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工业应用才是制高点！英国航空复合材料制造或将迎来5G时代
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来源：空天防务观察
作者：刘亚威
英国政府近来正在加紧第五代移动通信（5G）技术研究与部署。3000万英镑的连通乡村社区计划将开展7个5G研发项目，3000万英镑的5G创造项目将面向影视、游戏、物流和旅游行业开发5G应用，不过这都与制造业没什么关系。值得我们关注的两个项目是福特汽车和英国吉塔网络公司（Zeetta）牵头的两个项目，特别是后者领衔的“5G编码”（5G-Encode）项目。
5G技术三大应用场景在工业领域的可能应用方式示意图
2020年2月20日，“5G编码”项目启动，它是英国政府迄今为止最大的5G制造业应用研发投资——投资额900万英镑，合1170万美元。项目将在位于布里斯托的国家复合材料中心（NCC）部署一个5G专用网络，探索工业环境中5G专用网络新的业务模型，并在实际的工作条件下测试网络拼接和网络切片等5G新技术。更重要的是，它还将研究5G无线技术在改进复合材料设计和生产过程中的实际应用，国家复合材料中心将成为迄今为止英国制造业最大程度实施5G技术的试验平台。
英国国家复合材料中心拥有工业规模的制造试验设施
项目组有11名成员，由总部位于布里斯托的网络专业公司吉塔网络公司牵头，其他参与者包括英国国家复合材料中心、德国西门子公司（复合材料设计、制造仿真软件和工业控制系统）、日本东芝公司（5G通信技术）、西班牙电话公司（电信运营商）、比利时索尔维公司（复合材料原材料供应商）、美国贝克休斯公司（石化企业）、以色列普莱泰恩公司（智能自动化解决方案）、英国马蒂视觉公司（虚拟现实应用）、英国布里斯托大学和英格兰西部联合管理局（WECA）。
项目将研究在工业环境中最具成本效益的5G部署方法，还将研究制造业专用移动网络的新业务模型。例如，中立托管，移动运营商共享内建基础设施以提供建筑物内的服务全覆盖；频谱统筹和共享，以在专用和公用网络运营商之间共享许可和非许可频谱。项目研究三个5G技术工业用例，以提高复合材料设计和制造的生产率和效能。每一个应用都有可能为英国制造商节省数亿英镑的费用。它们是：
1）使用交互式增强现实（AR）和虚拟现实（VR）来改进复合材料制造中的设计、培训和维修；
2）使用网络拼接来实时跟踪跨越室内外多个地点以及可能跨越国界的关键资产，吉塔网络开发网络拼接解决方案将成为支持此用例的关键使能技术；
3）使用5G的超可靠低延迟通信（URLLC）来监视和管理工业系统，5G支撑的工业系统将具备比当前网络技术所允许的更快的响应能力，从而可避免制造过程中的浪费。
增强现实技术加持的复合材料制造培训
项目将测试用于5G网络拼接和切片的技术解决方案。网络切片定义并提供具备优先级、分区化和受保护的子网，从而使业务和需要快速响应的系统可以在共享的基础设施上运行而不会互相干扰。网络拼接允许将切片按顺序连接以扩展通信范围，提供连续不断的服务，它可以在单个网络拓扑内集成一系列网络技术，如光纤固网、无线网和低功耗物联网。根据用户和应用的需求动态切分网络资源的能力是5G与以前的移动技术之间的根本区别，并且有望在提高工业生产率方面发挥变革性作用。
吉塔网络开发了提供网络拼接和切片能力的NetOS可编程平台，它是一个网络控制和管理软件平台，通过软件定义网络（SDN）技术，NetOS可以将复杂的网络抽象化描述，提供单面板视图以及多设备、多厂商和多技术网络的控制。将软件定义网络控制器和多域服务协调器的能力嵌入NetOS Rapide专用网络软硬件解决方案，可以实现5G网络的动态管理，并允许在同一网络上传递各种工业应用程序和服务。这些技术将在复材制造中发挥重要作用，尤其是在必须跨越多个地点、地理位置以及室内外环境跟踪资产的情况下。项目将研究这些能力，以推动5G在工业领域的广泛采用。
NetOS架构示意图
项目还将测试基于人工智能（AI）的工业物联网技术解决方案，以验证其物料和资产跟踪、预测性警报和提供优化建议能力。该技术由以色列普莱泰恩公司（Plataine）开发，使用与传感器网络集成的基于人工智能的数字助理，可以提供物料保质期跟踪、管理和优化能力。它会自动跟踪对时间敏感的原材料，比如需要低温保存的预浸料，预测搬运和储存时间，并为每项工作选择最合适的材料，从而最大程度地减少浪费并确保按时完成生产，同时保持产品数字线索的完全可追溯性。此外，自动化的实时工具跟踪将确保生产进度不会因丢失工具而中断。总之，基于人工智能的数字助理将为员工提供预测性质量警报、有价值的可执行信息和实时的维修建议。
普莱泰恩与空客、雅奇、Avcorp、通用电气公司、以色列航宇工业和MT航宇等航空制造商建立了合作。此解决方案还部署到了空客旗下哈飞空客复合材料公司，用于优化A350飞机碳纤维方向舵、升降舵和机腹整流罩等复合材料构件的生产。之前，公司在预浸料卷、成套设备和工具等资产的管理和跟踪方面，依然使用纸质的“行程文件”来处理，使用人工来计算和记录每站的剩余暴露时间。这种管理方式会导致原材料的低效使用，而且人为差错也会导致返工和报废现象，无法实时反应各种状况，也无法记录人为差错带来的影响。为了在整个生产车间减少工厂对人工流程的依赖，提高他们的决策能力，公司与普莱泰恩合作，以优化生产流程、发现生产车间的问题，并采取必要措施来预防问题的发生、降低各种成本。
普莱泰恩基于人工智能的工业物联网解决方案追踪零部件、材料和工具，哈飞空客可以准确地监督它们在厂房内的移动情况，计算出进出存放冷库的时间，包括预浸料的保质期和暴露时间。依托工业物联网不断收集数据并进行分析，提醒员工材料接近或者超过了保质期和暴露时间，或者有工具需要维修等情况。基于人工智能的数字助理还可以让员工优化材料选择方案，尽可能减少浪费，并且提高产品质量。自动化的解决方案能够创建并维护生产流程中各个阶段的数字线索，建立起一个全流程的零部件谱系，并且能够在考虑所有相关生产要素（比如客户订单和中心库存）的情况下，优化公司的生产流程。总之，通过部署，公司能够全面了解追踪原材料、在制品、工具和成品的情况，减少了返工，提高了制造产出和整体效率。
基于人工智能数字助理支持的复合材料全面生产优化方案
2009年，随着英国复合材料战略的发布，国家复合材料中心在布里斯托大学成立，5家创始成员是空客、阿古斯塔韦斯特兰（意大利列奥纳多公司旗下）、罗罗、GKN航宇和维斯塔斯风电公司。2011年，国家复合材料中心成为7家英国高价值制造弹射中心之一，旨在将企业和学术机构集合到一起，共同为技术概念和商业化搭建桥梁，开发高质量复合材料产品的设计和快速制造的新技术。该中心的4大能力是：先进复合材料制造，设计和仿真，数字制造、自动化与工装，材料与工艺。中心共有350多名复合材料专家，致力于加速采用高价值、可持续的复合材料技术，以刺激增长并增强英国复合材料产业的能力，其投资主要来自欧洲区域发展基金、英国西南地区发展局和商业、创新与技能部“创新英国”组织。
从创始成员就能看出，国家复合材料中心以加速航空复合材料设计制造发展为关键领域。2018年12月，国家复合材料中心在英国航空技术研究所（ATI）等的资助下新建了复合材料数字化制造基础设施，用于欧盟“明日之翼”项目的机翼开发和生产。国家复合材料中心的关键目标是：提供一个工业规模的制造设施，以及能够建造原型以确认设计概念的快速制造工艺；成为英国开发和实施快速复合材料制造技术和系统的中枢；领导一个复合材料区域卓越中心支撑的强化网络；为基础研究提供应用方向和聚焦领域，并提供与英国大学的合作联系；帮助开发和协调培训计划，以支持应用先进和专业复合材料技术的技能基础。将国家复合材料中心作为5G技术的试验平台，将能够充分利用国家复合材料中心业已形成的公私合作伙伴关系、数字化设计制造优势手段、航空航天与汽车业技术转化能力，通过展示安全性、可靠性和连通性的逐步提升，为各种规模的企业提供一个无风险的环境来评估和利用5G能力，以便更可靠与更迅速地实现5G技术应用测试与部署研究。
位于英国国家复合材料中心的“明日之翼”数字化制造基础设施
“5G编码”项目将在2020年9月前完成5G技术的初步部署，开发测试工作将一直持续到2022年3月。届时，项目将形成能够广泛推广的成熟方案，在英国的各个制造工厂进行商用5G部署。5G不仅可以使消费者获得更快、更可靠的速度，这项革命性技术还能够提高工业的生产率和成长速度。复合材料产业是英国制造业的明日之星，英国不仅希望成为5G的世界领导者，也希望复材产业及其依托的航空制造业再创辉煌。5G赋能、人工智能助力、增强现实加持的未来航空复材制造，将有望在英国率先实现，并进一步在全球航空制造领域掀起5G革命。
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