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华为工业5G:星星之火,可以燎原?

来源:观察者网

2021-06-04 17:29

(文/观察者网 陈辰)近两百五十年来,人类历经四次工业革命,进入了工业4.0时代。所谓工业4.0,是指利用信息化技术促进产业变革的万物互联新周期。而面临“百年未有之大变局”,中国势必需要抓住工业4.0发展的历史机遇。

无疑,作为全球工业规模最大、门类最齐全及5G基础设施最完善的国家,中国在工业上4.0具有强劲的后发优势。如今,随着5G快速融入各行各业,国内相关应用创新案例已逾9000个,尤其是“5G+工业互联网”项目已超1500个。

在5G新基建的推动下,2020年中国产业数字化规模已经达到31.7万亿元,GDP占比为31.2%。其中,工业数字经济增加值占行业增加值比重为21%,包括钢铁、港口、煤炭等在内的主要工业产业正在“跑”得越来越快。

不过,需要注意的是,当前中国数字经济规模仅占GDP四成左右,而美国、德国等数字经济占比在66%至67%之间。因此,中国数字经济发展还有很大提升空间,而工业5G是后发追赶的重要路径。

一定程度上,5G发展正在经历“吉尔德定律”,即一项技术达到成熟或繁荣后,会带动许多其它技术真正有效应用。可以预见,5G技术将为工业带来更加深远和广泛的变革,进而助力中国数字经济发展。

百年首钢焕新“动脉”

在世界工业进程中,钢铁工业已有一百五十多年发展历史,是工业从1.0升级到4.0时代的中坚力量。而如今,钢铁工业已成为衡量各国经济发展水平和综合国力的重要标志。

不过,在行业转型升级大趋势下,钢铁制造的单一技术升级潜力已经逼近天花板,带来的进步往往只是“杯水车薪”。而5G在重构钢铁生产力上大有可为。

首钢京唐工厂

鉴于此,“百年老店”首钢在搬迁地唐山曹妃甸新厂区抢先炼成“智慧钢铁”。自2019年起,首钢京唐、中国移动和华为公司三方共同探索,利用5G并融合边缘计算、机器视觉以及AI等技术,推动钢铁工厂各环节智能化和无人化等。

在工业制造各领域中,由于具有最丰富和复杂的应用场景且亟待转型,钢铁工业通常对智能化需求迫切。首钢京唐亦是如此。

根据战略合作协议,首钢京唐联手华为与中国移动,打造5G无人天车、5G安全生产视频回传、5G AR辅助巡检、5G远程集控及5G园区安防等应用场景。

而经过近两年研发及推进5G技术的有效应用,首钢京唐公司获得了活跃的创新要素及明显益处。

目前,在工厂高强度钢连续酸洗生产线上,5G让高悬在20多米空中的天车焕发出新的生命力:一辆天车准确地将钢卷从车上吊起、卸下,另一辆天车则将钢卷从货场调运到酸洗车间。

在天车师傅杨小东记忆里,以往天车在酸洗原料库、酸洗中间库等环境中手动吊卸钢卷,动辄长达数小时的高空作业,对司机的精力和体能都是极大挑战,同时安全隐患也无法避免。而5G终于将天车司机从恶劣的作业环境中解放出来。

“没有刺鼻的酸味与震耳欲聋的机械轰鸣,也不会作业刚5分钟就大汗淋漓,5G通讯对行车控制系统、地面控制系统实时监控并发布指令,天车就像被5G赋予了生命一样。”

在技术方面,由于具有大带宽、低时延、高速率等特点,5G给钢铁工业带来了鲜活的“动力神经”。其速率可达1Gbps以上,而时延低于20毫秒(ms)。相对而言,传统工业Wi-Fi网络传输不仅带宽小、无法一网多用,而且易受干扰,出现延迟、误码。

首钢京唐工厂中无人天车正在作业

据华为5G钢铁行业专家彭俊介绍,如果智能天车上行带宽不足会导致回传视频卡顿,影响操作工对现场工况的判断,引发安全问题;而若控制信号的时延过大,会让操作“粘手”,严重时甚至导致业务直接停止。

“对比其他的无线制式,5G方案克服了光纤铺设不便、4G速率不足、Wi-Fi不稳定等缺点,可将天车上的高清视频和控制信号,流畅、实时地传到集中作业间,从而在通讯端保证了精准操控作业。”

如果说“5G+远程操控”结束了钢铁工人高空作业的时代,“5G+AI”则助力首钢京唐钢铁生产实现了“降本增效”。

在工厂酸洗原料库、中间库、镀锌成品库里,工作人员只需接通遍布车间的摄像头电源,就能将5G及AI机器视觉“监控”的实时图像清晰地回传到指挥中心屏幕上。

另外,据首钢京唐公司信息计量部部长郭亮介绍,5G+视频回传功能的应用,解决了厂房光缆随处布放的难题,可以实现后期业务随时接入,大大降低了企业的运营成本。

与此同时,5G天车远程操控、无人驾驶、库区视频监控回传等功能的实现,还大幅提高了京唐工厂钢铁生产的良品率。例如装卸环节的完好率达到100%,还节约了50%的作业人员。

基于多场景的成功应用,首钢京唐坚定了利用5G技术打造“智慧钢铁”的信心,当前正在加紧5G扩大网络覆盖,并推动无人料场、园区智慧安防、厂区自动驾驶等5G创新应用场景在未来陆续落地。

梦幻唐钢挥别“旧历”

“世界钢铁看中国,中国钢铁看河北,河北钢铁看唐山。”2020年,中国粗钢产量达10.53亿吨。其中河北粗钢产量近2.5亿吨,而唐山粗钢产量为1.44亿吨,约占全国粗钢总产量13.5%。

如果参考同期的世界钢产量排名,网络上有一则段子称:中国第一,河北第二,唐山第三。由此,唐山在中国乃至世界钢铁版图上的地位可见一斑。

“钢铁凝聚了现代科技、信息技术等最前沿、最活跃的因素,而竞争力已经不在钢铁本身。”世界钢铁协会会长、河钢集团董事长于勇认为,5G将进一步推动钢铁工业的商业模式、生产组织模式实现重大改变。

河钢唐钢高强汽车板工厂

因此,在工信部2019年6月颁发5G经营许可仅一个月后,河钢便与中国移动、华为公司就推动5G通信技术应用,联手打造钢铁行业“5G+智能制造”标杆签署了战略合作协议。

根据协议,三方将携手推动5G技术在钢铁工业物联网、边缘计算和数字化整体解决方案中的应用,促进钢铁制造向网络化、智能化、数字化迈进,以实现高质量发展。

随后,河钢唐钢高强汽车板有限公司迅速落地执行,完成5G无人天车的研发并投入使用,从而在国内率先实现天车全自动与物流跟踪全流程的5G应用。

如今,在位于唐山的河钢唐钢高强汽车板工厂中间库区,六部天车各司其职、井然有序的展开作业:对卷、收钩、吊起等一系列动作不拖泥带水,而且是一气呵成零失误完成。

“有了这些5G无人天车,每天仅高强汽车板有限公司就能增加发货量1305吨,每年创造经济效益近千万元。”河钢唐钢信息自动化部部长李晓刚说。

与此同时,因实现无人化系统操作,天车在运行过程中取消了繁琐的手动点库、盘库、查卷、找卷、抄号等传统流程。

对此,已在职20多年的天车老员工田亮表示,“爬上爬下鼓上蚤,冬冷夏热追车跑”的高危高强度工作状态终于成了“老黄历”。加快推进5G与智能制造的结合,将是国内钢铁产业的必经之路。

除了无人天车外,5G赋能的自动拆包机、自动打包机、捞渣机器人等智慧设备同样在工厂有序运转,但几乎看不到工人的身影。在内部员工看来,河钢正在变身为一座“未来梦工厂”。

河钢唐钢工厂中无人天车正在作业

“5G、AI、物联网、大数据与云计算等手段加持带来的合力,让每条产线都像一个大型智能机器人,从材料搬运、入炉再到最后的产品装车,几乎都能在自动化控制下完成。”

接着,河钢唐钢高强汽车板有限公司运行作业区后备作业长李任龙还强调,“对于我们这些老钢铁人来说,过去人人挥汗如雨、神经紧绷,但还总是小差错不断的时代已经过去了。”

由于抢先走上了5G信息“高速路”,河钢唐钢的智能制造逐渐在多条生产线生根开花,并结出一定硕果。

例如2020年前4个月,中间库无人天车吊运次数为7.35万次,总量140万吨,同比提升25%。另外,天车利用效率达95%以上,设备故障率降低21%,而且吊伤率为零。

整体而言,河钢与中国移动、华为三方联手打造的一批5G+智慧钢铁的应用,当前已经初步实现规模应用及相关复制。

此外,三方还在致力于共同研发实现“5G+智慧工业园区”、“5G+智慧工业港口”、“5G+智能工业制造”领域的技术突破,为中国乃至世界继续贡献以5G为代表的新型数字技术应用。

天下津港争做“先锋”

与钢铁工业类似,港口贸易同样在国民经济发展中占据重要地位。鉴于全球约90%的贸易由海运承载,港口不仅是国际物流集散地,而且成为各国经济的晴雨表。

在国内,天津港更是身兼多重功能,包括京津冀、“三北”地区的海上门户及“一带一路”的海陆交汇点等。“天下港口,津通世界。”目前,天津港已与全球200多个国家和地区的800多个港口保持航运贸易往来。

近年来,伴随着国内数字经济迅速发展,天津港也在加速推进世界一流港口建设及自动化升级,特别是将5G与北斗技术视作港口智慧化转型的“金钥匙”,并取得多项全球领先的技术成果:

全球首家通过技术改造实现全堆场轨道桥自动化升级的集装箱码头;全球首个集装箱设备任务集成管理系统ETMS;全球首台集装箱地面智能解锁站;全球规模最大的无人集卡车队;全球首个无人集卡场景下的陆侧“一键着箱”…

天津港无人集卡车队

在通信端方面,作为国家首批5G新基建入围单位,天津港集团自2018年起便携手中国移动、华为公司推动5G网络建设,规划高清视频回传、大型装卸设备远程控制、无人驾驶电动集卡全场作业、集装箱智能理货等六大应用场景。

经过近三年研发及应用,5G网已成为天津港智慧港口的“神经中枢”。多种实时、精准决策指令都通过它发布,并高效稳定的传输到每个角落。

如今,在天津港,无人驾驶电动集卡在集装箱码头内来往穿梭,从而使得港区内5G无人自动驾驶已蔚然成风。

具体而言,待岸桥把集装箱放在车上后,无人电动集卡会自主做出减速、刹车、转弯、绕行、停车等各种操作动作,提供最优运行路线精准驶入自动化轨道桥作业指定区域。

而在过去,由于集装箱装卸是典型的劳动力密集型行业,天津港码头的三个班次装卸司机就达上百人。但装卸环节不仅存在操作风险,工作环境艰苦,还对司机驾驶经验和资格要求极高,导致司机经常短缺。

“现在的自动化驾驶,不仅解决了司机短缺与疲劳驾驶问题,提升运营效率、降低安全风险,还使港口由劳动密集型实现智能化、无人化的升级转型。”天津港集装箱码头公司技术工程部经理彭晓光说。

基于此,天津港得以成为港口自动驾驶的领航者。去年底,天津港集团已获批建设全球首个“港口自动驾驶示范区”。预计6月底,天津港的C段智能化集装箱码头还将到港数十台无人集装箱卡车。

天津港C段智能化集装箱码头

另外,由于光纤方案“不可接受”,以及工业Wi-Fi存在上行带宽受限、干扰问题大、覆盖小等不足,天津港的大量轮胎吊操作均已选择基于5G网络实现自动化。

“过去上班我们每天都要爬上30多米高的轮胎吊,然后长时间低头弯腰操作轮胎吊。冬天像冰窖冻手冻脚,夏天像桑拿大汗淋漓,狭小的工作环境连活动一下都难,很容易得颈椎病等职业病。”

有近10年轮胎吊工龄的陈师傅表示,现在使用5G远控操控后,司机可以坐在有空调的舒适中控室内,一边观看5G回传的多路实时视频一边操作。“过去一人操作一台轮胎吊,现在我能同时轻松操作四台。我希望能干到60岁退休,真正当个‘老司机’。”

不难看出,5G智慧港口在天津港的商用落地,不仅切实做到了降本增效,也体现了5G赋能千行百业的重大价值。

目前,天津港区内已建设148座5G基站,实现全部集装箱码头全覆盖,满足轮胎吊、岸桥、自动化轨道桥、无人集装箱卡车、视频监控、智能理货等港口场景应用需求。而基于这一批亮点应用场景,天津港已成为全国乃至世界领先的港口创新应用“先锋”。

结语

在5G、人工智能、云计算等信息技术推动下,工业4.0时代已逐渐走向高潮。而随着全球制造业加速向数字化、智能化及网络化升级,多个国家都在加紧布局5G与各工业产业的融合。

在中国,作为5G技术领头羊,华为正联合运营商、行业集成商与相关企业展开深度合作,积极推进工业5G的应用。可以预见,在国产5G技术引擎的推动下,中国智能制造的发展将如虎添翼。

当前,在钢铁行业,除了环渤海地区的首钢、河钢外,华菱湘钢的“黑灯工厂”与“5G+智慧工厂”示范项目已经落地,多个5G+智慧钢铁的应用具备规模复制条件。同时,宝钢、柳钢、攀钢等主要钢铁企业也都在依托5G网络,进行多种智能化应用实践。

另外,据华为5G港口业务员专家刘仁桂称,5G智慧港口在技术、商业、生态等各方面都已逐渐成熟,正在走向更多的港口复制当中。除天津港外,宁波舟山港、深圳妈湾港、厦门远海港等10多个5G智慧港口示范项目也均已落地。

5G智慧港口应用场景

显而易见,基于5G及其它新技术的“化合”及行业发展需求的驱动下,加快推进产业数字化已成为必然趋势,而制造、钢铁、煤炭、港口等行业产业有望迎来增长新周期与跨越式发展。

毫无疑问,5G的工业商用价值正在逐渐体现,并形成一定“蝴蝶效应”。截止2020年,华为已参与全球超过3000多个创新项目的实践,并与运营商、合作伙伴一起,在二十多个行业签署了1000多个5G To B项目合同。

“星星之火,可以燎原。”华为的企业成长、5G技术以及工业5G应用均起于星星之火。如今,华为的整体发展及5G技术正成燎原之势,而未来随着中国大力推动数字经济发展,华为5G+工业应用也或将再创辉煌!

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责任编辑:陈辰
华为 工业5G 首钢京唐 河钢唐钢 天津港 5G To B
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