宋海洋 陳成 董帆 郭亮 陳偉剛 許建強(qiáng)

(首鋼京唐鋼鐵聯(lián)合有限責(zé)任公司信息計(jì)量部,河北唐山 063200)

0 概述

5G作為新一代信息通信技術(shù)發(fā)展的主要方向,代表了信息通信技術(shù)的發(fā)展方向和戰(zhàn)略制高點(diǎn),是構(gòu)筑經(jīng)濟(jì)數(shù)字化轉(zhuǎn)型的重要基礎(chǔ)設(shè)施。為鋼鐵企業(yè)在數(shù)字化轉(zhuǎn)型中,通過(guò)智能化、無(wú)人化項(xiàng)目建設(shè),探索智能化鋼鐵廠創(chuàng)新發(fā)展新路徑,提供了新的發(fā)展機(jī)遇。但鋼鐵企業(yè)各類應(yīng)用場(chǎng)景對(duì)5G帶寬、時(shí)延、可靠性等性能指標(biāo)沒(méi)有權(quán)威的規(guī)范,一直是困擾5G推廣應(yīng)用的一個(gè)重要因素。

1 鋼鐵企業(yè)典型5G應(yīng)用場(chǎng)景

鋼鐵企業(yè)各類應(yīng)用場(chǎng)景很難窮盡,本文結(jié)合首鋼京唐公司在數(shù)字化轉(zhuǎn)型中,建設(shè)智能化鋼鐵廠的業(yè)務(wù)需求,總結(jié)了10種典型的應(yīng)用場(chǎng)景,分別是:無(wú)人天車、智能物流、智能料場(chǎng)、無(wú)人駕駛、高清視頻監(jiān)控、鋼材表面質(zhì)檢、智能安防、智能工廠、遠(yuǎn)程運(yùn)維、交通監(jiān)控。通過(guò)研究探討典型的應(yīng)用場(chǎng)景與5G帶寬、時(shí)延、可靠性等性能指標(biāo)的相關(guān)性,明確各應(yīng)用場(chǎng)景重點(diǎn)關(guān)注的5G性能指標(biāo),以指導(dǎo)鋼鐵企業(yè)5G技術(shù)的推廣應(yīng)用[1]。

(1)無(wú)人天車:鋼鐵企業(yè)生產(chǎn)制造、產(chǎn)品銷售等環(huán)節(jié)涉及各類庫(kù)區(qū)的天車作業(yè),尤其煉鋼以后的工序,涉及煉鋼坂坯庫(kù),熱軋坂坯庫(kù)、成品庫(kù);冷軋?jiān)蠋?kù)、中間庫(kù)、成品庫(kù),集港集站區(qū)域物流暫存庫(kù)等,庫(kù)區(qū)天車作業(yè)無(wú)人化是鋼鐵行業(yè)的發(fā)展趨勢(shì)。無(wú)人天車系統(tǒng)由檢測(cè)感知系統(tǒng)(鞍位形狀掃描儀、夾具對(duì)位傳感器、夾具加緊傳感器等)、定位系統(tǒng)(X軸定位:激光定位、格雷母線定位,Y軸定位:編碼器等)、視頻監(jiān)控系統(tǒng)(攝像頭)、調(diào)度決策系統(tǒng)(發(fā)布指令、指揮天車運(yùn)行)、執(zhí)行機(jī)構(gòu)(PLC控制系統(tǒng))、網(wǎng)絡(luò)(有線無(wú)線)構(gòu)成。應(yīng)用5G網(wǎng)絡(luò)打通地面控制系統(tǒng)與移動(dòng)天車的通信通道,建立天車運(yùn)行作業(yè)模型控制策略,實(shí)現(xiàn)天車運(yùn)行作業(yè)中的推理分析、調(diào)度決策優(yōu)化、任務(wù)協(xié)同等實(shí)現(xiàn)庫(kù)區(qū)天車無(wú)人作業(yè)。

(2)智能物流:鋼鐵企業(yè)物流涉及采購(gòu)、生產(chǎn)、銷售等整個(gè)供應(yīng)鏈環(huán)節(jié),業(yè)務(wù)涉及原燃料采購(gòu)銷售、退貨,能源介質(zhì)采購(gòu)銷售,資材備件采購(gòu)銷售,備件修復(fù),危廢舊品銷售,產(chǎn)成品銷售自提、直發(fā)、集港、集站,廠內(nèi)上下游工序物料倒運(yùn)等?；?G網(wǎng)絡(luò),建設(shè)協(xié)同高效的物流智能管控平臺(tái),與產(chǎn)銷管控系統(tǒng)、MES系統(tǒng)、門禁管理系統(tǒng)、交通監(jiān)控系統(tǒng)等緊密集成,基于GIS地圖和定位技術(shù)實(shí)現(xiàn)車輛信息在線管控,對(duì)車輛行駛狀態(tài)、司機(jī)狀態(tài)、位置狀態(tài)、車況狀態(tài)、行車路線等實(shí)時(shí)監(jiān)控,路線偏離、中途?？康犬惓Ｇ闆r及時(shí)報(bào)警;基于生產(chǎn)庫(kù)存動(dòng)態(tài),結(jié)合生產(chǎn)計(jì)劃,實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)儲(chǔ)計(jì)劃智能編排,全廠運(yùn)力資源的智能調(diào)度、轉(zhuǎn)儲(chǔ)路線動(dòng)態(tài)規(guī)劃,上下游庫(kù)存動(dòng)態(tài)平衡,基于待運(yùn)材料規(guī)格、位置,車輛標(biāo)載等。實(shí)現(xiàn)原燃料進(jìn)廠、生產(chǎn)制造、倉(cāng)儲(chǔ)運(yùn)輸、銷售發(fā)貨等物流信息的可視化、倉(cāng)儲(chǔ)作業(yè)的無(wú)人化、物流調(diào)度的一體化、監(jiān)控管理的集中化。加快庫(kù)存周轉(zhuǎn)、提高倉(cāng)庫(kù)利用率、縮短產(chǎn)品制造周期。

(3)智能料場(chǎng):建設(shè)基于5G的堆取料機(jī)無(wú)人駕駛作業(yè)智能控制系統(tǒng),實(shí)現(xiàn)堆取料機(jī)作業(yè)的無(wú)人化及供料計(jì)劃、儲(chǔ)存、盤庫(kù),數(shù)字一體化管理,確保源、終點(diǎn)品種匹配,避免混料,提高精細(xì)化管理水平。

(4)無(wú)人駕駛:鋼鐵企業(yè)下游工序物料汽車倒運(yùn)無(wú)人駕駛是智能制造的發(fā)展趨勢(shì),一般重卡AGV無(wú)人駕駛系統(tǒng)由重載AGV運(yùn)輸車、GPS導(dǎo)航系統(tǒng)與激光導(dǎo)航、車輛識(shí)別和道桿控制系統(tǒng)、視頻監(jiān)控系統(tǒng)、重型AGV專用車道等系統(tǒng)和設(shè)備、車輛調(diào)度系統(tǒng)、自動(dòng)化系統(tǒng)控制系統(tǒng)、安全管理系統(tǒng)、無(wú)線網(wǎng)絡(luò)等組成。室外采用GPS導(dǎo)航,室內(nèi)采用激光導(dǎo)航(精準(zhǔn)定位)的復(fù)合導(dǎo)航方式。應(yīng)用機(jī)器視覺(jué)技術(shù)進(jìn)行無(wú)人駕駛車輛牌照號(hào)碼自動(dòng)識(shí)別,在無(wú)人駕駛車輛活動(dòng)區(qū)域增加視頻監(jiān)控,遠(yuǎn)程監(jiān)控人員實(shí)時(shí)監(jiān)控車輛運(yùn)行時(shí)的工作狀態(tài),無(wú)人駕駛車輛活動(dòng)區(qū)域覆蓋無(wú)線網(wǎng)絡(luò),車輛定位信息、視頻監(jiān)控信息、車牌視頻信息等自動(dòng)上傳車輛調(diào)度系統(tǒng),車輛調(diào)度系統(tǒng)下達(dá)車輛自動(dòng)運(yùn)行指令,自動(dòng)化系統(tǒng)控制系統(tǒng)執(zhí)行指令,實(shí)現(xiàn)車輛的駕駛運(yùn)行無(wú)人化、調(diào)度指揮智能化、作業(yè)監(jiān)控可視化[2]。

(5)高清視頻監(jiān)控:園區(qū)內(nèi)高清監(jiān)控部署在生產(chǎn)線現(xiàn)場(chǎng)和廠區(qū)道路內(nèi),前端攝像頭采用內(nèi)置5G模組或通過(guò)CPE連接攝像頭的形式,減少IT基礎(chǔ)投資,實(shí)現(xiàn)整個(gè)園區(qū)的集中監(jiān)控。

(6)鋼材表面質(zhì)檢:通過(guò)部署工業(yè)相機(jī)采集質(zhì)檢數(shù)據(jù),利用5G網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行8K/4K等高清圖像傳輸至搭載視覺(jué)AI分析能力的平臺(tái),對(duì)圖像和視頻進(jìn)行處理,實(shí)現(xiàn)質(zhì)量檢測(cè)。

(7)智能安防:在工廠生產(chǎn)作業(yè)區(qū)域內(nèi),利用前端攝像頭采集現(xiàn)場(chǎng)視頻,通過(guò)5G網(wǎng)絡(luò)實(shí)現(xiàn)視頻的高速實(shí)時(shí)回傳,結(jié)合AI技術(shù),可實(shí)現(xiàn)工人行為高精度識(shí)別,危險(xiǎn)設(shè)備工作狀況檢測(cè),自定義報(bào)警區(qū)域監(jiān)控,也具備視頻追溯功能,從而為廠區(qū)的安全生產(chǎn)管理提供保障基礎(chǔ)。

(8)智能工廠:工廠內(nèi)感知層的數(shù)據(jù)通過(guò)5G網(wǎng)絡(luò)傳輸,實(shí)現(xiàn)驅(qū)動(dòng)器、傳感器、可編程邏輯控制器(PLC)、面板儀表和其他自動(dòng)化設(shè)備的通訊傳輸。通過(guò)數(shù)據(jù)的處理運(yùn)算最終在展示層進(jìn)行展示,形成工廠視頻監(jiān)控、運(yùn)行調(diào)度、機(jī)器人數(shù)據(jù)回傳、設(shè)備數(shù)據(jù)采集、能耗的盤點(diǎn)、資產(chǎn)盤點(diǎn)等。

(9)遠(yuǎn)程運(yùn)維:基于5G的高安全、高穩(wěn)定、低時(shí)延大數(shù)據(jù)回傳能力,采用無(wú)人機(jī)、機(jī)器人等自動(dòng)化設(shè)備、AR眼鏡等人工輔助設(shè)備、物聯(lián)網(wǎng)控制器傳感器等,對(duì)遠(yuǎn)端設(shè)備,如輸電線路、立體停車場(chǎng)、工廠內(nèi)設(shè)備、機(jī)械車輛等進(jìn)行實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)采集、點(diǎn)巡檢運(yùn)、故障排除遠(yuǎn)程輔助。

(10)交通監(jiān)控:鋼鐵企業(yè)廠區(qū)道路縱橫交錯(cuò),乘用車、貨運(yùn)車時(shí)常違章運(yùn)行,影響道路交通秩序,貨運(yùn)物品種類繁多,包括原燃料、在制品、散貨、產(chǎn)成品等幾十種,貨運(yùn)承運(yùn)商多達(dá)幾十家,存在重復(fù)計(jì)重、樣品以次充好、偷梁換柱、夾帶物品出廠等各種隱患。貨運(yùn)車輛存在隨意偏離規(guī)定路線、超速、亂停、占道、套牌等現(xiàn)象?；?G技術(shù),建設(shè)道路交通監(jiān)控系統(tǒng),對(duì)道路交通進(jìn)行有效地管控勢(shì)在必行。在物料裝卸、質(zhì)檢取樣、稱重計(jì)量、車輛等候相關(guān)區(qū)域加裝視頻監(jiān)控?cái)z像頭,進(jìn)行定點(diǎn)監(jiān)控,重要路口雙向加裝視頻測(cè)速攝像頭,運(yùn)輸?shù)缆芳友b自動(dòng)跟蹤、行為分析、人臉檢測(cè)、報(bào)警推送、紅外夜視等視頻監(jiān)控?cái)z像頭,覆蓋運(yùn)輸、取樣、計(jì)量、裝卸全過(guò)程。關(guān)鍵視頻信息實(shí)時(shí)匯集到交通監(jiān)控平臺(tái),應(yīng)用生物識(shí)別技術(shù)、圖像識(shí)別技術(shù),識(shí)別車號(hào)、車型、顏色及駕乘人員,運(yùn)營(yíng)車輛GPS定位信息實(shí)時(shí)上傳交通監(jiān)控平臺(tái);實(shí)現(xiàn)行車路徑偏離報(bào)警、超時(shí)預(yù)警、車輛停駛和聚集報(bào)警、違章報(bào)警、車輛比對(duì)異常報(bào)警、道路擁堵報(bào)警等監(jiān)控與信息推送;實(shí)現(xiàn)車輛與承擔(dān)的作業(yè)任務(wù)、車載貨物信息的匹配,實(shí)現(xiàn)車輛進(jìn)行軌跡追蹤。

表1 5G應(yīng)用場(chǎng)景與5G性能指標(biāo)的關(guān)系Tab.1 Relationship between 5G application scenarios and 5G performance indicators

2 5G應(yīng)用場(chǎng)景與5G性能指標(biāo)相關(guān)性探討

5G作為新一代信息通信的前沿技術(shù),為智能化鋼鐵廠創(chuàng)新發(fā)展提供了新的發(fā)展機(jī)遇。在鋼鐵行業(yè)的應(yīng)用還處于探索階段,各類5G應(yīng)用場(chǎng)景很難窮盡,每個(gè)應(yīng)用項(xiàng)目的可行性與5G帶寬、時(shí)延、可靠性等性能指標(biāo)密切相關(guān),但鋼鐵企業(yè)各類應(yīng)用場(chǎng)景對(duì)5G帶寬、時(shí)延、可靠性等性能指標(biāo)沒(méi)有權(quán)威的規(guī)范,一直困擾5G應(yīng)用推廣[3]。

首鋼京唐公司在5G應(yīng)用實(shí)踐中,將應(yīng)用場(chǎng)景歸并為不同的應(yīng)用類型,按照應(yīng)用類型,歸納出5G網(wǎng)絡(luò)的承載數(shù)據(jù)類型,根據(jù)5G網(wǎng)絡(luò)的承載數(shù)據(jù)類型提出5G性能指標(biāo)要求,通過(guò)測(cè)試相關(guān)指標(biāo)的實(shí)際表現(xiàn),評(píng)價(jià)項(xiàng)目的風(fēng)險(xiǎn)、可行性等,大大簡(jiǎn)化評(píng)價(jià)項(xiàng)目可行性研究的復(fù)雜性,5G應(yīng)用場(chǎng)景、應(yīng)用類型、5G網(wǎng)絡(luò)的承載數(shù)據(jù)類型、5G性能指標(biāo)關(guān)系如表1所示。

綜合各應(yīng)用場(chǎng)景的應(yīng)用類型、5G網(wǎng)絡(luò)承載的數(shù)據(jù)類型不難發(fā)現(xiàn),鋼鐵企業(yè)5G應(yīng)用場(chǎng)景的應(yīng)用類型大致可以歸并為:自動(dòng)化控制、機(jī)器視覺(jué)、視頻監(jiān)控、數(shù)據(jù)采集等。5G網(wǎng)絡(luò)承載的數(shù)據(jù)類型大致可以歸并為:音頻、視頻、圖像、數(shù)據(jù)等。

自動(dòng)化控制類的應(yīng)用場(chǎng)景更關(guān)注5G網(wǎng)絡(luò)的時(shí)延、可靠性指標(biāo);機(jī)器視覺(jué)類、視頻監(jiān)控類的應(yīng)用場(chǎng)景更關(guān)注5G網(wǎng)絡(luò)的上行帶寬、下行帶寬指標(biāo)。一般來(lái)說(shuō),數(shù)據(jù)采集類的應(yīng)用,5G帶寬、連接密度等性能指標(biāo)不會(huì)成為5G的應(yīng)用瓶頸。

3 總結(jié)

鋼鐵企業(yè)應(yīng)用場(chǎng)景很難窮盡,但應(yīng)用場(chǎng)景的應(yīng)用類型是有限的,在推進(jìn)5G應(yīng)用中,只要明確應(yīng)用類型,便可以發(fā)現(xiàn)對(duì)應(yīng)的5G性能指標(biāo),該性能指標(biāo)的可行性決定了項(xiàng)目的可行性。