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“5G-A賦能鋼鐵智能制造”是如何煉成的?
2024-07-26 上海公司
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上海電信聯(lián)手寶鋼股份“5G智能制造應(yīng)用”拿下亞洲5G行業(yè)創(chuàng)新獎。

鋼鐵是怎樣煉成的?《鋼鐵是怎樣煉成的》里如此形容——“鋼是在烈火和急劇冷卻里鍛煉出來的,所以才能堅硬和什么也不怕”。

當(dāng)5G和AI的浪潮來襲,煉鋼這個硬核的傳統(tǒng)制造業(yè)典范會和新技術(shù)碰撞出怎樣的火花?

6月27日,世界移動通信大會(MWC上海)揭曉了2024亞洲移動大獎,上海電信聯(lián)合寶鋼股份厚板事業(yè)部等打造的“5G確定性網(wǎng)絡(luò)在智能制造中的應(yīng)用”項(xiàng)目榮獲2024年亞洲5G行業(yè)創(chuàng)新獎。該項(xiàng)目探索了利用5G-A新特性“5G確定性網(wǎng)絡(luò)”打造可預(yù)期、可規(guī)劃、可驗(yàn)證、有確定性能力的鋼鐵行業(yè)智慧專網(wǎng),并在此基礎(chǔ)上研發(fā)出新型控制架構(gòu)技術(shù),便捷實(shí)現(xiàn)鋼鐵制造中多工序協(xié)同動態(tài)過程的控制。

在寶鋼股份生產(chǎn)基地,工業(yè)力量和5G智慧深度融合,迸發(fā)出了新質(zhì)生產(chǎn)力的澎湃力量。

突破:一次“0”到“1”的實(shí)踐

走進(jìn)上海市寶山區(qū)富錦路885號,似乎每一寸空間都彌漫著鋼鐵的獨(dú)特氣息:整齊劃一的深藍(lán)色工服、熱火朝天的生產(chǎn)車間……

在這里,機(jī)器的轟鳴聲與金屬碰撞發(fā)出回響,一條條表面泛著橘紅色光芒的鋼板緩緩?fù)ㄟ^軋機(jī),完成“軋”這一重要工序。這些“新鮮出爐”的鋼板溫度高達(dá)900多攝氏度。

讓寶鋼股份中央研究院高級主任研究員王全勝頗感自豪的是,全套生產(chǎn)流程正在一套由寶鋼自研的鋼鐵生產(chǎn)控制體系的指揮下有序進(jìn)行。

“我們等不及了,所以就聯(lián)合了國內(nèi)的優(yōu)勢技術(shù)力量,融合5G、AI等,搭建了一套技術(shù)自立自主的鋼鐵生產(chǎn)控制體系?!蓖跞珓偻嘎?,催生新型鋼鐵生產(chǎn)控制體系的原因主要有兩個。

其一,寶鋼生產(chǎn)線在生產(chǎn)一些高精尖的鋼鐵產(chǎn)品時,有一些特殊的生產(chǎn)控制措施,在現(xiàn)有的自動化系統(tǒng)中不容易實(shí)施,亦不能達(dá)到期望的效果。

其二,最近十幾年來,中國的科技行業(yè)進(jìn)步巨大,在與工業(yè)控制相關(guān)的信息通信技術(shù)領(lǐng)域,以5G為代表的技術(shù)已經(jīng)處于世界領(lǐng)先水平,但國內(nèi)鋼鐵行業(yè)自動化的基礎(chǔ)軟硬件皆由國外專業(yè)電氣公司開發(fā),采用的技術(shù)體系封閉保守,導(dǎo)致國產(chǎn)新技術(shù)難以應(yīng)用在鋼鐵生產(chǎn)實(shí)踐中。

如今,展現(xiàn)在眼前的這套寶鋼自研的國產(chǎn)鋼鐵生產(chǎn)控制體系,融入了5G、AI等新技術(shù),比國外系統(tǒng)更加先進(jìn)。

“通過5G確定性網(wǎng)絡(luò)實(shí)現(xiàn)了寶鋼工業(yè)控制系統(tǒng)從‘0’到‘1’的開拓性實(shí)踐,該技術(shù)成果整體技術(shù)達(dá)到了國際先進(jìn)水平,其中,5G在軋鋼控制中的應(yīng)用處于國際領(lǐng)先水平,標(biāo)志著寶鋼智能控制技術(shù)發(fā)展進(jìn)入了一個新階段。”上海電信工業(yè)和服務(wù)業(yè)大客戶部總經(jīng)理湯凱鋒表示,上海電信工業(yè)BD團(tuán)隊和寶鋼股份厚板事業(yè)部等一直在探索如何打破國外工業(yè)控制軟件的壟斷,安全、自主、可控地重構(gòu)自己的工業(yè)控制體系。

賦能:5G和AI“雙管齊下”

在車間現(xiàn)場,屏幕上一串串跳動的數(shù)字十分顯眼。據(jù)介紹,這些數(shù)字表示5G的時延,毫秒級時延意味著工藝擁有極高精度?!氨热纾覀兩a(chǎn)一張平的鋼板,如果時延變得較大,就意味著相應(yīng)的控制周期有了波動,產(chǎn)品的厚度就不均勻了。”王全勝說。

5G在鋼鐵生產(chǎn)領(lǐng)域的應(yīng)用范圍很廣,一張廣域的5G專網(wǎng)覆蓋并支撐著寶鋼的更多技術(shù)創(chuàng)新。例如,5G可以縮短生產(chǎn)線建設(shè)或改造的工程周期;5G可以減少設(shè)備維護(hù)員工的日常電纜巡檢,特別是在一些安全風(fēng)險較高區(qū)域的日常巡檢中,能夠從根本上改善生產(chǎn)勞動安全狀況;另外,5G網(wǎng)絡(luò)可以“一網(wǎng)多用”,承載生產(chǎn)線攝像頭、聲音、震動傳感器等多路生產(chǎn)信號。

除了5G,AI也在5G低延時、高帶寬的無線網(wǎng)絡(luò)底座上大顯身手。輪廓檢測設(shè)備的高分辨率相機(jī)將軋后鋼板的圖像進(jìn)行實(shí)時采集,結(jié)合AI圖像拼接和邊緣檢測算法提取鋼板輪廓信息,最終得到生產(chǎn)所需的輪廓特征因子,提供前向的軋制工藝優(yōu)化,同時對后續(xù)鋼板的在線剪切提供指導(dǎo)意見。借助AI自適應(yīng)功能,其可持續(xù)對算法進(jìn)行優(yōu)化迭代,以提升決策精度。

“我們希望軋出來的鋼板是規(guī)規(guī)矩矩的矩形,但是有的時候邊角是圓的,可能還有斜的,或者彎的。AI設(shè)備可以自動檢測出鋼板形狀,進(jìn)而影響后續(xù)‘怎么切’的環(huán)節(jié),完成對鋼板質(zhì)量形態(tài)的精細(xì)化‘補(bǔ)救’?!睂氫摵癜迨聵I(yè)部電氣設(shè)備高級主任工程師鄭勇說,以前沒有AI輔助的時候,唯有依靠人工判斷。

領(lǐng)跑:“軋鋼專家”和“通信專家”共創(chuàng)

想要敢為天下先,在鋼鐵生產(chǎn)控制體系乃至整個生產(chǎn)流程的更多場景大膽應(yīng)用5G和AI技術(shù),這個由5G-A賦能的鋼鐵智能制造系統(tǒng)是怎樣煉成的?

上海電信工業(yè)和服務(wù)業(yè)大客戶部解決方案經(jīng)理宋恒國介紹,上海電信和寶鋼股份各有分工,簡單來說,就是先進(jìn)網(wǎng)絡(luò)與鋼鐵應(yīng)用的互相奔赴,“上海電信技術(shù)團(tuán)隊主要聚焦5G確定性網(wǎng)絡(luò),保證這張網(wǎng)絡(luò)是足夠可靠的;寶鋼側(cè)重于新型控制架構(gòu)應(yīng)用本身?!?/p>

“我們將原先工廠常見的串行控制結(jié)構(gòu),即從現(xiàn)場設(shè)備到PLC、SCADA,再到MES、ERP等控制結(jié)構(gòu)融合成云和端的兩層結(jié)構(gòu),即端側(cè)為現(xiàn)場設(shè)備,云側(cè)將PLC、SCADA、MES、ERP集中地進(jìn)行云化部署?!睖珓P鋒說,這樣做帶來兩個好處:其一,將原先一個個封閉的、壟斷的環(huán)節(jié)進(jìn)行融合,使得數(shù)據(jù)交互和控制更為安全、自主、可控;其二,在生產(chǎn)過程中難免會有工藝的誤差,因?yàn)樵瓉硎欠植际降慕Y(jié)構(gòu),后道環(huán)節(jié)不清楚前道環(huán)節(jié)是否產(chǎn)生了誤差,現(xiàn)在都虛擬化集中在云側(cè),如此一來,數(shù)據(jù)交互更為便捷和迅速,即使出現(xiàn)誤差也可以通過算法及時校正,使得精度控制更為準(zhǔn)確。

在該項(xiàng)目中,除了利用5G“做功”,還應(yīng)用了5G-A的最新技術(shù)特性,如超級時頻折疊技術(shù)、雙發(fā)選收技術(shù)、亂序遞交技術(shù)等。

以超級時頻折疊技術(shù)為例,一般人們?nèi)粘I钪惺褂玫?G網(wǎng)絡(luò)以下載應(yīng)用為主,時隙配比為7:3,即70%下行、30%上行;超級時頻折疊技術(shù)就是將兩個時隙合并,即一個70%用于下行,30%用于上行,另一個30%用于下行,而70%用于上行,通過這樣的折疊確保單位時間內(nèi)的上行帶寬大幅提升,以滿足工業(yè)場景的個性化需求。

在寶鋼廠區(qū),5G網(wǎng)絡(luò)設(shè)備的部署方式也很有講究。“我們會根據(jù)業(yè)務(wù)類型對上海電信的網(wǎng)絡(luò)提出要求,比如時延要達(dá)到多少毫秒,速率需要達(dá)到多少,上海電信團(tuán)隊則會實(shí)地勘察,結(jié)合具體的使用場景以及工業(yè)控制系統(tǒng)的特點(diǎn),給出更有針對性的網(wǎng)絡(luò)部署方案?!蓖跞珓俳榻B,5G基站主要部署在廠區(qū),電氣室內(nèi)則增加了專用的5G UPF等單元,使用寶鋼廠區(qū)部署的5G新型網(wǎng)絡(luò),把UPF與新型控制架構(gòu)服務(wù)器連接起來,構(gòu)成一套完整、安全的5G專用網(wǎng)絡(luò),所有生產(chǎn)數(shù)據(jù)都會留在5G專網(wǎng)之內(nèi)。

對于今后的發(fā)展,寶鋼股份設(shè)備部通信技術(shù)組組長陸爽表示,2024年,寶鋼寶山基地將完成全量下沉5G核心網(wǎng),以及無線數(shù)據(jù)采集平臺的建設(shè),為5G工業(yè)應(yīng)用奠定數(shù)據(jù)傳輸基座。此外,隨著5G-A技術(shù)的正式商用,寶鋼也將進(jìn)一步探索更高帶寬、更低時延的數(shù)據(jù)傳輸在工業(yè)控制領(lǐng)域的實(shí)際應(yīng)用。

湯凱鋒表示,上海電信在5G通信產(chǎn)業(yè)鏈中扮演著關(guān)鍵的角色,其主要的表現(xiàn)就是更廣、更前、更深。更廣即覆蓋更廣,目前,上海電信已部署超1.3萬個5G-A基站,預(yù)計年內(nèi)部署規(guī)模超過2萬站;更前即技術(shù)引領(lǐng),如聯(lián)合合作伙伴,攻克了Wi-Fi與5G融合組網(wǎng)、用戶精準(zhǔn)溯源等關(guān)鍵技術(shù)難題;更深指的是應(yīng)用落地,如與合作伙伴一起,共同開展標(biāo)準(zhǔn)制定、驗(yàn)證試點(diǎn)、商用推廣等,以推動整個產(chǎn)業(yè)鏈的發(fā)展。

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