盧佩琳

摘? ?要： 工業(yè)工程（IE）是以科學(xué)的方法，有效地組織、計劃、協(xié)同管控工業(yè)中的人、機(jī)、料、能源、環(huán)境、信息等資源，實(shí)現(xiàn)高質(zhì)、高效、精益、低成本且敏捷的生產(chǎn)過程。5G通信具有大連接、高速率、高帶寬、高可靠、低時延等特性。實(shí)驗(yàn)和應(yīng)用案例表明，IE工程師可以應(yīng)用5G通信，實(shí)現(xiàn)工藝、流程、場景、生產(chǎn)線、車間、工廠等智能網(wǎng)聯(lián)，實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)過程調(diào)整、模擬控制、動態(tài)監(jiān)控、預(yù)測預(yù)警等智能化功能。融合網(wǎng)聯(lián)和智能技術(shù)，可持續(xù)實(shí)施優(yōu)化策略，提高生產(chǎn)率和資源利用率，降低生產(chǎn)成本，提高產(chǎn)品質(zhì)量和生產(chǎn)安全度。將工業(yè)工程、5G通信和智能技術(shù)融合，有利于實(shí)現(xiàn)工業(yè)制造現(xiàn)代化進(jìn)程，有利于提升工業(yè)生產(chǎn)效益。

關(guān)鍵詞： 工業(yè)工程;5G;智能網(wǎng)聯(lián);動態(tài)監(jiān)控;模擬控制

引言

2020年，我國圍繞深化制造業(yè)與互聯(lián)網(wǎng)融合發(fā)展，聚焦兩化融合管理體系貫標(biāo)、跨行業(yè)和跨領(lǐng)域工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)平臺、特色專業(yè)型工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)平臺、智能制造合作等方向，在積極探索形成可復(fù)制、可推廣的新模式和新業(yè)態(tài)，增強(qiáng)制造業(yè)轉(zhuǎn)型升級新動能。通過工業(yè)工程、5G通信和智能技術(shù)的融合，能提升制造業(yè)現(xiàn)代化水平，賦能工業(yè)制造，提升工業(yè)企業(yè)生產(chǎn)效益。

工業(yè)工程（Industrial Engineering，IE）自從100年前誕生以來，是發(fā)達(dá)國家工業(yè)界最為重視的技術(shù)之一。從泰勒的科學(xué)管理，到豐田的精益生產(chǎn)，IE不斷推動全球制造業(yè)取得新進(jìn)步。IE以科學(xué)的方法，降低生產(chǎn)成本，提高生產(chǎn)率和效率，保證產(chǎn)品質(zhì)量，提高生產(chǎn)安全度和舒適度，實(shí)現(xiàn)綜合收益最大化。在IE長期發(fā)展過程中，不斷采用新工具、新技術(shù)和新方法，由最初的秒表等簡單工具，發(fā)展到現(xiàn)在使用運(yùn)籌學(xué)和MATLAB等復(fù)雜工具，推動工業(yè)制造從自動化、數(shù)字化邁向智能化的新征程。

因?yàn)?G標(biāo)準(zhǔn)建立到應(yīng)用時間不長，是基礎(chǔ)性的通信技術(shù)，因此要與工業(yè)工程理論、工具和方法有機(jī)結(jié)合。也有可能是因?yàn)楣I(yè)工程界對5G的功能以及給工業(yè)工程和制造業(yè)帶來的重大機(jī)遇認(rèn)識不足，從而對5G和工業(yè)工程的有機(jī)結(jié)合缺少研究。本文闡述了IE方法，分析了自動化向智能化演進(jìn)的實(shí)驗(yàn)和應(yīng)用案例，研究了5G通信特征對引領(lǐng)工業(yè)制造兩化融合的作用，針對增效案例、降本案例、提質(zhì)案例、保障安全案例等，對IE方法、智能化、多種網(wǎng)絡(luò)互聯(lián)等特征進(jìn)行了探究。本文對IE實(shí)踐中廣泛應(yīng)用5G通信、新技術(shù)、新方法的探究，以及對生產(chǎn)過程進(jìn)行的智能化提升有參考作用。

1? 工業(yè)工程的目標(biāo)和任務(wù)

美國工業(yè)工程學(xué)會（AIIE，現(xiàn)名為IISE）對IE的定義：“工業(yè)工程是對人、物料、設(shè)備、能源和信息等所組成的集成系統(tǒng)，進(jìn)行設(shè)計、改善和實(shí)施的一門學(xué)科，它綜合運(yùn)用數(shù)學(xué)、物理和社會科學(xué)的專門知識和技術(shù)，結(jié)合工程分析和設(shè)計的原理與方法，對該系統(tǒng)所取得的成果進(jìn)行確認(rèn)、預(yù)測和評價”[1]。

日本工業(yè)工程學(xué)會（JIIE）[2]對工業(yè)工程作出如下定義：“工業(yè)工程是對人、材料、設(shè)備所集成的系統(tǒng)進(jìn)行設(shè)計、改善和實(shí)施。為了對系統(tǒng)的成果進(jìn)行確定、預(yù)測和評價，在利用數(shù)學(xué)、自然科學(xué)、社會科學(xué)中的專門知識和技術(shù)的同時，還采用工程上的分析和設(shè)計的原理和方法”。之后，定義被JIIE修改為：“工業(yè)工程是這樣一種活動，它以科學(xué)的方法，有效地利用人、財、物、信息、時間等經(jīng)營資源，優(yōu)質(zhì)、廉價并及時地提供市場所需要的商品和服務(wù)，同時探求各種方法給從事這些工作的人們帶來滿足和幸?！?。

國內(nèi)工業(yè)工程教材《基礎(chǔ)工業(yè)工程》[3]對工業(yè)工程概括如下：

（1）任務(wù)：研究將人、機(jī)、物料、能源和信息等要素設(shè)計成一個集成系統(tǒng)，不斷改善，實(shí)現(xiàn)更有效運(yùn)作。

（2）目標(biāo)：提高生產(chǎn)率，降低成本，提升效率，提高質(zhì)量，提升安全度，獲取綜合效益。

（3）核心：降低成本、提高質(zhì)量和生產(chǎn)率。

（4）研究對象：由人、機(jī)、物料、能源、信息組成的各種生產(chǎn)、經(jīng)營管理及服務(wù)系統(tǒng)。

（5）核心思想：降低成本、消除浪費(fèi)。

有的學(xué)者認(rèn)為，工業(yè)工程既是一種技術(shù)，也是一種管理意識。主要理念包括：

（1）成本與效率：工業(yè)工程追求整體效益最佳，要求樹立成本與效率意識，追求節(jié)約、減少浪費(fèi)，尋找以更低成本、更高效率的方法去完成工作。

（2）問題和改革：要敢于改革和創(chuàng)新，持續(xù)不斷地發(fā)現(xiàn)問題，分析研究，尋找應(yīng)對之策，持續(xù)不斷改善，追求更好。

（3）簡化和標(biāo)準(zhǔn)化：追求質(zhì)量與效率的統(tǒng)一。倡導(dǎo)工作的簡化、專門化和標(biāo)準(zhǔn)化，從而實(shí)現(xiàn)提高效率和降低成本。

（4）全局和整體：追求系統(tǒng)整體的優(yōu)化，根據(jù)具體情況選擇適當(dāng)?shù)墓I(yè)工程手法，以獲取更好的整體效果。

（5）以人為中心的理念。

隨著新架構(gòu)、新技術(shù)的發(fā)展，人們對工業(yè)工程的理論、方法和實(shí)踐在不斷演進(jìn)和深化[4-9]。

2? 5G優(yōu)勢及其與工業(yè)工程結(jié)合的潛力

5G（第五代移動通信技術(shù)，5th Generation Mobile Networks）有七大優(yōu)勢，顯著提升了網(wǎng)絡(luò)通信性能，也為工業(yè)工程的架構(gòu)擴(kuò)充和實(shí)時通信成為可能。

IE工程師可以應(yīng)用5G，在工廠、車間中實(shí)施網(wǎng)絡(luò)互聯(lián)，在生產(chǎn)線設(shè)計、實(shí)施和持續(xù)優(yōu)化過程中推動工業(yè)制造的智能化，提高生產(chǎn)率和效率，更好地達(dá)到工業(yè)工程目標(biāo)。

（1）卓越的無線移動性。5G網(wǎng)絡(luò)能夠在時速500 km的情況下實(shí)現(xiàn)高質(zhì)量通信;相對有線通信，5G連接不需實(shí)體線纜，不會因線纜而影響設(shè)備轉(zhuǎn)動或位置移動;相對Wi-Fi等無線通信，5G可以更大范圍移動并保持自動認(rèn)證、穩(wěn)定連接和順暢切換。5G可以滿足廠區(qū)內(nèi)快速移動的車輛、AGV、機(jī)器人、傳送帶、產(chǎn)品以及高速轉(zhuǎn)動的設(shè)備的連接需要，可以實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)高速采集、傳輸和遠(yuǎn)程控制。IE工程師在規(guī)劃和優(yōu)化生產(chǎn)線過程中，可以采用5G提出創(chuàng)新解決方案，一方面在生產(chǎn)線設(shè)計時采用5G傳輸，使設(shè)備數(shù)據(jù)傳輸擺脫線纜的物理制約，節(jié)約線纜并減少線纜維護(hù)成本;一方面利用5G移動且寬帶性能，使機(jī)器人等活動物體的活動區(qū)域不受限，在不同地點(diǎn)、不同工序、不同作業(yè)場景中平滑切換，提高生產(chǎn)的柔性。

（2）高可靠低時延（uRLLC）。一個0.1 s的時延，就可能導(dǎo)致錯誤判斷、設(shè)備損傷或?qū)е掳踩鹿?。uRLLC場景下端到端的時延可以低至10 ms甚至2 ms，大約僅為4G的20%。5G還具有邊緣計算友好性，可很好滿足工業(yè)控制、無人駕駛等場景下的快速反應(yīng)需求，保證終端迅速、精準(zhǔn)地執(zhí)行命令。5G還支持終端與網(wǎng)絡(luò)建立雙通道，互為備份，實(shí)現(xiàn)連接的超高可靠性?；?G的低時延和高可靠性能，IE工程師可以積極探索利用5G技術(shù)，在工廠中配置更多高速AGV和機(jī)器人等設(shè)備，提高運(yùn)轉(zhuǎn)效率，進(jìn)一步提高工廠整體生產(chǎn)率。

（3）大帶寬高速率（eMBB）。4G網(wǎng)絡(luò)的上網(wǎng)體驗(yàn)速度平均為6～8 Mbps，無法滿足4K和8K高清視頻直播需求。而5G網(wǎng)絡(luò)的上網(wǎng)體驗(yàn)速度可以達(dá)到30～50 Mbps，是4G網(wǎng)絡(luò)速度的5倍，可以支持4K和8K高清視頻直播，也可以支持相當(dāng)數(shù)量的移動網(wǎng)絡(luò)游戲，極大提升用戶上網(wǎng)體驗(yàn)。專網(wǎng)下的5G速度還可以更高，峰值速度甚至可達(dá)20 Gbps。5G的這些特性，使其成為視頻動態(tài)監(jiān)控、模擬控制、基于云的機(jī)器視覺等場景應(yīng)用的技術(shù)基礎(chǔ)。IE工程師可以利用5G網(wǎng)絡(luò)的大帶寬高速率能力，創(chuàng)新人機(jī)互動關(guān)系，建立設(shè)備和云端的實(shí)時大流量數(shù)據(jù)交互，實(shí)現(xiàn)基于云端機(jī)器視覺的設(shè)備遠(yuǎn)程監(jiān)視和操控，實(shí)現(xiàn)一人對多臺設(shè)備，同時充分發(fā)揮云端的計算能力和學(xué)習(xí)能力，提升生產(chǎn)智能化，提高生產(chǎn)效率、產(chǎn)品質(zhì)量和生產(chǎn)安全性。

（4）大規(guī)模連接（mMTC）。5G在每平方千米可以支持100萬個連接，單位面積內(nèi)通信連接數(shù)遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于4G。此外，5G還能夠支持多類別的物聯(lián)網(wǎng)終端，如固定間隔周期監(jiān)聽被叫的終端、只有主叫沒有被叫的物聯(lián)網(wǎng)終端、功能極簡終端等?；?G的大連接特性，IE工程師可以在工廠內(nèi)海量設(shè)備和微小設(shè)備單元上裝載實(shí)時通信傳感器，為海量設(shè)備數(shù)據(jù)采集和控制提供大規(guī)模連接能力，奠定智能制造基礎(chǔ)。IE工程師可以利用5G的大連接能力，重新設(shè)計和優(yōu)化人機(jī)關(guān)系、工業(yè)控制、點(diǎn)檢活動等，提高整條生產(chǎn)線和整個工廠的運(yùn)轉(zhuǎn)效率。

（5）高流量密度。不同于大連接指標(biāo)衡量單位面積內(nèi)連接數(shù)量，流量密度是指單位面積內(nèi)的總流量數(shù)，衡量的是移動網(wǎng)絡(luò)在單位空間范圍內(nèi)所能承載的數(shù)據(jù)流量的大小。5G網(wǎng)絡(luò)流量密度高達(dá)每平方千米100 Tbps，是目前可用的數(shù)據(jù)流量密度最高的無線網(wǎng)絡(luò)。IE工程師可以在工廠內(nèi)大量應(yīng)用工業(yè)相機(jī)和屏幕等終端，利用5G高流量密度特性，實(shí)現(xiàn)相機(jī)、屏幕等與云端實(shí)時高清視頻傳輸，建立遠(yuǎn)程視頻監(jiān)控和基于云的機(jī)器視覺識別缺陷等智能制造能力。

（6）能源效率。能源效率是指一定運(yùn)行時間內(nèi)或傳送一定數(shù)量的數(shù)據(jù)量所需消耗的能量數(shù)量。5G發(fā)展了多項(xiàng)降低功率消耗的新技術(shù)，比如流量均衡技術(shù)、低功率基站等。由于大量物聯(lián)網(wǎng)終端采用電池供電，為降低終端功耗以延長更換電池時間，5G還設(shè)計簡化了連接模型以降低終端功耗?；?G的高能源效率，海量使用傳感器也就具備了經(jīng)濟(jì)性，進(jìn)而使海量數(shù)據(jù)無線高速采集成為可能，使自動控制、遠(yuǎn)程控制更加普遍，也使人工智能技術(shù)有了用武之地，為IE工程師重構(gòu)和優(yōu)化系統(tǒng)提供了技術(shù)條件。

（7）網(wǎng)絡(luò)安全性。5G網(wǎng)絡(luò)具有多重安全保障。一是5G網(wǎng)絡(luò)采用完善的服務(wù)注冊和授權(quán)安全機(jī)制;二是5G網(wǎng)絡(luò)使用加密方式傳送用戶身份標(biāo)識;三是5G網(wǎng)絡(luò)提供了網(wǎng)絡(luò)運(yùn)營商網(wǎng)間信令的端到端保護(hù);四是5G網(wǎng)絡(luò)有統(tǒng)一認(rèn)證框架，融合了多種接入認(rèn)證方式;五是5G網(wǎng)絡(luò)可采用網(wǎng)絡(luò)切片為重要客戶提供專享物理信道;六是5G內(nèi)生支持邊緣計算，可以在用戶可控的較近位置提供計算和存儲，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)不出特定場所，保障數(shù)據(jù)安全。因此，5G網(wǎng)絡(luò)安全能力遠(yuǎn)超4G，更遠(yuǎn)超Wi-Fi等無線網(wǎng)絡(luò)。IE工程師可以放心地利用5G技術(shù)對工廠的布局進(jìn)行重新規(guī)劃，對人、機(jī)、料、環(huán)境、信息和能源的關(guān)系進(jìn)行重新定位和組合，而不用擔(dān)心信息泄露或被黑客破壞。

3? 案例分析：實(shí)現(xiàn)工業(yè)工程智能制造目標(biāo)

本文案例均來自于真實(shí)實(shí)驗(yàn)和應(yīng)用場景，出于信息安全考慮，企業(yè)名稱均使用化名。

3.1? 增效案例：5G技術(shù)重構(gòu)航空發(fā)動機(jī)試車和制造工作模式

航空發(fā)動機(jī)被稱為工業(yè)界“皇冠上的明珠”。航空發(fā)動機(jī)試車是研發(fā)和生產(chǎn)的關(guān)鍵環(huán)節(jié)，傳統(tǒng)的做法是將傳感器放置于發(fā)動機(jī)上，試車期間由人員現(xiàn)場檢測，由于傳感器數(shù)據(jù)需要發(fā)動機(jī)停機(jī)后才能傳出，極大影響了研發(fā)生產(chǎn)效率。上海飛天航空發(fā)動機(jī)公司在發(fā)動機(jī)試車過程中存在三大痛點(diǎn)：一是試車期間的潛在危險源需要實(shí)時動態(tài)監(jiān)控識別，但采集的海量數(shù)據(jù)傳輸速率不足;二是協(xié)同檢測異常識別無法進(jìn)行智能化支撐;三是生產(chǎn)現(xiàn)場問題異地專家無法有效指導(dǎo)。為解決這些痛點(diǎn)，IE工程師利用5G重構(gòu)了試車工作模式：建設(shè)5G專網(wǎng)，搭建基于5G的機(jī)械臂+工業(yè)相機(jī)協(xié)作平臺，遠(yuǎn)程操控機(jī)械臂和相機(jī)實(shí)時錄像，通過5G網(wǎng)絡(luò)傳到后臺數(shù)據(jù)中心，對實(shí)驗(yàn)關(guān)注的數(shù)據(jù)信息實(shí)時監(jiān)測，并對異常數(shù)據(jù)及時告警;在依托5G實(shí)現(xiàn)智能網(wǎng)聯(lián)的基礎(chǔ)上，利用機(jī)器視覺等技術(shù)，實(shí)現(xiàn)對發(fā)動機(jī)試車過程的漏油、表面缺陷、振動的智能識別，解決試車過程的全方位視頻動態(tài)監(jiān)控與智能輔助識別問題;利用5G網(wǎng)絡(luò)實(shí)現(xiàn)關(guān)鍵零部件裝配的AR遠(yuǎn)程專家指導(dǎo)。經(jīng)過反復(fù)實(shí)驗(yàn)，方案獲得了成功。重構(gòu)后的試車工作模式下，生產(chǎn)率和效率大幅度提高。

生產(chǎn)航空發(fā)動機(jī)葉片需要穩(wěn)定精密的銑削。銑削過程中強(qiáng)大的沖擊力帶來葉片振動，容易造成銑削軌道偏離規(guī)定路線并致使產(chǎn)品缺陷，缺陷產(chǎn)品再次返工影響生產(chǎn)效率。為解決這個難題，IE工程師設(shè)計在銑床部件及工具上安裝5G傳感器，實(shí)時采集銑削狀態(tài)的數(shù)據(jù)并傳到后臺。后臺通過AI判斷比對銑削是否處于穩(wěn)定狀態(tài)，通過數(shù)字孿生技術(shù)實(shí)時計算彌補(bǔ)偏離的路線，實(shí)現(xiàn)銑削過程的實(shí)時動態(tài)監(jiān)控和仿真模擬控制，避免產(chǎn)品因發(fā)生共振而出現(xiàn)缺陷。在實(shí)驗(yàn)和實(shí)際運(yùn)行狀態(tài)下，采用該方案后返廠率從25%降低至15%，有效提升了生產(chǎn)效率。

3.2? 降本案例：利用5G實(shí)時高速檢測帶鋼缺陷

傳統(tǒng)生產(chǎn)線對帶鋼缺陷的檢測方法存在很大不足：一是靠人眼識別帶鋼表面缺陷，人員存在視力疲勞、走神等情況，識別效率不高，準(zhǔn)確率較低，人員成本高且有人身安全風(fēng)險。二是帶鋼在生產(chǎn)線上移動速度很快，人眼識別缺陷存在困難，如果放慢生產(chǎn)線運(yùn)行速度，又會造成生產(chǎn)效率下降。三是如果不做或少做過程檢測，則不能及時剔出劣質(zhì)產(chǎn)品，增加了劣質(zhì)產(chǎn)品在后續(xù)工序的加工成本。四是如果中間停車抽檢，將拉慢生產(chǎn)線運(yùn)轉(zhuǎn)速度，且仍存在事后才能全檢的成本浪費(fèi)問題。

遼寧東安鋼鐵公司是著名鋼鐵企業(yè)，面對以上難題，IE工程師利用5G技術(shù)實(shí)現(xiàn)智能網(wǎng)聯(lián)，建設(shè)高速帶鋼缺陷實(shí)時精準(zhǔn)檢測系統(tǒng)，重構(gòu)帶鋼生產(chǎn)線模式。系統(tǒng)擬在冷軋廠酸軋機(jī)組上下兩側(cè)各安裝工業(yè)相機(jī)3臺，利用工業(yè)相機(jī)對運(yùn)行速度達(dá)10 m/s的帶鋼進(jìn)行高清圖像拍攝，每秒拍攝圖片120張。系統(tǒng)把完整圖片合成為高清圖像，并通過5G網(wǎng)絡(luò)上傳到云平臺，在云平臺上采用圖像處理軟件和缺陷檢出及識別分類算法，利用大數(shù)據(jù)分析、機(jī)器學(xué)習(xí)和共享缺陷識別庫等技術(shù)，實(shí)現(xiàn)動態(tài)監(jiān)控、快速缺陷識別和類別判定，并指令生產(chǎn)線對缺陷帶鋼特別處理。該系統(tǒng)還擬利用5G的低時延特性，解決圖像同步自適應(yīng)、光照強(qiáng)度自適應(yīng)、帶鋼跟蹤自適應(yīng)等多項(xiàng)技術(shù)難題。

經(jīng)過反復(fù)實(shí)驗(yàn)和改進(jìn)，該系統(tǒng)實(shí)驗(yàn)成功并投入使用，實(shí)現(xiàn)了常規(guī)缺陷檢出率在95%以上，常規(guī)缺陷識別率最高可達(dá)95%，設(shè)備穩(wěn)定運(yùn)行率超過99%，降低了生產(chǎn)成本和缺陷產(chǎn)品處理成本，每條生產(chǎn)線每年提高經(jīng)濟(jì)效益400萬元，每年減少事故處理成本300萬元。

3.3? 提質(zhì)案例：利用5G打造化纖智慧工廠

飄絲和飄雜問題是長期困繞全球化纖行業(yè)的難題，給化纖制造業(yè)帶來巨大損失?；w設(shè)備會以很高的速度下絲，細(xì)絲的直徑往往只有幾微米，下絲過程中如果細(xì)絲飄離了軌道就是飄絲，如果飄到了相近軌道就是飄雜，飄絲和飄雜嚴(yán)重影響產(chǎn)品的質(zhì)量。傳統(tǒng)方法是通過強(qiáng)光照射后用人眼識別飄絲和飄雜。由于絲細(xì)且飄移速度很快，憑肉眼很難清晰識別并做出相應(yīng)處理，因此人工巡檢漏檢率較高，優(yōu)品率很難突破98%的天花板。

浙江新明集團(tuán)是知名化纖企業(yè)。為解決飄絲和飄雜難題，IE工程師提出了重構(gòu)生產(chǎn)線巡檢模式的方案：構(gòu)建5G專網(wǎng)，打造5G飄絲飄雜巡檢機(jī)器人，機(jī)器人搭載8K攝像機(jī)，在紡絲車間執(zhí)行流動巡檢任務(wù)，替代人工定期巡檢。機(jī)器人采集前端紡絲工藝工位的高清圖像信息，通過5G網(wǎng)絡(luò)回傳至人工智能服務(wù)器，進(jìn)行飄絲飄雜自動檢測和識別，并及時通知工作人員進(jìn)行處理，實(shí)現(xiàn)智能網(wǎng)聯(lián)、動態(tài)監(jiān)測和自動控制。

該方案經(jīng)反復(fù)實(shí)驗(yàn)后取得成功，現(xiàn)已投入實(shí)際生產(chǎn)。采用該方案后，有效提高了產(chǎn)品質(zhì)量和生產(chǎn)效率，生產(chǎn)線突破了98%優(yōu)品率瓶頸，提升了0.25%的優(yōu)品率。該公司年產(chǎn)11 000噸，按優(yōu)品和良品的差價約2000元/噸，該項(xiàng)改進(jìn)每年帶來至少2000萬元的收益。該方案具有全行業(yè)推廣的重大社會效益。

3.4? 保障安全案例：利用5G實(shí)現(xiàn)天車和卡車遠(yuǎn)程操控

鋼鐵廠鋼卷倉庫作業(yè)環(huán)境存在一定危險性，傳統(tǒng)作業(yè)方法需要人員駕駛車輛和現(xiàn)場操控天車，由于作業(yè)環(huán)境較差，容易發(fā)生人身傷害、車輛安全等事故。如果采用降低作業(yè)速度、加強(qiáng)人工檢查等傳統(tǒng)方法提高安全度，將降低生產(chǎn)效率，提高安全成本，安全效果也較為一般。

河北唐樂鋼鐵廠是大型鋼鐵企業(yè)。為提高鋼卷倉庫作業(yè)安全度，公司提出了對鋼卷吊運(yùn)作業(yè)方式進(jìn)行改進(jìn)的方案：擬構(gòu)建基于5G技術(shù)的動態(tài)作業(yè)監(jiān)控系統(tǒng)，在天車兩側(cè)各裝一個高清視頻攝像頭，橫向觀察監(jiān)控天車抓放鋼卷的情況和天車周圍作業(yè)環(huán)境視頻;天車原駕駛員艙兩側(cè)各裝一個高清視頻攝像頭，大視野監(jiān)控天車正常作業(yè)，獲取鋼卷的分布情況，監(jiān)控周圍的行人和車輛。在無人駕駛卡車上安裝高清攝像頭，攝像頭將視頻圖像通過5G網(wǎng)絡(luò)回傳到操控平臺，駕駛?cè)嗽谶h(yuǎn)程操控平臺根據(jù)回傳視頻對車輛進(jìn)行遠(yuǎn)程操控。視頻、操控等信息通過5G網(wǎng)絡(luò)上傳云端控制中心，云端再通過5G網(wǎng)絡(luò)下發(fā)命令操控天車作業(yè)，實(shí)現(xiàn)天車、汽車、操作者和云端的智能網(wǎng)聯(lián)，天車操作員和汽車駕駛員在辦公室遠(yuǎn)程操控，提高工作安全度和舒適度。該方案在實(shí)驗(yàn)成功后已在部分車間部署，大幅降低了駕駛員、操作員、行人和車輛的安全風(fēng)險。

3.5? 提高生產(chǎn)柔性的案例：利用5G+機(jī)器視覺檢測缺陷

燃?xì)廨啓C(jī)葉片高度個性化，外形結(jié)構(gòu)復(fù)雜，精度要求高，質(zhì)檢需要人工與設(shè)備結(jié)合進(jìn)行，完成一個葉片檢測至少需要2天。由于檢測時間長，傳統(tǒng)質(zhì)檢為控制成本只能采用抽檢方式，抽檢覆蓋范圍小，質(zhì)檢效率低下，按傳統(tǒng)思路很難有合理的方法解決以上問題。

浙江航新汽輪機(jī)公司是領(lǐng)先的燃汽輪機(jī)制造企業(yè)。公司運(yùn)用IE思想，對汽輪機(jī)葉片生產(chǎn)過程提出了優(yōu)化方案，擬利用5G網(wǎng)絡(luò)大帶寬的技術(shù)特征，通過葉片3D數(shù)據(jù)的實(shí)時三維掃描，利用5G網(wǎng)絡(luò)將數(shù)據(jù)快速傳送到系統(tǒng)并建模，精準(zhǔn)快速生成三維模型，利用數(shù)字孿生技術(shù)進(jìn)行模擬控制，實(shí)現(xiàn)產(chǎn)品全量檢測，并建立質(zhì)量數(shù)據(jù)庫，通過模型和算法，進(jìn)行質(zhì)量追溯和大數(shù)據(jù)分析。方案經(jīng)多次實(shí)驗(yàn)和改進(jìn)，將葉片缺陷檢測時間從2～3 d降到了3～5 min。該方案投入使用后，有效解決了汽缸、葉片等汽輪機(jī)組件人工質(zhì)檢效率低下，缺陷結(jié)果不便于記錄，缺陷檢測的時間長，質(zhì)檢效率低、抽檢不全面、質(zhì)量無法追溯等問題。

該案例還實(shí)現(xiàn)了工序間檢驗(yàn)，使檢驗(yàn)工序前移。案例將工業(yè)相機(jī)安置于每道工序，從毛胚開始即用工業(yè)相機(jī)掃描至云端判斷是否合格，如不合格及時剔出，避免后續(xù)加工浪費(fèi)，該項(xiàng)改進(jìn)節(jié)省成本10%以上。同時，葉片抽檢實(shí)現(xiàn)全檢、部分測量實(shí)現(xiàn)整體測量，提高了葉片質(zhì)量可靠性，避免了產(chǎn)品售后返修，提高了客戶滿意度。

該案例應(yīng)用提高了生產(chǎn)的柔性。一是提高了生產(chǎn)線的柔性。案例在生產(chǎn)線上使用移動式工業(yè)相機(jī)（內(nèi)置5G模組），工業(yè)相機(jī)和主機(jī)分離，相機(jī)通過5G網(wǎng)絡(luò)和主機(jī)相連，可在在廠區(qū)內(nèi)任意地點(diǎn)安放并可隨需變動位置，生產(chǎn)線、主機(jī)和工業(yè)相機(jī)可隨需組合，且一臺主機(jī)可對應(yīng)多臺相機(jī)，主機(jī)設(shè)備投資可減少1/3。二是提高了產(chǎn)業(yè)鏈質(zhì)檢柔性。上游中小零部件企業(yè)無需大額投資，只需安裝航新汽輪機(jī)公司同樣的工業(yè)相機(jī)，掃描三維數(shù)據(jù)并通過5G網(wǎng)絡(luò)傳送到航新汽輪機(jī)云端，即可實(shí)現(xiàn)質(zhì)量檢測，提高零部件質(zhì)量，減少零部件生產(chǎn)返工，并保障各工序有效快速開展，產(chǎn)業(yè)鏈整體效率提升20%。

3.6? 提高系統(tǒng)綜合收益的案例：全工廠全方位利用5G提升公司綜合效益

浙江愛迪公司是領(lǐng)先的汽車鋁合金精密壓鑄件生產(chǎn)商。公司運(yùn)用IE思想，采用5G、云計算和人工智能等新一代信息技術(shù)，規(guī)劃和建設(shè)智慧工廠，構(gòu)建智能制造時代的競爭優(yōu)勢。

愛迪公司集成了十余個基于5G的應(yīng)用和平臺，打造了完整的5G+智慧工廠應(yīng)用案例。一是通過5G網(wǎng)絡(luò)實(shí)現(xiàn)了機(jī)加工全聯(lián)管理系統(tǒng)、機(jī)加工調(diào)試系統(tǒng)、原料追溯系統(tǒng)、壓鑄全聯(lián)管理系統(tǒng)等系統(tǒng)的互聯(lián)互通和協(xié)同。二是通過三維掃描槍，快速生成產(chǎn)品的三維模型，三維數(shù)據(jù)通過5G網(wǎng)絡(luò)發(fā)送到云端，云端利用人工智能對圖像進(jìn)行分析，快速完成質(zhì)量驗(yàn)證。三是5G助力數(shù)字孿生技術(shù)在動態(tài)監(jiān)控和管理中的應(yīng)用，管理者可從后臺實(shí)時了解生產(chǎn)數(shù)據(jù)，實(shí)現(xiàn)模擬控制。四是通過5G網(wǎng)絡(luò)精準(zhǔn)快速定位問題來源，包括供應(yīng)商在內(nèi)的各節(jié)點(diǎn)原材料、鑄件、零部件、整車等記錄上鏈，全程可追溯。五是工廠中未部署實(shí)體網(wǎng)線，所有的設(shè)備均通過5G無線網(wǎng)絡(luò)連接，節(jié)約了網(wǎng)絡(luò)線纜投入，使產(chǎn)線搬遷、重組、作業(yè)等更加靈活便捷。

該方案實(shí)驗(yàn)成功并投入使用后，提高了公司市場響應(yīng)能力，人均產(chǎn)值提高17%，設(shè)備生產(chǎn)效率提升19%，產(chǎn)品合格率提高3%，客戶投訴下降23%，實(shí)現(xiàn)了降本、提質(zhì)、增效的目標(biāo)，顯著提高了公司綜合效益和競爭力。

4? 5G和智能制造背景下工業(yè)工程展望

工業(yè)制造作為國家經(jīng)濟(jì)的中堅力量，對經(jīng)濟(jì)的持續(xù)繁榮和社會穩(wěn)定具有重大意義。全球制造業(yè)走向智能化的方向明確，發(fā)展潮流勢不可擋。

4.1? 工業(yè)化、信息化向智能化方向發(fā)展

信息化和工業(yè)化深度融合的今天，邁向智能化已經(jīng)成為必然趨勢。信息系統(tǒng)和數(shù)據(jù)平臺不斷應(yīng)用智能技術(shù)，如自主計算、自主神經(jīng)系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)以自我調(diào)節(jié)、自主計算、自主預(yù)警等動能;嵌入人工智能思想、運(yùn)算和仿真系統(tǒng)等過程，讓用戶察覺不到系統(tǒng)的復(fù)雜性，只需發(fā)布號令、監(jiān)控視頻、傾聽語音指示，就可以得到系統(tǒng)的執(zhí)行動作、操作步驟、獲取系統(tǒng)的自主處置動作。

4.2? 數(shù)據(jù)挖掘、云計算給智能化賦能趨勢

以機(jī)器學(xué)習(xí)、數(shù)據(jù)挖掘?yàn)榛A(chǔ)的智能化信息系統(tǒng)建設(shè)，系統(tǒng)將實(shí)現(xiàn)自配置、自恢復(fù)、自優(yōu)化、自保護(hù)等功能。如自保護(hù)可以利用系統(tǒng)集成的安全芯片、安全監(jiān)控軟件等給IT系統(tǒng)中關(guān)鍵舉措提供保護(hù)措施;自優(yōu)化就是應(yīng)用優(yōu)化軟件、中間件等構(gòu)建系統(tǒng)安全運(yùn)行、高可用性、完整性的指標(biāo)。

BBN技術(shù)公司已獲數(shù)百萬美元的投資，開展綜合學(xué)習(xí)項(xiàng)目（Integrated Learning Program）第一階段工作。未來4年里，BBN將開發(fā)一種稱為“綜合學(xué)習(xí)器（Integrated Learner）”的人工智能（AI）能力。該項(xiàng)目的目標(biāo)是將專業(yè)領(lǐng)域知識和常識綜合創(chuàng)造出一個推理系統(tǒng)，該系統(tǒng)能像人一樣學(xué)習(xí)并可用于多種復(fù)雜任務(wù)。

4.3? 語義網(wǎng)格和知識網(wǎng)格持續(xù)研發(fā)

語義網(wǎng)格和知識網(wǎng)格（Semantic grid and knowledge grid）是在異構(gòu)的、動態(tài)的虛擬組織環(huán)境下，提供有效的知識服務(wù)和共享， 協(xié)作解決用戶需要解決的問題，滿足用戶的需求。 主要研究模型包括：知識模型、通信模型、知識獲取、知識組織、語義Web服務(wù)等;將上述模型鏈接在一起的是：1）統(tǒng)一邏輯——即實(shí)現(xiàn)本體描述、服務(wù)匹配;2）服務(wù)管理——面向用戶服務(wù)的模式和協(xié)議。

4.4? 5G等多網(wǎng)互聯(lián)提升工業(yè)工程效益

5G技術(shù)有望廣泛應(yīng)用于工業(yè)制造的各個場景，從各方面提升工業(yè)制造效率，逐步重構(gòu)生產(chǎn)線、車間、工廠、產(chǎn)業(yè)鏈的新模式。5G符合工業(yè)工程在任務(wù)和目標(biāo)等各方面的要求，IE工程師完全可以以5G為工具，基于工業(yè)工程經(jīng)典的理論方法，開展全面研究，重構(gòu)和優(yōu)化工業(yè)場景、流程和管理，以更好地幫助工業(yè)企業(yè)完成制造任務(wù)、達(dá)成降本增效、提高質(zhì)量等目標(biāo)，使工業(yè)效率快速跨上新一代信息技術(shù)新臺階。

5? 結(jié)束語

5G通信技術(shù)、新一代信息技術(shù)與工業(yè)制造深度融合，將成為傳統(tǒng)制造向智能制造邁進(jìn)的主要推動力。

IE工程師充分利用5G、邊緣計算和人工智能等技術(shù)，可實(shí)現(xiàn)工業(yè)制造的智能化，動態(tài)監(jiān)控、智能數(shù)據(jù)分析、故障預(yù)警和模擬控制等正不斷優(yōu)化工業(yè)制造場景、流程和工業(yè)管理，大幅提高工業(yè)制造的生產(chǎn)率、效率和質(zhì)量，降低成本，改善工人的工作環(huán)境并提高安全度。5G的采用，將使得以提質(zhì)降本增效為根本使命的工業(yè)工程又進(jìn)入更高層次的藍(lán)海。

工業(yè)工程既是一種方法，也是一種思想。工業(yè)工程的內(nèi)容不是固化的，而是不斷發(fā)展的，只有擁抱新技術(shù)，融合新方法，不斷創(chuàng)新發(fā)展才能保持活力。工業(yè)工程界應(yīng)將5G等新一代信息技術(shù)納入工業(yè)工程的“工具箱”，以5G等新一代信息技術(shù)為基礎(chǔ)，積極開展研究，蓄力實(shí)現(xiàn)工業(yè)工程理論和方法的再一次飛躍。

參考文獻(xiàn)

[1] https：//www.iise.org/details.aspx？id=295. [EB/OL].

[2] https：//www.j-ie.com/about/about_ie/. [EB/OL].

[3] 易樹平， 郭伏. 基礎(chǔ)工業(yè)工程[M]. 北京： 機(jī)械工業(yè)出版社， 2019.

[4] 沙爾文迪. 工業(yè)工程手冊： 第3版[M]. 北京： 清華大學(xué)出版社， 2005.

[5] 齊二石， 陳君彥， 劉亮. IE+IT： 工業(yè)工程與信息化集成的企業(yè)增效管理創(chuàng)新模式[J]. 工程機(jī)械， 2009（11）： 78-82.

[6] 王會召. 航空產(chǎn)品精益生產(chǎn)模式下的質(zhì)量控制[J]. 工業(yè)技術(shù)創(chuàng)新， 2016， 3（3）： 376-379.

[7] 劉剛. 機(jī)械制造智能化發(fā)展趨勢探析[J]. 工業(yè)技術(shù)創(chuàng)新， 2017， 4（1）： 171-173.

[8] 朱中平. 汽輪機(jī)產(chǎn)品BOM及其工藝路線的設(shè)計與優(yōu)化[J]. 工業(yè)技術(shù)創(chuàng)新， 2017， 4（6）： 69-75.

[9] 王微漪， 李靜， 周峰. 未來工廠（FoF）： 歐盟制造的希望[J]. 工業(yè)技術(shù)創(chuàng)新， 2018， 5（5）： 90-93.