工业4.0的网络物理系统

你能想象一个机器人,自动导引车(AGV),传感器,控制器,原材料,产品和数据库相互通信的工厂吗?如果它们也可以通过监控和控制各级操作的中央情报自动编排怎么办?
您能想象一个未来主义的港口,起重机,船只,AGV,卡车和集装箱通信,中央情报部门协调所有物流以优化运营并减少货物和卡车装卸集装箱的等待时间吗?
医院,港口,工厂 -  Cyber​​ Physical Systems承诺以创新的方式改造许多地点和行业。医院,港口,工厂 - Cyber​​ Physical Systems承诺以创新的方式改造许多地点和行业。
或者甚至是由许多不同元素组成的医院相互沟通以实现最佳的全球结果?
这些只是网络物理系统(CPS)在工业4.0未来的样子。但CPS可以发挥的用途和作用几乎是无穷无尽的。
事实上,Cyber​​ Physical Systems是爱立信首席技术官Erik Ekudden设想在人与机器之间提供真正直观交互的五大关键技术趋势之一。

什么是网络物理系统?

CPS是计算,网络和物理过程的集成:不同性质的几个系统的组合,其主要目的是控制物理过程,并通过反馈实时地适应新的条件。
CPS正在改变人类与工程系统交互的方式,就像互联网改变了人们与信息交互的方式一样。在这种情况下,人类仍然至关重要。作为CPS中最灵活,最智能的“实体”,人类承担着一种“最高级控制实例”的角色,监督大多数自动化和自组织过程的运作。
CPS由许多异构元素组成,需要复杂的模型来定义每个子系统及其行为。然后,子系统之间的动态交互由总体模型编排:控制实体,其确保每个子系统的确定性行为。需要升级当前的设计工具以考虑各种子系统,它们的接口和抽象之间的交互。
在延迟,带宽和可靠性方面的通信性能很大程度上影响子系统之间的动态交互。对于无线网络,设备位置,传播条件和流量负载等因素会随时间而变化。这意味着通信网络也需要作为整体CPS“模型模型”中的模型之一进行集成。
执行控制任务所花费的时间对于启用正确运行的系统可能是至关重要的。物理过程是并行发生的许多事物的组合。需要在所有模型中标准化时间模型,该模型与时间测量和时间同步的现实一致。
在未来,CPS将出现在所有行业领域,并且属于工业4.0范式。CPS将开辟新的生产方法,成为行业未来的标准。生产环境将自我配置,自我调整和自我优化,从而提高灵活性,灵活性和成本效益。如下图所示,生产链的每个功能方面都会受到影响,从设计到制造,再到供应链,并扩展到客户服务和支持。
拥有Cyber​​ Physical Systems的制造工厂。 CPS制造工厂
最后,未来的工厂将是CPS或一组相互作用的CPS,其中高技能工人将直接从协调的智能机器和中央控制实体获得操作的见解。该工厂将基于100%安全的行业级5G网络实现超连接和数据密集型。
公司采用数字化转型的步伐和方法各不相同。但是,完整的工业4.0范例的逐步部署路径是独一无二且定义明确的。它由六个阶段组成,每个阶段都建立在前一个阶段,如下图所示。
工业4.0成熟度指数。工业4.0成熟度指数
在此路径上,前两个步骤是计算机化和连接。在此阶段尚未实现计算,网络和物理过程的完全集成。第三步,通过使用传感器和数字模型,实时地实现技术记录和过程的可见性。数字双胞胎模型是这里游戏的一部分。
通过数字模型,行业不仅可以看到发生了什么,还可以检测和理解,达到透明度的第四步。在这里,有必要通过所有工厂级别的综合数据分析来提炼和解释数据。
预测能力和可预测性是第五步。它是关于创建不同的场景,估计发生的可能性,并为可能的后果做好准备。然后动态更新数字模型。
然而,工业4.0将通过第六步也是最后一步全面实施:适应性。它是关于自动采取调整措施,无需延迟,并在需要时,无需人为干预。
为了解决上述问题,无线网络,云和机器智能等领域的研究和开发将是实现CPS全部潜力的基础。
自2016年以来,爱立信与工业自动化领域的全球领导者Comau合作。我们一起试验了在真实工业环境中建造未来工厂所需的步骤。更具体地说,我们已经为制造工厂探索了低延迟网络和边缘云。有关这些实验的详细信息,包括结果,发布在今年早些时候的爱立信技术评论中,名为:“ 机器人,机器智能和5G实现工业自动化 ”。
爱立信 - 科马网络物理系统在意大利都灵的概念验证 Ericsson-Comau在意大利都灵的概念验证。
与Comau的联合研究致力于向工业4.0的演变。工厂中无线网络的关键要求一直是主要挑战,因为工业协议要求具有高可靠性,可用性和安全性的严格无线电性能。无线连接传感器(压力,温度,振动,摄像机)为专家系统提供信息,以确定发生的情况,预测未来问题并防止故障。通过在各个层面实现和实施控制器的集中化和虚拟化来解决适应性:工厂,生产线,工作机器人单元,单个机器人,执行器。拥有一个中央的全球控制实体可以促进对任何事件的快速反应和自主响应,并在需要时调用人类主管的行动和决策。
计划的后续步骤是:i)实施AGV的远程控制,并且从视角来看,协同AGV的群体同意完成相同的任务,ii)测试连接的外骨骼以在工作时卸载工人,iii)零接触设置和生产岛的运作(如果工厂中包含一个新的机器人岛,它将自行配置以便被中央情报机构识别和监督)。
这使得CPS:计算,网络和物理过程成为一个循环,在一个协调下,为未来的工厂带来一个由人类监督的授权自主权,并快速有效地响应不断变化的客户和市场需求。

用户喜欢...

硬件安全在实现工业4.0愿望中的作用

工业4.0愿望和网络安全含义 涉及工厂数字化的工业4.0对工业市场领域的组织领导者来说有着不同的意义,随着工厂设备变得智能化和互联,数字化影响可能对网络安全产生广泛的影响。例如,...


加速工业4.0:扩展工业控制系统中的安全终端

理解工业控制系统的网络安全 工业控制系统(ICS)中的网络安全问题势必延缓工业4.0的采用。许多企业领导者发现ICS网络安全挑战非常难以理解,因为众多因素导致其非常复杂。此外,开发工业...


工业4.0对电子行业有多重要?

目前该行业向数字化的转型正在全面展开。几乎每个人都在使用流行语,如(工业)物联网,智能工厂或网络物理(生产)系统。在德国,这是最强大的国际产业之一,它被称为工业4.0-其他部...


加速工业4.0:扩展工业控制系统的安全边缘

工业控制系统网络安全的感知 工业控制系统(ICS)中的网络安全有望推迟工业4.0的采用。许多企业领导者发现很难理解ICS网络安全挑战,因为有许多因素导致其复杂性。此外,为工业控制系统...


智能制造、物联网及集成化工厂支撑起工业4.0趋势

继蒸汽机的发明、大规模生产和自动化之后,“工业4.0”时代开始被人们提及。前三次工业革命的到来造就了机械、电气和信息技术。如今,物联网和智能制造正宣告着第四次工业革命——工业...