城市基础设施养护:走向智能化时代

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人工智能等新一代信息技术,正在加快走向城市基础设施建设与养护的各个环节。

通过AR巡检与远程“孪生”指导技术,专家可以在电脑前标记,将三维空间物体标识和检修说明推送到巡检人员的AR眼镜上,快速解决现场作业难题,提升协同效率。

在高铁检修领域,一个分析人员每天要判定8000张图片,智能分析系统则结束了人工分析的繁琐,推动检测效率提升20倍;在城市供电系统作业现场,运维人员使用AR眼镜代替肉眼,自动识别环境中的目标……

当前,加速推进的新基建,为城市道路、供水及供电系统等传统基建带来了焕发新生的难得机遇,不仅为基础设施养护降本增效,还推动基础设施实现自我感知、主动预警、辅助决策。

智能传感器、智能分析系统……新基建与传统基建的结合,正变得越来越紧密。

供水系统更安全

数据显示,随着我国城镇化进程的深入发展,基础设施养护成本在我国基础设施建设投资中的占比将持续上升。如何延长基础设施的安全使用寿命、降低养护成本,越来越成为我国城镇化进程中面临的重要挑战。

对此,国外已有许多创新实践。美国南卡罗来纳州运输部(SCDOT)发现,人工检查员往往会低估桥梁的强度,进而导致不必要的更换和维护成本。

在桥梁上安装上自动传感器后,则能够实时监测桥梁信息,使桥梁的安全使用寿命延长数年。并且,基于传感器的数据分析,可以识别桥梁是需要重建还是仅需翻修,从而减少不必要的建设投资。

DC Water是美国首都华盛顿特区及其周边地区的饮用水供应公司,管理着1300英里长的供水管道和1800英里长的下水管道,其中一些管道的使用寿命已经长达100多年,维护起来既昂贵又困难。

为了自动化检测并识别管道异常情况,DC Water采用了微软认知工具包系统。该系统使用传感器、人工智能和物联网对供水系统进行检测分析,将检测过程从数小时缩短至几分钟。并且,通过主动识别潜在的水管破裂情况和水质问题,大大降低了DC Water的养护成本,提升了供水系统的安全性和可靠性。

在城市供水系统监测方面,美国密歇根州安娜堡则通过开源传感器、硬件和算法,来测量和控制雨水。借助传感器节点,系统可以收集有关水流和水质的数据,并通过蜂窝网络传输数据,提供实时水情。在暴雨后,城市供水系统还可远程控制开启和关闭阀门,以释放或保存雨水。

类似的传感装置,也被许多城市用于监测污水中的病毒和药物等物质含量。在疫情蔓延的背景下,这项技术正变得越来越重要。通过污水监测,城市甚至能够在病毒暴发之前就发现疫情,对公共卫生决策具备重要指导作用。

高铁监测更智能

在国内,人工智能等新一代信息技术,也在加快走向基础设施建设与养护的各环节。

作为国家名片“中国高铁”的典型代表,京沪高铁在运用人工智能技术实现铁路电网检测数据智能分析方面,走在了时代前沿。

牵引电力是高铁列车运行的重要动力装置,是确保列车运行的前提条件;其中,接触网是牵引供电系统的关键组成部分。因此,做好接触网运行状态检测、减少接触网故障的发生,是保障牵引供电系统可靠运行的关键环节。

2013年,京沪高铁在济南维管段率先引入4C检测设备(接触网悬挂状态检测监测装置),该设备能够对接触网零部件实施高精度成像检测。2016年底,全线列车实现4C检测常态化。

在4C检测应用的过程中,京沪高铁运维部门逐渐发现,单纯依靠人工分析仍然存在诸多问题,突出表现为人工分析效率低、差异性大、漏检率高等。

京沪高铁每季度需分析300万张图片,20余人加班加点才能在20天内完成分析。如此一来,每人每天要判定8000张图片、约30万个零部件,不仅分析质量无法保证,还容易引发职业疾病。

与此同时,据测试,同样300公里4C数据,两组人分别分析,重复率不超过15%,差异性较大。

为解决京沪高铁接触网检测面临的问题,中铁电气化局集团有限公司京沪高铁维管公司携手商汤科技组建联合研发团队,开发出“4C智能分析系统”。

该系统基于智能视觉分析技术,推动检测效率提升了20倍,不仅大大降低了检测分析的劳动强度,提高了接触网维管的智能化水平和检测效率,也开启了高铁供电维管“智能时代”。

电网巡检更便捷

新基建不仅在高铁领域大展身手,也已在城市供电系统发挥重要作用,推动电网数字化、智能化发展。

在城市的输电系统中,换流站检修至关重要,对易发生故障的变电设备进行及时巡查,才能将故障隐患降到最低,切实提高变电运行的稳定性。

目前,商汤科技等企业开发出了智能换流站巡检系统。借助基于增强现实技术的“AR巡检”,换流站运维人员可提前根据工作任务,设定最优巡检路线。

运维人员佩戴AR眼镜等智能装备,便可自动识别现场环境,实时获知巡检人员所在设备区域;借助人机交互技术,巡检人员可全程记录作业过程和巡检数据,作业完毕后系统将自动分析处理,一键生成巡检报告,有效提高电力运维效率、节省时间和人力成本。

此外,通过AR巡检与远程“孪生”指导技术,专家可以在电脑前标记,将三维空间物体标识和检修说明推送到巡检人员的AR眼镜上,快速解决现场作业难题,提升协同效率。

并且,AR巡检还能将运维过程中优质的作业过程储存起来,提炼后形成标准、直观的培训课件,为企业高效开展技术、技能培训等提供便利。

未来,在新基建的加持下,传统基建将会变得更加绿色、智能、可持续,为城市实现高质量发展提供更加可靠的基础支撑。

(作者胡正坤系商汤智能产业研究院科技政策研究专家、田丰系商汤智能产业研究院院长)

监制:夏宇
编辑:顾佳贇
制作:张静、万宏蕾、郭赛玲

日产汽车智能工厂揭幕
创新制造工艺助力公司实现2050碳中和目标

(2021年10月11日,北京)近日,日产汽车公司在日本枥木工厂展示了其全新生产线,全面开启“日产智能工厂”(Nissan Intelligent Factory),通过利用创新技术支持新车型制造,为公司实现碳中和做出贡献。同时,日产汽车公司还宣布了到2050年在其全球制造工厂实现碳中和的路线图。
日产汽车公司生产和供应链管理执行副总裁坂本秀行(Hideyuki Sakamoto)表示:“汽车行业正处于变革时期,解决全球气候变化所带来的挑战迫在眉睫。这是增强日产汽车DNA——‘产品制造’(monozukuri)实力的良好契机,以研发和应用创新技术来应对挑战。”
自智能工厂建设以来,日产汽车通过高质量、高效率的制造流程和“工匠”(Takumi)级的精湛技能不断打磨汽车生产工艺。当下,制造业相关的商业环境正在经历着重大改变。如在日本,为应对老龄化社会和严重的劳动力短缺问题,传统的劳动密集型制造业亟需转型,以及对不可预见情况如气候变化、流行病等的管控。与此同时,随着汽车行业向电驱化、智能化和智能网联化的转变,汽车结构和功能变得更加先进和复杂。
日产汽车公司在其位于日本的枥木工厂引进了“日产智能工厂”(Nissan Intelligent Factory)计划,以应对这些需求和趋势,包括:
1.利用掌握“工匠”(Takumi)生产工艺的机器人生产新一代高品质车型;
2.改善工作环境,使工人们能够舒适地工作;
3.实现零排放生产体系,加快实现脱碳社会。
枥木工厂计划在本财年生产全新纯电动跨界SUV车型——日产Ariya。

掌握“工匠”(Takumi)生产工艺的机器人生产新一代高品质车型
实现碳中和目标
日产汽车计划到2050年在整个集团的企业运营和产品生命周期*实现碳中和。公司将从“日产智能工厂”(Nissan Intelligent Factory)开始,进行生产工艺创新以提高汽车装配的生产力,并努力提高能源和材料的使用效率,在制造环节实现碳中和。到2050年,公司通过引进创新生产技术,减少能源使用,让工厂设备实现全面的电驱化。为实现制造工厂的碳中和目标,所有使用的电力都将从可再生能源和/或使用替代燃料的燃料电池中获得。

“日产智能工厂”( Nissan Intelligent Factory)的所有电力都将来自可再生能源和/或使用替代燃料的燃料电池
坂本秀行(Hideyuki Sakamoto)先生补充道:“日产汽车公司将以枥木工厂为起点,在全球范围内推广‘日产智能工厂’(Nissan Intelligent Factory),同时公司将以更加灵活、高效和实用的方式为脱碳社会打造新一代车型。与此同时,公司还将继续推动制造业创新,丰富人们的生活,获得长远发展。”

日产汽车公司将以更加灵活、高效和实用的方式为脱碳社会打造新一代车型
关于“日产智能工厂”(Nissan Intelligent Factory)
四大支柱
1) 打造移动出行的未来:应对智能网联、自动驾驶、共享服务和电驱化(CASE)的机遇
日产汽车公司旨在对生产线进行创新,打造集电驱化、智能化、更具互联为一体,搭载更先进、复杂技术的新一代车型。
2) 为机器人注入“工匠”工艺:最高品质的制造
不断提高的“工匠”技能将“传授”给机器人。工匠们将通过对工作场所做出改善和专注于全新的、需要进一步探索的非自动化专业领域,支持高品质车辆的制造。

被注入“工匠”工艺的“日产智能工厂”( Nissan Intelligent Factory)机器人
3) 利用机器人创造更好的生产环境
公司将利用机器人来辅助完成困难的任务,努力营造易于工作的环境。日产汽车还将致力于工作方式多样化,更利于女性和高龄职员工作。
4) 零排放生产体系
为实现2050碳中和目标,日产汽车正在努力使所有生产设备完全电驱化,并全面使用可再生能源和/或替代能源。
支持技术(括号内数字表示适用于上述“支柱”的技术)
地板下安装同步操作 (SUMO) (1,3)
传统上通过劳动密集型、多道工序安装的多个动力总成部件现在可以从一个台车上批量安装。
台车的双层架构,分为前、中、后三个部分,允许在一个单一设备中进行 27 种不同的模块组合(3 x 3 x 3)。
使用实时车辆位置测量和高精度 (±0.05 mm) 部件位置校正。
自动拧紧和对准悬架连杆 (2,3)
过去需要通过多道工序手动安装的工序流程现已改良为具有自动对准调整功能的单一工序。
拧紧过程需要高扭矩的高负荷作业已实现完全自动化。
由机器人进行调整作业,精准度达0.1°,确保高精度对准,超越工匠的操作水准。
车顶蓬蒙板自动化安装 (2,3)
通常需要在高负载位置作业的工序现已实现自动化。此外,由于添加了智能互联部件,车顶区域重量也在增加。
曾经难以实现自动化的软部件安装作业,现已通过将工匠的技艺转移到机器人身上,实现了自动化。
一般需要用手指进行精细感应,如今可通过使用力传感器实时检查插拔力,实现自动夹子插拔。
自动化驾驶舱模块安装(2)
机器人再现工匠的高水平工艺,控制安装过程中的变化和左右方向的差异。
对于比例均匀无缝的驾驶舱,高速视觉系统可精确测量尺寸并以±0.05毫米的增量校正位置。
全新凹坑焊接方法(1)
凹坑焊接工艺使车身门窗框(窗框)的凸缘宽度减少了4.5毫米,为驾乘者提供了更宽阔的视野。
满足日益增长的汽车智能化需求的电气系统(1)
汽车智能化技术的提高又推动了数据写入量的增加。为满足这一需求,扩大了写入阶段,并将通信速度提高了20倍。
自动化八极励磁绕组电机(无磁)(1)
喷嘴式高精度绕组装置进行高精度和高密度的高速绕组。
同时缠绕八个电机可实现批量生产。
自动化涂料检测(1,2)
11台机器人检查车身和保险杠,实现对灰尘和碎屑的100%检测(直径可达0.3毫米)。
检测结果被传输并存储到中央管理系统,增强了可追溯性。
检测员可利用智能手机查看检测结果。
规格和缺陷的集成自动检测(1,3)
6台机器人进行规格检测和缺陷识别。
通过移动斑马照明系统并反复成像,提高了缺陷检测率。
车身和保险杠的一体化喷漆和烤漆(4)
使用新研发的可在低温环境下固化的水性涂料,可以将车身和保险杠一起涂漆和烤漆,从而减少25%的能耗。
该工艺带来世界顶级的水性涂料涂层。

一体化喷漆和烤漆带来世界顶级的水性涂料涂层
干漆房利用高效的空气循环系统(4)
使用干粉吸收漆雾并重复利用油漆废料有助于实现零排放。
喷漆房中的循环空气可将能耗降低25%。
基于物联网的质量保证管理系统(1)
在每个工序中进行的自动化质量检测可以防止人为失误。
自动记录所有生产车辆的检测结果,增强可追溯性。
通过数字技术(智能运营支持系统)获得的前期作业能力(1)
利用混合现实(MR)技术完成现场操作培训,同时在生产线上查看产品,从而实现前期作业能力。
远程设备维护(1)
使用集中控制室通过物联网网络连接信息并将最佳恢复方法传递给现场维护人员,从而使设备故障恢复时间减少30%。
设备故障诊断系统和预见性/预防性设备维护 (1)
基于设备状况的维护诊断技术用于防止设备故障。
该系统采用诊断逻辑的自动化开发和高精度分析方法的扩展应用。
以1/100秒为增量进行持续测量和监控,并利用各种诊断方法自动检测故障迹象,将生产损失尽可能降至为零。
*产品生命周期包括车辆原材料的提取,制造,利用和报废车辆的循环/再利用。

地球温度12.5万年来最高!】

联合国政府间气候变化专门委员会 (IPCC)第六次评估报告的第一部分《气候变化2021:自然科学基础》于8月9日发布。

报告称,现代社会科技无秩发展对化石燃料的持续依赖而产生的温室气体正在以过去2000年来前所未有的速度使全球变暖,其带来的影响已经很明显:创纪录的干旱、野火和洪水摧毁着世界各地。如果温室气体排放继续下去,情况可能会变得更糟。报告明确表示,地球的未来在很大程度上取决于人类今天做出的选择。

“如果我们不采取行动,情况将变得非常糟糕”,该报告主要协作者之一、加拿大环境部气候学家张学斌说

1

全球升温或在未来20年
达到1.5℃临界值

根据2015年通过的《巴黎协定》,国际社会同意将本世纪全球气温上升幅度控制在比工业化前水平高2.0℃以内,并努力将气温上升限制在1.5℃以内。如果这一临界值被打破,北极海冰消失、珊瑚礁大规模灭绝以及富含甲烷的永久冻土融化等现象将更有可能出现,地球生态系统将发生永久性转变。

该报告对未来几十年全球变暖水平的可能性进行了新的估计。报告称,2011—2020年的十年间,全球地表温度比1850—1900年间高1.09℃,这是自12.5万年前冰河时代以来从未见过的水平,过去5年也是自1850年有记录以来最热的五年。

从未来20年的平均水平来看,科学家们预计,到本世纪30年代中期,气温上升将达到或超过1.5℃。

该报告预测,未来几十年,所有地区的气候变化都将加剧。全球变暖1.5℃,热浪会越来越强,暖季会更长,冷季会更短。报告显示,在全球变暖2.0℃时,极端高温更容易达到农业和健康的容忍阈值。

2

水循环加剧、海平面上升……
多地变化各不相同

报告称,气候变化正在给不同地区带来多种不同的变化,这些变化都将随着全球变暖的进一步加剧而加剧。这些变化包括湿润和干燥、风、雪和冰、沿海地区和海洋的变化。

报告称,气候变化正在加剧水循环。这带来了更强的降雨和洪水,也有许多地区面临更严重的干旱。气候变化正在影响降雨模式。预计在高纬度地区,降水量增加,而亚热带大部分地区的降水量减少。预计季风降水的变化会因地而异。

在整个21世纪,沿海地区的海平面将继续上升。即使升温保持在1.5℃范围内,预计未来2000年世界各地海平面仍将上升2—3米;若升温2℃,海平面将上升高达6米。这将导致低洼地区发生更频繁、更严重的沿海洪灾和海岸侵蚀。到本世纪末,以前百年一遇的极端海平面事件可能每年都会发生。

海洋的变化,包括变暖、更频繁的海洋热浪、海洋酸化和含氧量降低。这些变化既影响海洋生态系统,也影响依赖海洋生态系统的人们,而且至少在本世纪余下的时间里,这些变化将持续下去。

进一步变暖还将加剧永久冻土融化、季节性积雪减少、冰川和冰盖的融化,以及夏季北极海冰的消失。

此外,对于城市来说,气候变化的某些方面可能会被放大,包括高温(因为城市地区通常比周围地区更温暖)、强降水事件引发的洪水,以及沿海城市的海平面上升。

3

变化不可逆转
行动为时不晚

报告警告说,不能排除气候变暖的一些最严重的影响,如冰盖坍塌、大规模森林消失或海洋环流的突然变化,特别是在接近本世纪末出现高排放和显著变暖的情况下。

新报告还明确指出,迄今为止,我们所经历的变暖已经改变了许多地球生命支持系统,这些变化在几个世纪到几千年的时间范围内是不可逆转的。

但报告指出,所有气候变化预测中最大的不确定性是人类将如何行动。如果现在采取积极行动,气候变化的许多最可怕的影响仍然可以避免。

尽管IPCC30年来一直在警告全球变暖的危险,但各国政府还没有采取必要的行动来过渡到清洁能源并停止温室气体排放。

图片

该报告的主要协作者、智利大学气候与恢复力研究中心主任麦莎·罗哈斯说,“除非立即、迅速和大规模地减少所有温室气体,否则将全球变暖控制在1.5℃是遥不可及的”。

第六次评估报告首次从区域角度对气候变化进行了更详细的评估,包括重点关注有用的信息,从而为风险评估、适应和其他决策提供依据,并关注搭建新框架,以有助于将气候的自然变化(热、冷、雨、旱、雪、风、沿海洪水等)信息进行转化,以使其对社会和生态系统具有意义。

报告反映了归因科学方面的重大进展,即了解气候变化在加剧特定天气气候事件(如极端热浪和强降雨事件)中的作用。报告还显示,人类的行动有可能决定未来的气候走向。有证据清楚地表明,虽然其他温室气体和空气污染物也能影响气候,但二氧化碳仍然是气候变化的主要驱动因素。

“稳定气候需要大力、快速和持续地减少温室气体排放,并达到二氧化碳的净零排放。减少其他温室气体和空气污染物排放,特别是甲烷,对健康和气候都有益处。”IPCC第一工作组联合主席翟盘茂说。


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