基于5G和IMS技術的智能制造系統解決方案

馮馨于

摘要：5G技術和和IMS技術的工業互聯網的發展推動了制造業向新一代智能制造邁進。在智能制造場景中，制造活動的智能源于信息技術對數以百萬計的傳感器感知生產環境信息、產品狀態信息和設備運行信息數據進行抓取和使用的過程。龐大的數據流動和海量節點接入對通信技術產生了巨大的需求。對于“5G和IMS技術+工業互聯網”的探索和實踐，順應了新一代信息技術與實體經濟深度融合的要求。基于此，本篇文章對基于5G和IMS技術的智能制造系統解決方案進行研究，以供參考。

關鍵詞：基于5G和IMS技術;智能制造系統;解決方案

引言

在經濟飛速發展的現代社會，各方面的技術都在不斷改進和創新，以求時刻跟緊時代步伐，走在社會發展前列。尤其是我國的智能制造行業，更是獲得了飛速的進步，已經從初具雛形的簡陋模式到如今完全建立起完整體系，制造系統行業的相關生產技術正在不斷向著現代化方向發展。然而，雖然發展十分迅速，但是智能制造系統行業的生產效率和產品的平均質量還遠遠未能達到相關標準的要求，在這一方面，我國在國際競爭中還是處于弱勢地位的，所以需要對該技術進行整體的研究和分析，積極研究智能化技術和智能化系統，從而實現技術的徹底改革，奮力趕上時代的步伐，甚至走在發展前列。

1 5G技術

（1）高速率：5G的數據傳輸速率已經達到4G的10倍，這大大提升了用戶的體驗感。5G技術的高速率就在AR/VR領域發揮著巨大優勢。AR/VR應用常常會因為網絡傳輸速率造成圖像渲染延時，給用戶帶來眩暈感;未來的5G的無線接入將會實現穩定的高速率傳輸，讓AR/VR用戶擺脫“有線”的限制，實現真正的“無繩化”。5G的邊緣計算也是實現5G高速率的重要技術，通過“管理”和“應用”的分離，實現用戶側服務器能快速將計算結果反饋給用戶，實現數據運算的高速率。（2）“萬物互聯”：5G實現了海量設備鏈接支持服務。5G網絡可以提供超千億的網絡鏈接支持能力，開啟智能物聯網時代，解決了4G時代接入設備激增帶來的通信功能癱瘓問題，為智慧生活提供基礎設施保障。（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的低時延特點主要應用在無人駕駛和遠程醫療等對過程要求精度高的行業。5G的低時延會大大提高控制的精度，降低無人駕駛和遠程醫療的事故率。（4）低功耗：5G會使用微基站填補宏基站覆蓋盲區，微基站相較于傳統基站的發射功率更低。5G要支持大量的物聯網連接，就要降低網絡功耗，保證設備的待機時間。5G的大規模天線陣列以及波束賦形技術（MassiveMIMO）可以通過基站側安裝的天線實現全雙工（同時收發數據）功能，有效降低上下行發射功率，提高通信效率。

2智能制造系統的應用需求

目前，5G和IMS技術的工業互聯網融合應用有多個場景：5G+超高清視頻、5G+AR、5G+VR、5G+無人機、5G+云端機器人、5G+遠程控制、5G+機器視覺等。經濟價值逐漸顯現，應用受限于與設備的結合程度，還需等待相關設備技術的成熟，應用由于涉及工業控制核心環節，需要與實際業務及應用場景深度融合，處于探索期。

3基于5G和IMS技術的智能制造系統解決方案

本文提出建設基于5G和IMS技術的智能制造系統，是一套基于5G傳輸技術的智能制造系統，以智能制造單元為載體，加入5G技術，用于設備間的數據傳輸，有效解決了數據傳輸和實際布線的問題;通過IMS技術，有效解決了銷售、設計、生產、組裝等生產鏈的有效銜接。智能制造系統主要由智能制造單元和IMS系統組成，其中IMS系統又分為;IMS-智能制造單元、IMS-個性化定制系統、IMS-ERP管理軟件系統和IMS-MES制造執行系統四大部分組成。本系統設計主要是以加工制造模具為主線，通過將存儲、運輸、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，該系統支持進行少批量個性化定制造。

訂單下達后，系統根據需要設計最優的加工方案，選取合適的原材料進入立體化倉庫，通過工業機器人將原材料放置AGV小車運輸到各個加工環節，每個加工環節均通過工業機器人進行上料加工，加工完成后，對產品進行清潔檢驗，達到要求后返回至立體倉庫，如果未達到產品要求進行必要的修復，直至達到要求，工業機器人從立體倉庫進行下料，然后進行必要的裝配。整個環節的每個單元既可以單獨運行，又可以部分/整體聯機運行。實現了數字化管理和網絡化聯接，具有現代化柔性加工的特點。“IMS系統”可通過智能控制器控制運動過程，以充分發揮自動化設備的運行潛力，提高加工效率，并且具有一定的自診斷能力，以提高設備運行的可靠性和安全性，具有和外部環境交互的能力以及開放式的體系結構以支持系統集成和擴展。針對系統的實際開發，采用C語言對生產控制系統進行編程、開發和使用，對所需要的數據進行數據庫管理，在整個智能制造系統的銷售、設計、生產、裝配等環節進行應用和管控，實了生產制造過程智能化控制。

結束語

總而言之，在定制化柔性制造、多場景生產的大力發展下，智能制造過程中對產品進行的智能化分析和決策會產生海量的數據，這些數據有的需要實時傳輸，有的需要高速傳輸，目前的通用無線通信技術并不能滿足智能制造對高傳輸速率、高覆蓋率、低等待時間、高可靠性的數據傳輸需求。5G技術作為目前最熱門、最受期待的新一代無線通信技術，在智能制造的應用方面潛力巨大。本文基于5G和IMS技術和智能制造的發展歷程，介紹了“5G和IMS技術的智能制造系統的應用，以及對于不同制造場景下5G網絡的設計，并基于5G和IMS技術的特點在智能制造應用中的挑戰。

參考文獻

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