关于使用专用蜂窝技术实现工业4.0转型的指南

与合作伙伴关系互联制造私有蜂窝技术向工业4.0转型的指南2020年11月 2简介互联制造| 2020年11月在这份报告中这是爱立信，Hexagon和Arthur D. Little的联合报告。它检查并量化了专用蜂窝网络对制造业的潜在价值。简介3制造业4制造挑战6创建工业4.0 9专用网10用例14自主移动机器人18协作机器人20数字双胞胎28结合用例31用例的选择32最后一句话35 3简介互联制造| 2020年11月智能制造正在生产商品现在发生了地震变化朝着工业4.0的方向发展。爱立信提供的专用蜂窝网络解决方案（如“专用网络”和“工业连接”）提供了将制造成型为更加敏捷，安全，可靠和智能的过程所需的连接性。在此背景下，制造业面临着多重挑战。在这份报告中，我们将详细介绍制造业面临的挑战，并说明高性能私有蜂窝网络支持的智能制造业如何帮助解决这些难题。 4制造业互联制造业| 2020年11月制造业打造更紧密联系的行业“许多设施使用不灵活的旧式设备运行，这些旧式设备无法轻松移动并适应不断变化的需求”。制造业是一个多元化的行业从微型啤酒厂到航空航天设施和车辆装配线，这一切应有尽有。根据世界银行的数据，它约占全球国内生产总值（GDP）的16％，因此它是基础之一全球经济然而，该行业正面临着一些严峻的挑战。客户越来越期望更快的交货时间和更多的定制产品，这要求工厂支持灵活的生产。对于使用不灵活的旧设备运行的许多设施来说，这是一个很高的要求不能轻易移动并适应不断变化的需求。更令人不安的是，尽管自动化程度有所提高，但工厂的经济生产率却呈下降趋势。为了达到更高的生产率水平，制造商正在通过互联网以超越传统方式的方式连接设备，这带来了许多显着的好处，同时也使工厂向网络攻击开放。防御这些攻击已成为CTO和技术人员的高度优先事项。 5制造业互联制造| 2020年11月不断变化的行业制造业是全球经济的主要组成部分，占世界GDP的16％。然后，世界银行根据这一数额计算出每个部门的贡献价值。下面总结了四个最大的细分市场，以百分比表示制造业对GDP的贡献。 机械和运输设备（31％） 化学品（14％） 食品，饮料和烟草（5％） 纺织品和服装（5％） 其他（45％） 6制造业互联制造业| 2020年11月制造挑战面对什么制造业 7制造业互联制造| 2020年11月制造挑战7制造需要克服的挑战当前，这个庞大的行业面临着制造商要想生存和保持竞争力必须克服的一些主要障碍。60％的空缺制造职位是由于缺乏对科学，技术，工程和数学有足够了解的申请人。生产力下降制造业不仅努力提高生产率，而且有迹象表明生产率的增长开始下降。在上个世纪，制造业采用了许多概念来优化生产，例如“六西格码”和“精益生产”，但是这些方法似乎已经实现了他们可以提供的所有生产率提高。据VoxEU称，自2005年以来，欧洲和美国的总劳动生产率增长率都低于1％。这对于整个制造业而言都是令人担忧的信号，并强调了采用新方法至关重要的原因。供应链中断除了该部门的内部挑战之外，还存在许多外部困难。 COVID-19大流行导致边界封闭和封锁，并扰乱了供应链和本地制造业务。此外，贸易紧张局势和关税迫使人们转向更多的本地生产和更短的供应链。根据美中贸易理事会2019年的一项调查，去年80％以上的美国公司受到贸易紧张局势的负面影响。招聘合适的人才确保员工拥有关键技能是制造商的另一项挑战。现代生产设施，尤其是智能工厂，与传统工厂相比需要新的能力。在信息技术（IT），运营技术（OT）和数据科学领域，对技能的需求最大。根据制造业研究所和德勤的一项研究，未填补的制造业职位中有60％是由于缺乏对科学，技术，工程和数学有足够了解的申请人。 8制造业互联制造| 2020年11月与旧随着制造商升级其棕场设施，现代制造技能尤其重要，而棕场设施占当今大多数工厂的比重。这些设施承受着旧机器和资产的负担，这些机器和资产可能需要长达二十年才能完全折旧，因此公司经常不愿更换它们。结果，如此流行实施新解决方案时，许多过时的机械可能会带来巨大的集成挑战，并且由于它们很难集成，因此会创建难以合并的数据孤岛。需要保护正在更新其基础架构并已开始建设智能工厂的设施所面临的另一个挑战是：数据安全性。工厂生成的数据具有极高的价值，并且可能面临严重的风险，从而引入了对私有或私有安全性的需求“本地”网络。根据凯捷（Capgemini）2019年的调查，超过五分之一的制造商经历了对其智能制造计划的网络攻击在那年。客户想要定制最大的挑战之一是客户的期望正在改变，这在离散制造领域尤为普遍。根据Protolabs在2018年进行的一项研究，有86％的客户表示定制具有一定吸引力，而62％的客户表示，他们会花更多的钱来定制产品。对快速定制的需求意味着工厂必须非常灵活，以便可以快速调整生产以满足这些定制订单的要求。62％的客户表示，他们会花更多的钱来定制产品。固定资产大多数工厂已经部署了有线连接，以自动化和数字化其设施。但是，这种固定资产使重新配置设施变得极为困难，无论是创建定制产品还是简单地转移到新产品。这种快速适应的能力如果工厂要在竞争激烈的现代市场中成功竞争，那么保持灵活性至关重要。 9创建工业4.0互联制造| 2020年11月创造工业4.0工业规模的连接智能制造需要灵活的自动化。自动化需要强大的无线连接，这是行业转型的催化剂。我们探索的五个选定用例利用无线连接来创建制造商将来需要蓬勃发展的自动化类型。这些连接的工厂将被灌注以提高效率，安全性，可靠性并最终提高盈利能力。 10创造工业4.0互联制造| 2020年11月私人网路私人蜂窝网络可以提供什么解决行业内许多问题的解决方案。制造商越来越多地看到专用网络的价值，以使其业务更加敏捷。这是通过在高设备密度环境中引入高速连接，低延迟和强大性能来实现的。高数据量和低延迟的结合可以创造出使竞争落后的业务优势。如今，专用网络主要在4G LTE上运行。预计到2021年，基于新型5G技术的专用网络将广泛使用，并将在实现智能制造方面发挥关键作用。什么是专用网络？部署供组织专用的本地网络。•在制造业中，这通常包括工厂车间，仓库和装卸平台•当今大多数蜂窝专用网络都是具有5G就绪功能的4G LTE网络 11创造工业4.0互联制造| 2020年11月 专为自动化而设计86％的制造业高管认为，智能制造将在未来五年内提升竞争力。（德勤2019）根据德勤（Deloitte）2019年的一项调查，绝大多数制造业高管（86％）相信智能制造计划将在未来五年内提升竞争力。如图所示，由于大多数制造任务仍是手动执行的，因此有很多自动化的机会。●决策制定（19％）●管理（31％）●体力劳动（33％●识别和评估信息（32％）●复杂的技术活动（37％）●信息处理（47％）人与机器工作时间的比例制造业，2018²做决定19%管理31%体力劳动/手工劳动33%识别和评估信息32%复杂技术活动37%信息处理47%人的自动化潜力2028机器资料来源：爱立信，MAPI /德勤，Arthur D. Little分析。 1）2019年德勤和MAPI智能工厂研究，德勤和MAPI（2019）中的受访者;2）Arthur D.基于RPA的分析很少：机器人过程自动化，ArthurD。 Little（2019），由行业专家贡献。 12创造工业4.0互联制造| 2020年11月从产品概念和设计到生产，优化和质量保证，智能制造概念涵盖了广泛的技术及其在制造中的众多应用。向前发展的行业与其他制造部门相比，某些制造部门在将其设施转变为智能工厂的过程中更加先进。具体来说，机械和运输是最遥远的，紧随其后的是化学领域。自动化管理，手动工作，信息识别和管理中的大多数任务的潜力很大。根据Arthur D. Little的说法，到2029年进行评估和信息处理。全面自动化，全面转型要实施智能制造，必须连接过程的每个阶段并以数字方式对其进行访问。自主机器人技术可以提供实时的闭环机器对机器（M2M）通信，以及可以协作完成任务的不受限制的机器人。增强的视频服务可实现机器人与人类之间的三维视频驱动交互。甚至更高级的应用程序也可以通过数字孪生优化这些交互设施的增强现实是新现实增强现实可以极大地增强培训和工人支持通过允许虚拟生成任务来提供工作，从而提供可以在现实生活中实现的经验。借助增强的功能，即使在执行复杂任务时，也可以减少培训时间，最大程度地减少操作员的错误，并提供远程协助，因此增强现实技术引起了制造商的关注。 13创造工业4.0互联制造| 2020年11月 创新需要奉献所有这些用例都需要专用的无线连接，因为电缆连接使设备的快速重新配置变得困难，并且移动性实际上是不可能的。私有无线网络可以为自主机器人和其他资产在整个生产车间中移动时的移动提供高速连接。它还可以提供位置数据（资产跟踪），对于难以触及且难以连接的连接设备特别有用。选择范围首先，制造商必须从许可频谱和非许可频谱之间进行选择，选择最适合其需求的无线连接类型。许可频谱由政府监管，因此服务提供商和其他组织可以使用专用频谱，而不必担心其他人占用带宽。另一方面，未经许可的频谱可供任何人使用，但通常范围不很长。一般来说，许可频谱将更好地满足通过专用网络实现的智能制造的需求。未经许可的频谱数量很少，因此，除非使用的是蓝牙或WiFi等短距离无线技术，否则性能可能会成为问题。短距离技术将不太可能提供大型工厂所需的覆盖范围。与未许可的频谱相比，许可的频谱可提供更好的可靠性，改进的性能以及更广泛的覆盖范围。尤其是，支持5G的专用蜂窝网络具有低延迟，强大的安全性，高速和巨大的吞吐量，因此是智能制造连接的理想选择。智能制造的障碍但是，许多制造商在工业4.0数字化之旅中将面临一些障碍。例如，如果生产已经在起作用，为什么要更改它？该业务案例必须令人信服，以说服高级管理人员这是值得的投资和潜在的破坏。鉴于业界对生产率和定制化的担忧，专用蜂窝网络提供实现这些目标所需的效率和灵活性的能力便是一个有力的例证。另外，还有很多可能的用途案例实施。管理层必须确定要部署的第一个用例，并且需要证明投资的合理性在私有蜂窝技术中。最后，组织必须决定智能制造部署的过程将看起来以及部署的各种用例之间的集成将如何进行。 14个用例互联制造| 2020年11月用例五个智能制造用例我们的最佳使用案例是使用专用蜂窝网络来实现智能制造。 15用例互联制造| 2020年11月 关于我们选择的五个本报告将研究五种技术的用例，这些技术将使制造商能够更有效地进行运营。用例是：●用于实时生产链自动化的自主移动机器人（AMR）●协作机器人可提高运营效率●增强现实（AR）用于有效的质量检查●资产状况监控以增加正常运行时间●数字双胞胎可优化操作基准工厂在分析这些用例时，我们已将它们全部应用到所谓的基准工厂：西欧的一家中型一级工厂。该工厂是汽车供应商，主要进行冲压和组装操作。它的收入为1亿美元，拥有约500名员工，毛利润为10％。 16用例互联制造| 2020年11月方法自2017年以来，爱立信与Arthur D.Little合作发布了一系列研究报告，研究了蜂窝连接和5G为行业创造的价值。我们还为生态系统参与者如何实现这一价值提供了具体指导。今年，我们将合作范围扩大到包括Hexagon，Hexagon是传感器，软件和自主解决方案的提供商，为包括离散制造在内的应用提供解决方案。目的是进一步结晶见解在智能制造中。我们的2020年联合研究采用了离散制造商的观点，并基于对五个高价值用例的自下而上的深入分析，以解决制造业中迫在眉睫的痛点。为了衡量净经济，社会和环境净值，首先，我们根据实际工厂的经过验证的KPI定义了一个标准工厂。然后我们从下至上分析了启用了每个蜂窝连接所产生的增量值从部署到运行稳定状态。*每个用例的增量值汇总到标准工厂的总收益。整体分析和输出值已由Hexagon和其他专家进行了全面验证。* 稳态净值是术语“稳态”和“净值”的组合。稳定状态意味着用例已完全部署，因此全部收益得以激活，只有运营成本处于活动状态（没有额外的资本支出）。净值是从福利