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1 目標和概述

5G與工業互聯網融合應用尚處于探索初期，企業內5G網絡部署架構及網絡建設、運維、管理等模式尚不清晰，國內5G和工業互聯網融合應用標準及研發驗證體系尚未建立，工業企業和ICT企業的5G融合應用的解決方案及設備的研發還沒有相應研發網絡驗證環境的支撐，大大延緩了融合應用的研發進度。這使得5G在工業領域的應用進度緩慢。另外，工業企業對于5G的認識還處于較淺層次，對于5G網絡能用在工業內哪些環節，開展哪些應用尚不清晰，因此亟需建立5G應用互聯網平臺，即5G工業“操作系統”。

5G MEC（5G邊緣計算）是可以融合網絡、計算、存儲、應用等核心能力的開放平臺，它部署在靠近生產設備的網絡邊緣側，可就近提供邊緣智能服務，滿足行業數字化在敏捷連接、實時業務、數據優化、應用智能、安全與隱私保護等方面的關鍵需求。數據不用再傳到遙遠的云端，在邊緣側就能解決，更適合工業互聯網實時的數據分析和智能化處理，具有安全、快捷、易于管理等優勢，能更好地支撐工業互聯網大量本地業務的實時智能化處理與執行，滿足網絡的實時需求。

2 解決方案介紹

2.1 網絡架構

當前工業企業對“技術和應用下沉、應用本地化、內容分布化、計算邊緣化”的需求特點，采取純5G網絡邏輯切片、公網&私網共用基站設施、所有網絡本地獨立部署三種組網模式，保證不同的安全等級需求。通過配置不同的網絡切片，適用于對數據安全性不是特別敏感用戶；通過本地邊緣云計算，在企業本地化部署相應的MEC邊緣計算硬件設備，滿足企業響應服務需求；對安全需求等級高的企業，對企業部署單獨的網絡，開放安全能力，按需組合，提供靈活、可定制的差異化安全能力。

本項目目標是通過5G工業互聯網、大數據和人工智能等技術，打造工廠全信息集成平臺，實現工廠中的控制數據、工藝數據、運營數據、經營數據的標準化表示，打破系統之間的信息壁壘，提供跨行業跨領域連接工業企業的解決方案，幫助企業實現業務流程去中心化。網絡架構如圖1所示。

圖1 網絡架構圖

2.2 5G+supOS工業互聯網平臺架構

通過模型化的內容組織形式，構建集操作行為、生產數據、工藝參數、質量標準、安全環保、經營策略于一體的基于5G的工廠全信息平臺，助力企業實現工藝尋優、操作尋優和運營優化的目標。通過實現異構數據管理并基于異構數據開發工業機理模型，建設工業APP和微組件資源池，建設開發者社區。

同時，基于對工業大數據及工業應用的積累，形成通用數據、系統集成接口技術要求、平臺功能規范等標準。通過項目的實施，加速工業知識復用和創新，促進制造業供需對接和迭代創新，發展網絡協同制造、柔性生產等制造業新模式，加速制造業數字化、網絡化、智能化轉型。

圖2 5G+supOS工業互聯網平臺架構

5G+supOS工業互聯網平臺作為工業操作系統，可實現系統數據接入；數據標準化和對象信息模型的運行期管理；多元數據預處理、存儲、壓縮處理，提供實時和歷史數據查詢服務；計算資源管理和服務治理；業務流搭建，提供一個信息融合、多元數據混合的快速構建平臺；工業大數據分析，提供大數據挖掘和分析的常用算法庫，大數據云存儲和分析服務；人工智能應用，提供智能優化算法、機器學習和深度學習等功能，實現人工智能技術在工業領域的深度應用；信息安全防護，提供從云、企、端全方位的信息安全防護方案，實現數據安全、信息安全和物理安全等。5G+工業互聯網平臺的軟件模塊層次如圖3所示。

圖3 5G+工業互聯網平臺的軟件模塊層次圖

2.3 MEC工業互聯網平臺功能

設備層：包括現場裝備設備、DCS、5G+supOS工業互聯網平臺的前端數據采集模塊。

平臺層：5G+supOS工業互聯網平臺提供數據接入、數據存儲、數據管理、數據分析等基礎功能，同時提供可擴展的工業機理模型、工業微服務等功能，為上層應用開發提供通用功能。

應用層：通過對平臺提供的大數據技術、工業機理模型、工業微服務等功能的綜合調用，實現設備狀態預測、工藝尋優、操作尋優和運營優化等。

3 兆豐機電5G工業互聯網示范項目介紹

（1）5G云化AGV

當前AGV（Automated Guided Vehicles）需要大量的傳感器和強力計算單元，造價過高且無法形成協同調度。在智能制造生產場景中，利用5G的低時延、大帶寬和廣連接的特性，將AGV所需資源云化，在園區實行層級部署，實現顯著降低成本并可協同調度的目標。

本項目是驗證5G網絡環境下AGV在倉儲或在生產線上的應用，項目分以下部分進行，首先，在試點企業園區架構部署5G基站；其次，安裝搭建滿足本項目應用研發驗證的網絡測試環境，測試基于5G的AGV運行效果；最后，測試5G網絡環境下機器人調度系統控制任務下發、交通管理、路徑規劃、調度管理、設備管理及告警聯動等效果。

圖4 5G網絡環境下AGV在倉儲或在生產線上的應用

價值分析：可實現智能化倉庫管理、分揀、搬運等功能，提升倉儲作業效率及管理水平；多路徑最優規劃，提供最短路徑形式，避讓控制，路徑重新規劃控制；支持柔性生產，適用于多批次，小批量的定制性生產服務，任務合理分配，實現系統負載均衡。

圖5 基于5G+supOS的工業視覺分析方案

使用主要的5G網絡的功能和性能指標有：URLLC（2ms的延時），移動類型，活動范圍在200平方內，移動的速度大約是5公里/小時，一個基站連接終端數量要求是不超過50個。

（2）工業視覺分析

工業機器視覺在汽車行業有著普遍的應用，可大大提高工作效率，保證工作質量。兆豐機電在以下場景中實現5G+工業互聯網+融合應用。

在場景中我們將持續采集軸承淬火工藝的高清視頻，基于5G的eMBB切片上傳到MEC，通過MEC邊緣計算機器視覺分析模塊，對軸承的送件位置、加熱線圈的定位位置以及軸承加熱后的熱成像圖進行分析。結合歷史上該生產工藝的樣本數據，進而分析生產設備的運行狀態、故障和預測維護等數據，保證生產的安全性，提高軸承的成品率。

MEC作為邊緣計算節點，不僅可以實現數據的本地存儲與分流，進一步降低時延，同時還可以利用其強大的計算能力，對數據進行預處理，深度挖掘；supOS作為開放的工業互聯網操作系統平臺，可以引入各類第三方APP，針對企業不同需求做到快速靈活部署，同時可以對不同數據進行融合，結合中控深耕流程化工行業的豐富經驗，提升數據價值。

方案優勢：綜合該平臺部署在淬火工藝等機器視覺分析、5G網絡優勢、多路4K高清視頻抓取，直擊整個制造行業痛點，使系統快速部署不再成為障礙，本次5G+MEC+supOS工業互聯網平臺在兆豐機電成功落地。

使用主要的5G網絡的功能和性能指標有：eMBB (30M/s)，靜態類型，活動范圍在200平方內，一個基站連接終端數量要求是不超過10個。

（3）基于5G AR巡檢

目前兆豐項目引入了360度無死角的AR技術，未來可以對建模的設備進行遠程的維修， AR將提升生產力和運營效率，降低總體成本，加速工業互聯網化和云化的進程。

圖6 基于5G AR巡檢方案

在實際的使用中，AR可以使用在設備模型、視頻標記、AR疊加和語音交互上。很多企業發現他們的生產線都有一個特點，即跨區域、跨地區的分散式生產。這些都離不開工業軟件提供的數據支持，僅僅是一個智能制造的生態環境，AR能完美的融合到這個生態中幫助解決實際問題。

使用主要的5G網絡功能和性能指標：eMBB（50M/s），動態類型，活動范圍在200平方內，移動速度不超過5公里/小時。URLLC（延時小于1ms），一個基站連接終端數量要求不超過10個。

摘自《自動化博覽》2020年6月刊