2021

02.02

数字化步伐再加速,工厂如何利用uwb高精度定位快速实现智能转型和升级?

随着生产设备的逐渐增多、生产过程日益复杂、人力成本快速上升以及系统管理的要求越来越高,智能工厂成为未来制造业发展的必然趋势。

     随着生产设备的逐渐增多、生产过程日益复杂、人力成本快速上升以及系统管理的要求越来越高,智能工厂成为未来制造业发展的必然趋势。

    《中国制造2025》战略的出台,表明中国开始逐渐重视智能工业的发展,试图把握住新一轮发展机遇,实现工业化转型。而在5G、工业互联网、数据中心、人工智能等新型数字基础设施加快发展的背景下,智能工厂的发展呈加速态势,众多优秀制造企业都开展了智能工厂建设实践,加快推动自身及产业转型升级。


图片来自网络

      麦肯锡全球研究院预测,到2025年智能工厂带来的经济影响价值将达每年1.2万亿美元至3.7万亿美元。在中国当前政策和投资趋势的助推下,未来15年,仅在制造业,智能工厂和工业物联网就可创造1960亿美元。

1.室内定位技术在智能工厂中的作用
      什么是智能工厂?简单来说,智能工厂是在数字化工厂的基础上,利用物联网技术和监控技术加强信息管理和服务,同时集智能手段和智能系统等新兴技术于一体,构建高效、节能、绿色、环保、舒适的人性化工厂。
     高精度的位置数据作为智能工厂业务流中时间、空间、状态三大数据指标之一,是智能工厂数据流的重要组成部分。空间位置数据的精确性、实时性以及覆盖完整性,是提供给智能工厂前端感知质量的重要评价维度。
      基于室内定位技术的高精度定位管理系统,从不同类型制造企业管理难点痛点出发,借助室内定位技术,可以实现:
      1.对工厂人、车、物、料等的精确定位
      2.无缝追踪
      3.智能调配与高度协同
      从而大幅提升工厂的精益生产与精细化管理水平。
      目前汽车装配、电子制造、家电制造等众多行业均在积极引进室内定位技术实现厂区内的高效精益管理,其市场应用前景和发展趋势可见一斑。

2.高精度定位的智能工厂方案

     UWB(Ultra-Wide Band)是一种无载波通信技术,通过发送和接收纳秒级的非正弦窄脉冲来传输数据,利用ToF(时间到达)或TDoA(到达时间差)算法来计算人员或物品的位置信息,定位精度高达10厘米。
     沃旭智能工厂的实时定位系统是基于超宽带(Ultra Wideband)技术,能够在室内外10-30厘米精度跟踪任何物体,而且在单一区域内同时追踪数百个物体。该系统的特点是精度高,在工业环境中足够稳定、紧固。 
     其中系统架构是由感知层、传输层和平台层构成,如下图所示:

                                                                                                      UWB智能工厂定位系统方案组网图

- 感知层定位标签与被定位的对象(人员、车辆、物料、器具等)绑定,以规定的时间间隔发送无线UWB信号。定位基站接收定位标签无线UWB信号,附加基站坐标及时间戳,并传输标签附带数据;
- 传输层定位基站通过有线FE、无线5.8G Wi-Fi、或者5G的方式将数据上传到定位服务器;
- 平台层定位引擎LS1000负责解算电子标签的实时位置坐标,应用平台WPAS实现实时位置显示,轨迹回放、电子围栏、工时统计、在岗在位管理、视频联动等业务功能。
    沃旭基于UWB定位技术的工厂人员定位系统,在工厂内部署有限数量的UWB定位基站,给员工、车辆、物料佩戴UWB标签,精确定位人、车、物的实时位置信息,精度可达10-30cm。位置信息零延时地显示在工厂控制中心,来进行安全区域、人员在岗、车辆实时轨迹等管控和监控。沃旭定位系统不仅节省了大量的人力劳动,而且极大的提高了工作效率,助力传统企业向智能工厂升级。
     同时,实时定位系统服务多样上位智能系统,来自定位系统的4W(Where、 When、Who、 What)定位数据与来自上位系统ERP/MES/WMS等的H(how做何事、如何操作)业务数据相集成,联动工作,最大化利用生产资源,提高现场管理效率和准确性。

3.最佳应用案例

    这里举一个真实的项目案例,能够让读者快速了解uwb技术在工厂的实际应用情况。
    某电子墨水屏工厂在智能化转型过程中,经常会遇到以下问题:
  • 工厂面积广,生产环境嘈杂,找人难;
  • 物料信息采用打印标贴方式,难识别,易损坏;
  • 手推车数量多,停放乱,调度难,车辆利用效率低。 
    针对上述问题,客户在其工厂内部署了UWB高精确定位系统,并集成了电子墨水屏的定位标签——支持双向数据传输。提供定位功能外,还实现了自动刷新屏幕显示。在实际项目中,沃旭UWB高精度定位系统服务于生产工厂现场的多个应用场景:
   ①人员智能管理
    员工佩戴墨水屏工卡式定位标签,这样既可实现人员的实时定位,快速找人,而且还可以通过自定义电子围栏,对围栏范围内的员工进行工时统计。MES系统可通过接口实时获取员工在岗工时,并与任务工单相关联,从而自动统计出该工单的人工成本和任务完成的时效性。
                                                                                                          业务场景-人员智能管理
   ②物料箱定位及信息可视化、无纸化
    物料箱作为车间中物料流转的载具,对其追踪、定位、可视化是实现无纸化生产的关键。项目中,采用多种不同尺寸的电池供电的物料箱电子标签,实现了物料箱的定位及信息可视化,有效减少生产线上的校队时间,避免了因纸质作业而导致的人为错误,提升了产品质量。
   ③车间可视化管理
    传统制造型工厂大多依赖于表格数据,可视化程度不高。此次项目,相关对象(员工、物料箱、AGV、机台)绑定了电子标签,由上位系统采集电子标签信号,并计算其位置,然后将信息反馈给智能制造化系统和制造单元。全程定位关联对象,利用定位系统数据实时推送显示、实现从配件到总装的全过程可视化管理提高了现场管理效率和准确性。
    另外,沃旭实时定位系统还可以通过API标准接口还可与企业的ERP、MES、WMS等数据同步更新物料相关信息,优化操作流程,实时调度生产资源,在产量、质量、成本上持续优化。另外,加上电子纸、电子墨水屏的特性,做到了无纸化作业,真正帮助企业实现了经济效益与环保效益的“双丰收”。
4.打造智能工厂,拥抱新科技
    对于传统制造行业而言,积极拥抱新科技、打造智能工厂是实现转型与升级的不可缺少的支撑。从过去几年的市场发展趋势看来,懂得善用科技进行华丽转型的企业、方有机会在瞬息万变的市场中胜出、茁壮,甚至是引领变革。面对这一波转型浪潮,我们建议我国工业制造企业应善用既有优势,以新科技提升软实力,加快数字化转型步伐和智能化改造,才能在全球竞争中占有优势。