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1 背景介紹

2019年對50多個國家重點城市調(diào)查顯示，超過半數(shù)城市工業(yè)企業(yè)利潤負增長。原材料價格攀升，用工、用地、環(huán)保等生產(chǎn)成本上升，工業(yè)品通縮壓力雙向擠壓企業(yè)盈利空間。而開年以來，受疫情限制，在使用工人和采用傳統(tǒng)生產(chǎn)、管理手段比較多的企業(yè)中，由于工人不能如期復工，生產(chǎn)經(jīng)營受到極大影響。

與此同時，傳統(tǒng)企業(yè)又在生產(chǎn)、運維及安全等方面存在設備互聯(lián)互通難、數(shù)據(jù)采集難、無法實時控制、智能性低、安全可靠性有風險等問題。

面臨內(nèi)憂外患雙重壓力，實體工業(yè)亟待5G、邊緣計算、人工智能等技術(shù)結(jié)合落地。5G具有大帶寬（eMBB）低時延（uRLLC）、海量連接（mMTC），其中專為大規(guī)模物聯(lián)網(wǎng)應用而發(fā)展的mMTC，以及能滿足各種實時通信需求且可靠度更高的uRLLC，可以更好滿足工業(yè)場景的需要。

浪潮作為國內(nèi)服務器龍頭企業(yè)，攜手山東移動，以國內(nèi)服務器領域第一條信息化高端裝備智能制造產(chǎn)線所在地——浪潮智能工廠為試點，基于運營商5G網(wǎng)絡的高速率、低時延、海量連接的特性，結(jié)合浪潮邊緣計算平臺的能力，共同將浪潮產(chǎn)業(yè)園打造成“5G+智慧工廠”。

2 案例實施與應用

浪潮智能工廠是服務器領域第一條信息化高端裝備智能制造產(chǎn)線，是一座集智能化、自動化、模塊化、數(shù)字化、精益柔性制造于一體的智能模范工廠。在這里，不同生產(chǎn)單元之間，所有的物料運輸都由AGV、RGV和激光叉車完成，可提供100+類型定制化服務器產(chǎn)品。

在浪潮濟南產(chǎn)業(yè)園服務器生產(chǎn)工廠，建設了5G+邊緣計算的新型ICT基礎設施，工廠融合了智能制造和互聯(lián)網(wǎng)+的設計理念，面向客戶需求實現(xiàn)了網(wǎng)絡下單、定制設計、柔性生產(chǎn)和全流程智能化控制。

浪潮新型ICT基礎設施包括5G網(wǎng)絡、邊緣計算平臺、視頻網(wǎng)聯(lián)平臺，基于基礎設施打造智能巡檢、AGV調(diào)度系統(tǒng)、一體化智能運營管理系統(tǒng)三大場景，加速工廠智能化生產(chǎn)及自動化運營管理。

打造新型ICT基礎設施，支撐上層應用

云網(wǎng)邊端一體化架構(gòu)：針對工業(yè)聯(lián)網(wǎng)設備存在通信協(xié)議不統(tǒng)一、協(xié)議標準眾多且數(shù)據(jù)傳輸穩(wěn)定性及安全性等問題，浪潮智能工廠面向工業(yè)現(xiàn)場級邊緣計算應用場景，基于X86架構(gòu)和ARM架構(gòu)開發(fā)定制的通用型設備5G工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)網(wǎng)關(guān)，可面向不同場景適配不同硬件接口，滿足工業(yè)差異化的應用需求，封裝主流PLC廠家協(xié)議，通過平臺SDK方式，將數(shù)據(jù)回傳至邊緣計算平臺，打造云網(wǎng)邊端一體化系統(tǒng)架構(gòu)。

視頻網(wǎng)聯(lián)平臺：將視頻網(wǎng)聯(lián)平臺部署在邊緣計算平臺上，利用5G邊緣計算能力，豐富了移動視頻采集能力，可通過5G網(wǎng)絡回傳視頻。

邊緣計算平臺：浪潮依托運營商5G網(wǎng)絡，將計算能力與網(wǎng)絡能力抽象成服務對外開放，實現(xiàn)云網(wǎng)協(xié)同、云邊協(xié)同、云端協(xié)同，支撐行業(yè)應用靈活、高效地部署到網(wǎng)絡邊緣，滿足高速率、低時延、業(yè)務本地化的應用創(chuàng)新需求。

5G SA核心網(wǎng)：浪潮智能工廠5G SA核心網(wǎng)基于SBA服務化架構(gòu)，使能敏捷高效地創(chuàng)建“網(wǎng)絡切片”，不同的切片應對工業(yè)的多樣化的5G案例，網(wǎng)絡切片通過靈活的網(wǎng)絡資源組合，為工業(yè)的5G應用保障不同的QoS，可大大提升網(wǎng)絡服務質(zhì)量，并可降低部署成本。5G SA核心網(wǎng)的用戶面和控制面徹底分離，使能UPF（用戶面功能）實現(xiàn)下沉和分布式部署。這種分離架構(gòu)，使MEC（多接入邊緣計算）成為可能，并分布式部署于網(wǎng)絡接入側(cè)、本地側(cè)、匯聚側(cè)和核心側(cè)。分布式的UPF/MEC意味著內(nèi)容和服務將從互聯(lián)網(wǎng)走進移動內(nèi)網(wǎng)，使之更接近用戶側(cè)，從而減少網(wǎng)絡傳輸時延，并減輕核心網(wǎng)和骨干傳輸網(wǎng)絡負擔，可實現(xiàn)工業(yè)自動控制、遠程控制、AR/VR等低時延、大帶寬5G應用。

智能化應用及管理，保障生產(chǎn)高效運行

智能巡檢：依托運營商5G網(wǎng)絡能力和浪潮邊緣計算能力，為巡檢機器人提供更穩(wěn)定的信號連接，并且在邊緣側(cè)部署地圖共享、路線規(guī)劃、調(diào)度管理等應用能力，實現(xiàn)巡檢機器人的遠程控制和調(diào)度，同時巡檢機器人搭載高清攝像頭，通過5G網(wǎng)絡回傳實時高清巡檢畫面、設備信息等數(shù)據(jù)，系統(tǒng)通過對采集到的數(shù)據(jù)進行人工智能分析，判斷熟化車間內(nèi)設備是否存在異常。后臺人員可對巡檢機器人進行遠程實時控制，針對熟化車間設備進行重點巡查，節(jié)省大量人力物力。

AGV調(diào)度系統(tǒng)：相比于4G和wifi，5G網(wǎng)絡能夠為AGV運輸車提供更穩(wěn)定的信號連接，而且在邊緣側(cè)部署導引定位、路線規(guī)劃、任務調(diào)度、運動控制、信息融合等應用能力，利用邊緣計算強大的計算力，部署AGV調(diào)度系統(tǒng)，解耦上位機，提供更靈活，更輕量化的AGV解決方案。

一體化智能運營管理系統(tǒng)：浪潮智能工廠利用5G+邊緣計算的實時渲染能力建立3D數(shù)字沙盤，利用XR平臺能力建立工廠大屏，新增高位監(jiān)控攝像頭對全廠進行無盲點監(jiān)控，可以給巡檢機器人提供視頻流數(shù)據(jù)，并作為沙盤視頻流采集設備。通過5G網(wǎng)絡將實時采集到的數(shù)據(jù)呈現(xiàn)在工廠大屏上，實現(xiàn)面向工廠數(shù)據(jù)管理的控制平臺，平臺能夠?qū)崿F(xiàn)運行PLC系統(tǒng)的各項關(guān)鍵數(shù)據(jù)進行綜合展現(xiàn)，支持從基礎設施、數(shù)據(jù)分析管理等多個維度進行日常運行監(jiān)測與管理，以及突發(fā)事件下的應急指揮調(diào)度管理。

3 效益分析

視頻網(wǎng)聯(lián)平臺結(jié)合5G網(wǎng)絡和浪潮邊緣計算能力，將視頻計算、存儲前置到邊緣機房處理，使大量數(shù)據(jù)在本地處理，端到云的訪問頻率減少80%以上，從而減少了建設成本,提高視頻網(wǎng)聯(lián)服務平臺的處理效率和服務能力。邊緣計算平臺的部署，實現(xiàn)數(shù)據(jù)不出工廠，有效保證工廠數(shù)據(jù)安全，同時利用5G低時延的傳輸能力，結(jié)合部署到工廠的邊緣計算平臺能力，可以在毫秒級完成前端采集到后端數(shù)據(jù)傳輸，數(shù)據(jù)分析處理。

針對5G網(wǎng)絡安全問題，5G SA組網(wǎng)架構(gòu)下UPF可以專注于轉(zhuǎn)發(fā)，提升轉(zhuǎn)發(fā)效率，另一方面控制面位于核心DC處（安全性可靠性得到保障），而UPF可以下沉到邊緣側(cè)，與MEC結(jié)合，降低傳輸時延、減少帶寬壓力。為解決5G中存在的安全問題，常用的方式是部署安全服務鏈。安全服務鏈按照一定的順序串接各種虛擬（或物理）安全設備，對5G網(wǎng)絡切片進行安全防護。根據(jù)用戶需求，vSF（Virtualized Security Function，虛擬安全功能）部署于5G中的不同位置，可以專屬于某一個網(wǎng)絡切片，也可以是多個切片共用。當vSF部署于DU和CU之間時，可以處理來自無線側(cè)的DDoS；當vSF部署于UPF和外部網(wǎng)絡之間時，可以處理來自外部網(wǎng)絡（如Internet）的攻擊；當vSF部署于控制面切片內(nèi)，可以監(jiān)聽網(wǎng)元間的流量。通過在5G網(wǎng)絡中引入安全服務鏈，可以有效了提高整個網(wǎng)絡的安全性和可靠性。

以5G技術(shù)的高速率、低時延高可靠和移動邊緣計算等特性，與大數(shù)據(jù)、物聯(lián)網(wǎng)、人工智能技術(shù)進行有機的結(jié)合，以數(shù)據(jù)為核心，打造企業(yè)大腦，賦能工廠安全、管理、經(jīng)營和服務環(huán)節(jié)，加速實現(xiàn)智能制造，全面賦能工業(yè)企業(yè)數(shù)字化轉(zhuǎn)型。

4 結(jié)語

在浪潮產(chǎn)業(yè)園內(nèi)，建設基于5G邊緣計算的智能工廠，利用5G的高速率、低時延、高可靠特性以及邊緣計算平臺能力，實現(xiàn)工廠智能化生產(chǎn)及運營管理。自落地實施以來，大大提高自動化管理能力，提高工廠運營效率，資源利用率提升約62.4%，產(chǎn)能提升9.8%，產(chǎn)品下線一次合格率提升0.8%，平均庫齡減少一個月。同時自動化設備能夠保障24小時穩(wěn)定生產(chǎn)，節(jié)省人員投入成本，人員傷害等生產(chǎn)事故的發(fā)生概率降低，保障安全生產(chǎn)，成效顯著。

基于5G的邊緣計算適用范圍廣，不僅可用于智慧工廠的智能化建設，其成果可全面應用于新型5G數(shù)字化經(jīng)濟建設工作，具有以下效益：

創(chuàng)新：促進技術(shù)創(chuàng)新，差異化業(yè)務靈活承載，促進工廠制造業(yè)等的智能化建設。

降本：實現(xiàn)智能化生產(chǎn)及運維，降低運維人員成本；合理利用資源，降低資源成本。

增效：提高運行效率及運維效率、提升用戶應用體驗。

安全：邊緣計算能力保障數(shù)據(jù)隱私，提高數(shù)據(jù)安全性；安全生產(chǎn)，減少生產(chǎn)事故。

2020年2月6日，應國家某疫情防控信息系統(tǒng)建設及部分省市疫情防控應急需求，經(jīng)山東省工信廳批準，浪潮集團智能工廠緊急復工，生產(chǎn)供國家調(diào)度的用于防疫的服務器等信息化產(chǎn)品，為全國疫情防控信息系統(tǒng)建設提供支撐。短短一周時間完成國家1500臺服務器訂單任務交付，依托5G邊緣計算、大數(shù)據(jù)、人工智能等信息科技手段助力打贏這場防疫阻擊戰(zhàn)。

5G網(wǎng)絡技術(shù)領先是5G成功的基礎，5G應用技術(shù)領先是5G成功的關(guān)鍵。作為有著長期的行業(yè)數(shù)字化轉(zhuǎn)型實踐、能夠融合云數(shù)智技術(shù)和良好的生態(tài)整合能力“云+數(shù)+AI”新型互聯(lián)網(wǎng)企業(yè)，浪潮將加快5G與行業(yè)結(jié)合能力，助力行業(yè)數(shù)字化轉(zhuǎn)型。

摘自《自動化博覽》2020年3月刊