基于5G和IMS技术的智能制造系统解决方案

冯馨于

摘要：5G技术和和IMS技术的工业互联网的发展推动了制造业向新一代智能制造迈进。在智能制造场景中，制造活动的智能源于信息技术对数以百万计的传感器感知生产环境信息、产品状态信息和设备运行信息数据进行抓取和使用的过程。庞大的数据流动和海量节点接入对通信技术产生了巨大的需求。对于“5G和IMS技术+工业互联网”的探索和实践，顺应了新一代信息技术与实体经济深度融合的要求。基于此，本篇文章对基于5G和IMS技术的智能制造系统解决方案进行研究，以供参考。

关键词：基于5G和IMS技术;智能制造系统;解决方案

引言

在经济飞速发展的现代社会，各方面的技术都在不断改进和创新，以求时刻跟紧时代步伐，走在社会发展前列。尤其是我国的智能制造行业，更是获得了飞速的进步，已经从初具雏形的简陋模式到如今完全建立起完整体系，制造系统行业的相关生产技术正在不断向着现代化方向发展。然而，虽然发展十分迅速，但是智能制造系统行业的生产效率和产品的平均质量还远远未能达到相关标准的要求，在这一方面，我国在国际竞争中还是处于弱势地位的，所以需要对该技术进行整体的研究和分析，积极研究智能化技术和智能化系统，从而实现技术的彻底改革，奋力赶上时代的步伐，甚至走在发展前列。

1 5G技术

（1）高速率：5G的数据传输速率已经达到4G的10倍，这大大提升了用户的体验感。5G技术的高速率就在AR/VR领域发挥着巨大优势。AR/VR应用常常会因为网络传输速率造成图像渲染延时，给用户带来眩晕感;未来的5G的无线接入将会实现稳定的高速率传输，让AR/VR用户摆脱“有线”的限制，实现真正的“无绳化”。5G的边缘计算也是实现5G高速率的重要技术，通过“管理”和“应用”的分离，实现用户侧服务器能快速将计算结果反馈给用户，实现数据运算的高速率。（2）“万物互联”：5G实现了海量设备链接支持服务。5G网络可以提供超千亿的网络链接支持能力，开启智能物联网时代，解决了4G时代接入设备激增带来的通信功能瘫痪问题，为智慧生活提供基础设施保障。（3）低时延：成年人的感官时延大约在80～100ms，但5G的理论时延只有1ms。5G的低时延特点主要应用在无人驾驶和远程医疗等对过程要求精度高的行业。5G的低时延会大大提高控制的精度，降低无人驾驶和远程医疗的事故率。（4）低功耗：5G会使用微基站填补宏基站覆盖盲区，微基站相较于传统基站的发射功率更低。5G要支持大量的物联网连接，就要降低网络功耗，保证设备的待机时间。5G的大规模天线阵列以及波束赋形技术（MassiveMIMO）可以通过基站侧安装的天线实现全双工（同时收发数据）功能，有效降低上下行发射功率，提高通信效率。

2智能制造系统的应用需求

目前，5G和IMS技术的工业互联网融合应用有多个场景：5G+超高清视频、5G+AR、5G+VR、5G+无人机、5G+云端机器人、5G+远程控制、5G+机器视觉等。经济价值逐渐显现，应用受限于与设备的结合程度，还需等待相关设备技术的成熟，应用由于涉及工业控制核心环节，需要与实际业务及应用场景深度融合，处于探索期。

3基于5G和IMS技术的智能制造系统解决方案

本文提出建设基于5G和IMS技术的智能制造系统，是一套基于5G传输技术的智能制造系统，以智能制造单元为载体，加入5G技术，用于设备间的数据传输，有效解决了数据传输和实际布线的问题;通过IMS技术，有效解决了销售、设计、生产、组装等生产链的有效衔接。智能制造系统主要由智能制造单元和IMS系统组成，其中IMS系统又分为;IMS-智能制造单元、IMS-个性化定制系统、IMS-ERP管理软件系统和IMS-MES制造执行系统四大部分组成。本系统设计主要是以加工制造模具为主线，通过将存储、运输、自动上下料、加工、清洁、检测、装配组合为一体的智能制造系统，该系统支持进行少批量个性化定制造。

订单下达后，系统根据需要设计最优的加工方案，选取合适的原材料进入立体化仓库，通过工业机器人将原材料放置AGV小车运输到各个加工环节，每个加工环节均通过工业机器人进行上料加工，加工完成后，对产品进行清洁检验，达到要求后返回至立体仓库，如果未达到产品要求进行必要的修复，直至达到要求，工业机器人从立体仓库进行下料，然后进行必要的装配。整个环节的每个单元既可以单独运行，又可以部分/整体联机运行。实现了数字化管理和网络化联接，具有现代化柔性加工的特点。“IMS系统”可通过智能控制器控制运动过程，以充分发挥自动化设备的运行潜力，提高加工效率，并且具有一定的自诊断能力，以提高设备运行的可靠性和安全性，具有和外部环境交互的能力以及开放式的体系结构以支持系统集成和扩展。针对系统的实际开发，采用C语言对生产控制系统进行编程、开发和使用，对所需要的数据进行数据库管理，在整个智能制造系统的销售、设计、生产、装配等环节进行应用和管控，实了生产制造过程智能化控制。

结束语

总而言之，在定制化柔性制造、多场景生产的大力发展下，智能制造过程中对产品进行的智能化分析和决策会产生海量的数据，这些数据有的需要实时传输，有的需要高速传输，目前的通用无线通信技术并不能满足智能制造对高传输速率、高覆盖率、低等待时间、高可靠性的数据传输需求。5G技术作为目前最热门、最受期待的新一代无线通信技术，在智能制造的应用方面潜力巨大。本文基于5G和IMS技术和智能制造的发展历程，介绍了“5G和IMS技术的智能制造系统的应用，以及对于不同制造场景下5G網络的设计，并基于5G和IMS技术的特点在智能制造应用中的挑战。

参考文献

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