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上云记①｜长城精工5G-A：4毫秒背后的未来

2024-03-07 08:05:27　来源：河北新闻网

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编者按：实现产业的高端化、智能化、绿色化，技术支撑必不可少。企业上云是推动制造业数字化转型手段之一，有助于加快发展新质生产力。

这两年来，河北省积极推动企业上云尤其是工业设备上云，成效明显。企业借助“一朵云”，实现了资源优化配置，能效和安全水平提升，服务模式和商业模式创新。解析呈现企业上云带来的变化，河北日报今日起推出系列报道“上云记”，敬请关注。

【阅读提示】

在保定长城精工，有一条先进的工业产线——全球首条5G超高可靠低时延汽车柔性产线。

依托先进的5G-A移动通信技术，保定长城精工携手中国联通、华为等企业合作打造的这条产线，实现了5G-A技术在工业控制核心生产环节的首次应用。

这样一条产线，究竟会打开一幅怎样的工业图景？记者来到了长城精工。

3月1日，黄晓笠展示长城精工全球首条5G超高可靠低时延汽车柔性产线上应用的通信模组。河北日报记者周聪聪摄

机器人通信“有线”变“无线”意味着什么

3月1日，保定精诚工科汽车系统有限公司5G-A工业互联网实验室，全球首条5G超高可靠低时延汽车柔性产线生产现场。

托起汽车车门，配合着一侧的胶枪，机械臂轻微弯曲调整“身姿”，一个优美的旋转，便完成了一个汽车车门的涂胶工作。

精诚工科汽车系统有限公司（以下简称“长城精工”）是长城汽车旗下的零部件子公司。该公司下属的精工自动化，主要负责为长城汽车及外部车企开发智能装备及自动化产线设计集成。

表面上看，实验室里上演的只是一个普通的车门生产现场，但事实上，这个过程却涵盖了大部分5G-A在工业领域的典型应用场景，标志着5G-A已经从技术验证阶段逐步迈入预商用部署。

“人眨一次眼大约需要200毫秒。就在我们这一眨眼的工夫，这组设备之间就可以完成约50次的通信。更神奇的是，产线上每台设备都相当于自带了一部‘手机’，实现了工业控制总线无线对有线的替换。”长城精工自动化5G-A工业互联网实验室负责人黄晓笠细数其中的“黑科技”。

掏出激光笔，黄晓笠将光点打到一束蜿蜒缠绕在机器人身上的黑色线缆管上，“现在这根管子可比原来‘瘦’多了，主要是因为去掉了通信线缆。”

一直以来，通信线缆在机器人自动化产线上不可或缺。

黄晓笠解释，机器人抓取工具进行焊接、滚边、涂胶等操作，都是靠机器人控制柜来控制的。如果把机器人控制柜比作“大脑”，机器人就是“手臂”，焊枪、滚边头等工具就是“手”。

产线上，机器人执行不同的操作需要抓取不同的工具，所以通常“手臂”和“手”都不是固定连接的。只有当机器人抓取了某个工具，机器人控制柜的通信信号才会通过通信线缆“激活”工具，“大脑”的指令才会传导到“手”，从而进行相关操作。

不只是机器人身上，生产线的所有设备都要靠实体通信线缆连接。这使布设工业总线，一度成为长城精工产线调整时的大工程。

“仅去年一年，长城汽车就上新了15款车型，每款新车型的上新都涉及生产线改造，都需要重新布设线缆，基本上是一年一小改，三年一大改。”黄晓笠说，频繁的拆装和调整布线，耗费了巨大的时间和金钱成本，长城汽车每年的网络总投资约为2000万元。

依靠有线网络实现设备的串联和控制，不仅工作量大，而且由于网络层级众多、线缆繁杂，也会导致故障频发。尤其是在机械臂、滑台、转台等移动场景中，通信线缆磨损会更加严重。

“线缆的状态无法掌握，不能进行有目的的保养。我们做过统计，因为磨损导致的计划外停产，每年累计约48—72个小时。”黄晓笠解释，产线工序都是相互联系的，一条产线的停产还会影响上下工序产线的正常生产。

可现在，通过“背在”设备上的“手机”，这些问题迎刃而解。

拿出一个有线电视盒大小的通信终端，黄晓笠神秘地说，这就是专门供设备使用的“手机”。在5G-A超高可靠低时延柔性产线上，记者看到，每个设备都配备了一部。

这种“手机”的应用，颠覆了传统通信电缆的信号传输技术路线。

“以机械臂抓取工具进行焊接操作为例，现在一有生产指令，‘大脑’就可以直接给‘手’打电话传达指令，而不需要通过通信线缆这根‘神经’去接通了。”黄晓笠解释。

设备通信无线化，从根本上消除了通信线缆磨损导致的故障，设备可动率将明显提升。另外，新车型导入不再涉及网络硬件重构，设备布局也能够更加灵活，可使施工周期缩短10—15天。

黄晓笠介绍，据测算，有线改无线，每年能减少停机60小时，长城汽车各生产基地可以做到一分钟下线一辆车，按每辆车17万元计算，为企业直接带来的效益约6亿元/年。

5G-A的“丝滑体验”意味着什么

3月5日拍摄的长城精工全球首条5G超可靠低时延汽车柔性产线。黄晓笠摄

在工信部公布的2023年5G工厂名录中，共有9家河北企业。其中，长城精工是河北省唯一一家应用了5G-A移动通信技术的5G工厂。

在5G-A工业互联网实验室房顶的架梁上，分布着几个大大小小的白色盒子，小的巴掌大，大的则与砖头相仿。

“小的是5G基站，大的就是5G-A基站。”河北联通保定分公司5G工业互联网技术总监袁凯解释，这些基站就相当于所有现场无线设备之间连接的一个个桥梁，负责无线设备数据的上传下达。而目前，5G基站原本的功能已经全部改由现场部署的9个5G-A基站承载。

不过，该生产线的先进之处，不只是这些。

“这就是给设备装的‘手机’的模组。上面的这块‘芯片’，是由我们中国科技企业自主研发的。”指着模组上的一块三四厘米见方的金属片，黄晓笠一脸自豪。

如果说5G-A基站解决的是信号覆盖和传输的基础底座问题，那终端就是每个产线设备的“通信管家”。两者“强强联手”，让终端设备之间的通信时延降低到4毫秒。

5G-A，即5G-Advanced，是进入6G时代前的一个过渡，可以理解为5G的增强版。相比5G，5G-A在连接速率、时延、定位、可靠性等方面有了大幅提升。

5G-A的出现，对长城汽车来说，意味着一件一直想做却做不了的事儿，终于有了实现的可能。

长城汽车早在21世纪初便实现了机器人自动化生产。但随着“有线”的弊端逐渐暴露，实现工业生产关键工位和关键工序的无线化，成为这家河北车企乃至全球制造业渴望到来的新变革。

“无线通信之所以一直没能在工业中实现，主要原因是不能实现超低时延、超高稳定性等。”袁凯介绍，通过实体的线缆传输，设备间的通信时延大约只有2毫秒。可是使用无线传输，即便按照5G商用标准，通信时延也得20毫秒。

这个时延，对我们普通人的日常生活来说小到可以忽略不计，却仍然达不到工业控制要求。

“一条生产线涉及十几道工序，长城汽车有大大小小生产线上百条，一个个时延累积起来，就可以被指数级放大，对于效率的影响是巨大的，对企业来说更是‘真金白银的流失’。”黄晓笠说。

更极端的情况下，一旦工人意外闯入产线安全光栅，产线必须以最快的速度停掉，这对通信时延提出了更高的要求。

“相比5G，5G-A达到了仅4毫秒的低时延，这是当下网络支撑能力和我们工业生产可接受时延范围之间的平衡点。”黄晓笠介绍，相比5G达到的99.99%的可靠性，5G-A的可靠性则达到了99.999%。

“4毫秒”“99.999%”，带给了工业生产全新的“丝滑体验”。

“可靠性从‘4个9’提升到‘5个9’，别看只增加了0.009%，但一年365天，一天有24小时，一小时有60分钟，提升这一点点，却意味着一条产线每年能增加47分钟的信号稳定性。”打开计算器，袁凯边计算边解释，我们打手机会有信号不好的时候，可工业设备配的“手机”如果出现信号不好，会直接导致停产。

依靠5G-A强大的网络性能，试制生产线实现4毫秒超低时延和“5个9”的超高稳定性之外，还叠加了传感器技术和AI视觉。

“这就是让生产线在实现无线化的同时，使机器能够自动检测产品合格与否，是由‘机器换人’到‘机器变人’的一个尝试。”黄晓笠解释道。

工业无线通信意味着什么

长城精工的全球首条5G超可靠低时延汽车柔性产线，实现了设备通信无线化。图为3月1日拍摄的机器人控制柜，柜子后侧上方安装的就是通信终端。河北日报记者周聪聪摄

“提到5G，大多数人首先想到的就是我们平时用的手机，但事实上，人们在日常生活中的需求，4G已经基本满足了。5G的真正潜力，还是在工业领域。”袁凯介绍，随着技术的不断发展和应用场景的不断扩大，5G尤其是5G-A，在大规模设备连接、工业自动化和智能制造、无人化生产、工业网络安全等领域，对于推动工业领域的数字化转型和升级，拥有无限可能。

这次打造的5G-A试制生产线，长城精工的合作方可谓“众星云集”——中国信息通信研究院、中国联通、上海勃傲自动化系统有限公司、华为技术有限公司。几方各自出资，同步研发、同步优化，这种合作，才有了5G-A技术在工业控制核心生产环节的首次应用。

为何这些制造企业、通信企业、科技企业聚首保定，都对合作表现出如此强烈的兴趣？

“根本原因在于，大家都敏锐地意识到，工业无线通信的新风口要来了！”袁凯表示。

对这样的趋势，黄晓笠的感知尤为直接。

黄晓笠学的是电子信息科学与技术专业，他从河北大学本科毕业后于2022年初入职长城精工。

“最初我对自己的工作定位，就是生产辅助。”可令黄晓笠没想到的是，短短两年里，他的工作便一步步深入到焊接、涂胶、滚边等产线核心环节。他已经成长为长城精工5G-A工业互联网实验室的负责人。

敏锐的嗅觉、超前的布局，为我国实现工业无线通信核心产品国产化提供了弯道超车的机会。长城精工的探索，正是一个具体的缩影。

“拿我们这条试制产线来说，已经实现了多个突破。”黄晓笠介绍，除了芯片、模组，目前构建了工业控制层从有线到无线的垂直创新生态，研发了漆面检测系统、装配检测系统、单组分涂胶系统、双组分涂胶系统、激光焊接系统、伺服滚边系统等一系列核心产品。

更重要的是，这条试制生产线首次实现了对工业协议的解析，进行了设备通信传输与5G资源的协同调整，使设备通信容量大幅提升。

“打破现有技术垄断格局，打造中国工业无线通信的技术标准和产业生态，我们河北企业一样能从有线网络时代的跟随者成为5G时代的引领者。”黄晓笠表示。

“两年多来，几方在合作过程中，面临的最大挑战不在于技术研发，而在于到底要不要干，干了到底有没有用。”袁凯说，现在，风口已经来了。

近日，华为研发的全球首个5G-A全系列、全场景解决方案正式发布，今年全球有望实现5G-A规模商用。

伴随一大批5G-A预商用技术的出现，2024年是5.5G的商用元年，如今已经成为业界共识。

而对于长城汽车来说，目前集团共有四条生产线在进行改造，其中，徐水基地的产线改造将率先完成，预计2024年5月底投入运行。

这也意味着5G-A将从实验室走向真正的生产线，并逐步深入生产核心控制环节，加速拓展关键场景典型应用，推动制造业数字化转型升级。

长城精工自动化行云科技事业部副部长袁占江介绍，下一步，长城汽车计划将5G-A叠加工业互联网平台，覆盖集团30家工厂，实现超过5000台设备的连接，开发超100个工业App，赋能整车及零部件的柔性制造。（河北日报记者周聪聪）