軍工行業應用無線網絡技術必要性分析
作者：楊雨沱 中科院沈陽自動化研究所；張心岸 沈陽師范大學；張少偉 遼寧工控科技有限公司
摘要：本文通過大量的調研與分析，列舉軍工行業的無線技術典型應用場景，從解決的實際問題、應用的便利性、高可維護性等幾方面闡述了無線技術在軍工生產中應用的必要性。
1. 引言
在ICT（Information and Communications Technology，信息與通信技術）技術的推動下，智能制造已經成為新一輪工業革命的核心驅動和戰略焦點。其中，網絡技術是工廠智能化的重要支撐技術，是實現設備間與系統間互聯互通的前提，接入技術則是網絡技術的基礎部分。由于接入技術無線化的低成本、易維護、靈活、實施方便等優點，是當前接入技術發展的主要趨勢。首先，無線網絡可支持智能工廠的泛在感知，支持工廠全流程、全生命周期管控；其次，無線網絡以其靈活方便等特性成為實現工廠柔性重組的必然選擇，對推進制造業由傳統大批量生產模式向工業 4.0 時代的個性化生產模式轉變，具有重要意義；此外，無線網絡解決了工廠有線網絡所面臨布線與維護成本高、移動性與靈活性差等難題，在提升生產效率、提高產品質量、降低生產成本等方面將發揮重要作用。
軍工等國防重點行業對無線網絡的需求同樣迫切。近年來，復雜的國際形勢使得國防等重點行業生產制造的壓力極大。通過對兵器工業集團、航天科技、科工等數十家單位的調研發現，這些行業都迫切需要進行智能化升級。例如，目前大多數的生產系統以多人吊裝、多人搬運為主，生產效率極低，迫切需要AGV（Automatic Guided Vehicle，自動導引車）等自動化、智能化裝置，從而替代90%以上人工配送、轉運、吊裝等生產物流過程大幅提高生產效率。據測算，未來五年這些單位對AGV的需求量總和在13000套以上。另外，通過對某軍工企業的調研發現，目前生產車間中的工人頻繁往返于工位和終端計算機之間，平均往返1次需要花費7~8分鐘，嚴重影響生產效率。該企業對于平板電腦的需求量在1000臺以上。諸如此類，這些移動設備的需求使得無線技術成為了這些行業智能化升級的卡脖子技術。
2. 無線應用場景
2.1 AGV應用
圖1 AGV應用場景
軍工行業普遍存在需要大型部件制造運輸、倉儲物流、生產制造處于危險環境等情況，隨著軍工車間的數字化改造推進，AGV已經成為柔性制造產線的剛需，其使用具有以下優勢：
（1）AGV能讓貨物在立庫和產線上的擺放更加有序、整潔、規范。AGV小車編入柔性產線流程中后，可以大大提高產線的利用率，比機床分散單機作業時的產量提高數倍。
（2）AGV可重復性高，只要給定參數，就能夠按照接收到的指令去工作，通過AGV綜合調度系統可以把相關物流過程記錄下來，對數據進行分析，讓生產計劃更加明確，為下一步生產計劃的安全提供數據參考。
（3）AGV綜合調度系統可以對AGV進行遠程控制，大幅度提高生產能力。針對不同工件的生產，只需改變相應的調度程序名錄，就能迅速修改流水線線路布局，滿足多機型多變的柔性制造需求。當自動加工系統中設備發生故障后，AGV綜合調度系統有降級運轉的能力，可以通過系統控制，繞過故障設備，繼續生產。
（4）極大的提高了生產安全性，AGV通過綜合調度系統設定的導引路徑非常明確，在行駛路徑上，如遇到障礙物時，AGV會自動避障停車，可替代人工在狹窄、惡劣、不適應工人工作的環境中有效完成作業工作。
（5）節約企業成本，在實際生產中，根據AGV的運載能力，一臺AGV小車可替代至少3~5名搬運工人，大型重載AGV可替代多名工人和叉車等設備。節約了大量的人工成本,一至兩年便可回收成本，同時減少了由于枯燥、機械性的搬運工作而造成的人員流失率。
2.2 小型移動測量工具應用
在航空、航天、發動機以及兵器兵裝等行業內存在大量小型零部件加工應用，其中就需要工人使用電子扭力扳手、電子游標卡尺、電子千分尺等電子測量工具對加工過程進行測量并記錄。然而，目前工人必須將測量結果通過人工方式進行記錄或采取有線方式將測量結果傳輸至MES系統，導致記錄結果易出錯、檢測靈活性不夠、大尺寸零件頻繁搬運以及多種量具的數據線易纏繞等問題，嚴重影響工作效率以及產品質量。
圖2 小型移動測量工具
通過對小型移動測量工具的無線化改造可實現數據的無線化采集，其中工人通過穿戴便攜式無線數據采集裝置即可操縱小型測量設備以及測量統計平臺，大幅提升工作效率并減少記錄錯誤率。同時，通過無線互聯實現了測量設備與MES系統間的即時互聯互通，是實現生產智能化的重要基礎。
圖3 便攜式無線數據采集裝置
圖4 測量統計平臺
2.3 手持無線PAD應用
軍工生產過程中現場工人需要對照指定參數或圖紙進行生產與測試，大量的查找工作使得工人在工作現場頻繁往返于工位和終端計算機之間，甚至平均往返1次需要花費7~8分鐘，嚴重影響生產效率且難以保證操作的準確度。手持無線PAD即可解決上述問題，大幅提高工作效率，具體優勢在于：
（1）手持無線PAD可直接與軍工生產MES系統對接，實現遠程移動派工與進度管理，整合生產資源利用率，是車間智能升級的關鍵一環。
（2）手持無線PAD可集成掃碼功能，動態跟蹤物料、產品的狀態與位置。
（3）現場工人可通過手持無線PAD遠程查看生產參數或圖紙等信息，實現“零移動” 或“微移動”的高效工作。
（4）手持無線PAD可安裝即時通訊軟件，使工人能夠通過手持PAD及專用無線局域網進行即時語音或文字通信，降低現場人員的溝通成本，提升工作效率。
（5）手持無線PAD具有定位功能，可通過定位上層管理軟件確定無線PAD及其操作人員的位置信息。
圖5 手持PAD
2.4 數據采集應用
軍工科研生產單位具有大量數據采集應用需求，而原有的有線采集方式則付出巨大的布線成本且降低效率，無線數據采集的主要場景與優勢如下：
（1）在大型生產制造車間，如焊接參數記錄儀等設備需要頻繁在車間內移動，以采集各個工位生產過程中的電流電壓等數據，以及航天航空的遙感測量等場景，存在著遙測數據移動接收并發送的需求。如果使用有線通訊，需要大量部署網線接口，保證在大型車間內的各個點位的數據通訊，重新調整布線導致存在大量開槽、埋管等基礎性施工操作，影響車間生產與試驗；另外大量的移動式拖拽網線導致網線頻繁損壞更換，斷線后問題排查也會大幅降低生產效率。采用無線數據采集與傳輸后，可以極大提高部署效率，避免頻繁插拔網線帶來的生產、試驗的停頓、延遲和損壞維修。
（2）臨時的試驗場景，即在發動機、導彈等科研生產工作中存在臨時搭建試驗、測試環境的需求，要求在試驗過程中能夠遠程實時傳輸測試數據。若采用有線方式傳輸測試數據，則需要在試驗場所臨時搭建線纜，浪費時間成本，而采用無線通信方式則能夠大幅提升效率。
2.5 危險場所
在核反應堆、核原料生產環境、核島等無人生產場所，移動機器人代替人來進行必要的生產操作，通過無線技術能夠實現機器人狀態信息實時采集與遠程控制。
3. 結論
在智能制造時代，無線泛在感知是智能化的基礎，尤其在航空、航天、船舶、武器裝備制造等重點行業，智能升級改造對無線技術需求迫切，可移動、靈活、低成本的無線技術將成為軍工智能制造的必然選擇。
