品质产品是企业的生命线,降本增效是企业的助力,中国移动在垂直行业不断推出创新5G解决方案,在智能工厂的各个领域,结合5G网络和视觉检测技术的巡检机器人有很大的用武之地,为企业提升产品品质、提高企业效率等都提供完整的解决方案,助力企业提升核心竞争力,提高企业经济效益。目前,车间智能巡检机器人主要实现以下经济效益的提升。

通过全面部署该系统,替代人工巡检,按保守估计将提升0.25%的优品率,以优品和良品的差价2000元/吨计算,该系统每年将为新凤鸣集团带来2000万元左右(11000吨×0.25%×2000元×365天)的直接收益;如果能将优品率提升0.5%以上,年收益将超过4000万元。放眼行业,以试点企业新凤鸣集团占据化纤行业10%的市场份额来测算,这套5G检测系统每年可以为整个行业带来10倍于该数值的潜在市场价值。


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