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案例頻道1 目標和概述
1.1 概述
工業制造企業面臨實時生產數據得不到反饋，企業無法做出決策；產品生命周期環節管理不到位，不能預測維護等；生產資源配置不夠優化，協同管理未發揮真正優勢等現狀，亟需轉型升級。隨著5G技術的應用， 也對工業制造企業帶來了新的挑戰。
基于歐洲電信標準化協會（ European Telecommunications Standards Institute，ETSI） 對多接入邊緣計算（Multi-access Edge Computing, MEC）的定義，綜合考慮工業環境下多樣化的接入方式，典型業務場景對帶寬、算力和存儲的需求，復雜部署環境對設備可靠性的挑戰，以及運維簡單性等因素， 蘇州凌犀物聯網技術有限公司（以下簡稱：凌犀）面向工業制造場景推出了軟硬一體化的5G+MEC全域物聯解決方案，為智慧工廠提供一站式ICT平臺。結合MEC平臺信息安全、大帶寬、低時延、多接入的特點，重點聚焦在工業4.0、智能制造、工業物聯網等領域為客戶提 供系統性的解決方案和交鑰匙工程。
1.2 目標
5G+MEC全域物聯解決方案打造面向千行百業的 工業現場智慧體，將云計算平臺從網絡內部遷移到網絡邊緣，減少移動業務的端到端交互時延，有效抑制網絡擁塞，發掘無線網絡內在能力，提升用戶體驗并促進業務創新。MEC在接近移動用戶終端的無線接入網內提
供了云化的IT服務環境及計算能力，集成面向行業的AI 解決方案，進一步提升工業現場的感知和決策能力。基于MEC技術實現的移動業務具有本地化、近距離、低時延、位置感知及網絡信息感知等特點。移動運營商可利用部署于網絡邊緣的計算資源，為各種應用提供生產運行環境，實現移動業務的“下沉”。
2 解決方案介紹
5G+MEC全域工業物聯平臺，支持工業寬帶視頻業務、工業窄帶業務、工業5G直連業務、邊緣實時計算服務、云端提供透明工廠管理以及人工智能AI服務， 并且面向第三方的數據連接API。
5G+MEC全域工業物聯平臺特色：
內置5G+MEC全域物聯典型應用；
內置AI算力，基于霧模型打造面向工業設備的分子級數據標識；
提供面向行業流程的AI模型，進行現場級場景聯動編排；
提供面向設備的預測性維護解決方案；
應用保護，不同應用共享同一MEC主機的同時通過容器技術相互隔離；
云邊協同， 運維簡便， 邊緣側負責實時計算、轉發和存儲，中心云負責配置和維護；
信息安全，支持邊緣獨立部署，保護數據安全；VPN起核心作用。
2.1 系統架構（如圖1所示）
圖1 系統架構
2.1.1 工業物聯平臺
(1) 無線SCADA：8通道全雙工擴頻通信，毫秒級時延，連接短字節、高頻次、廣分布的采集和控制類終端；
(2) Wi- Fi： 外置高增益天線， 覆蓋半徑可達 50m，用于對接視頻交互類終端。可同時連接32個終端；
(3) 5G：自研高性能模塊，下行2Gbps，上行630Mbps，支持全網通，用于進行現場協同、邊云協同、現場和駕駛艙協同。
2.1.2 智能制造平臺
（1）內置呼美（安燈）系統；
（2）內置透明工廠系統；
（3）支持3rd 智能制造系統部署；
（4）只需1套設備，解決5M1E的管理，開箱即用；
（5）高性能4核 CPU處理平臺；
（6）自研數據優化處理算法，保障系統流暢運行。
2.1.3 AI計算平臺
（1）機器視覺離崗報警、設備狀態推送；
（2） 振動監測預測性維護PHM；
（3） AGV視覺導航，叉車自動駕駛；
（4） AOI質檢、表面缺陷檢測算法；
（5）機器視覺作業規范檢測報警，產量統計；
（6）4核高性能處理器；
（7）8GB內存，128GB系統盤；
（8）內置1TB固態硬盤，數據存本地，隨時調檔；
（9）自研容器化服務部署平臺；
（10）支持3rd AI模型部署。
2.2 軟件平臺
2.2.1 客戶機/服務器（C/S）結構
C/S結構中客戶機和服務器之間的通信以“請求-響應”的方式進行。客戶機先向服務器發出請求，服務器再響應請求。如圖2所示。
圖2 C/S結構通信
C/S結構不是一個主從環境，而是一個平等的環境，即C/S系統中各計算機在不同的場合既可能是客戶機，也可能是服務器。在C/S應用中，用戶只需關注解決自己的應用問題，而無需關注這些應用問題由系統中哪臺或哪幾臺計算機來完成。如在SCADA系統中， 當SCADA服務器向PLC請求數據時，它是客戶機，而當其他操作站向SCADA服務器請求服務時，它就是服 務器。顯然，這種結構可以充分利用兩端硬件環境的優勢，將任務合理分配到客戶端和服務器端來實現，降低系統的通訊開銷。
2.2.2 瀏覽器/服務器（B/S）結構
隨著Internet的普及和發展，以往的主機/終端和C/S結構都無法滿足當前全球網絡開放、互連、信息隨處可見和信息共享的新要求，于是出現了B/S型結構。如圖3所示。
圖3 B/S結構通信
在B/S結構中，用戶可以通過瀏覽器訪問Internet 上的文本、數據、圖像、動畫、視頻點播和聲音信息， 這些信息都是由許許多多的Web服務器產生的，而每一個Web服務器又可以通過各種方式與數據庫服務器連接，大量的數據實際存放在數據庫服務器中。B/S結構的優點是客戶機統一采用瀏覽器，這不僅方便用戶使用，而且使客戶端不存在維護的問題。
2.3 數據通訊
支持半雙工、全雙工通信。
2.4 安全措施
在網絡系統中采用強的網絡安全技術——VPN。虛擬私有云（Virtual Private Cloud，VPC）利用隧道將分散的網絡進行有效整合管理，每個VPC子網絡均配有一個隧道號，相互之間邏輯上徹底隔離，每家企業的網絡利用VPC服務隔離出一個專有網絡，采用數字加密及網絡技術，PPTP/SSL/IPSec多重安全技術和VPN 隧道技術，保障網絡和數據的高安全性，支持永遠在線模式（ALWAYS ONLINE）、掉線重連、遠程監控和診斷、遠程配置到遠端節點，擁有擴展和拓撲靈活的特點，降低整體投資成本。
圖4 安全措施
2.5 RCMLite工業數采終端（如圖5所示）
圖5 RCMLite工業數采終端
RCMlite工業數采終端是凌犀開發的全功能物聯網數據節點單元。可提供數據采集、設備聯網、設備控制、數據傳遞、物聯網網關和邊緣計算等功能。接口豐富，功能靈活，可二次編程擴展支持各類設備。
（1）產品接口及功能
無線SCADA接口，可上聯凌犀無線SCADA自組網主機，組建凌犀無線SCADA自組網，做到開機即 聯網；
兩個10/100M以太網接口，分別用于上聯主控設備或者用于有線組網、下聯用戶設備；
一路RS485串口，連接多臺用戶設備；
兩路RS232串口，既可上聯主控設備，也可連接用戶設備，還可擴展功能模塊;
內置數字溫濕度傳感器；
提供8進8出共16路輸入輸出開關量通道，輸出開關量采用繼電器隔離，輸入開關量采用光耦隔離；
支持0~5V、4~20mA模擬量接口各一路，可連接各類傳感器設備和模塊；
10~36V直流寬電壓供電；
支持觸摸屏控制（可選）。
（2）設備連接能力
支持連接各類主流PLC設備，如臺達、西門子、三菱電機自動化、日立、步科、松下、歐姆龍等；
支持連接各類主流CNC設備，如發那科、奧庫瑪、三菱電機自動化等；
支持連接各類其它設備，例如注塑機、工業機器人、AOI/SPI等PC-base設備;
支持PROFINET、PROFIBUS、DeviceNet、 Ethernet、 PowerLink、Ethernet IP、Modbus RTU、Modbus TCP、CANOpen等標準工業設備訪問協議；
可通過擴展協議編程實現和其它各類設備連接能力，并支持用戶自定義協議開發。
3 代表性及推廣價值
（1）發動機裝配AR輔助系統
在不增加自動化設備和不改變工藝流程的前提下，凌犀將基于5G+MEC互聯網SCADA平臺構建的AR工業解決方案應用于某汽車發動機生產廠商的發動機裝配過程，為發動機裝配過程開發一套發動機裝配AR工作輔助系統，通過圖像識別、人工智能算法等技術實現發動機裝配過程中的零件投料、下線核驗，實現投料的智能防錯、下線的自動核驗，實現發動機裝配零件投料、下線核驗的實時、可視化管理，對裝配工作實時糾錯，提高裝配效率，降低出錯率，降低生產成本。
系統通過高清攝像頭采集發動機裝配場景中的裝配零部件、投料零部件以及工人操作過程的姿態、手勢等圖像，通過5G網絡發給部署在MEC平臺的后臺服務端進行圖像識別，實現當前工作場景語義的自動感知，并基于需求使用文本、圖像等方式進行視覺增強渲染，渲染后的結果通過5G網絡傳遞到現場操作人員佩戴的AR眼鏡。基于AR的輔助裝配，可實現基于空間定位和物體識別的數模全息顯示，應用在產品裝配的輔助裝配、線纜端接、支架拆裝、虛擬測試等各環節。
（2）無線SCADA工業無線呼叫系統——呼美
某汽車廠為加快缺料預警、設備故障保修等異常事件的處理速度，計劃用無線呼叫系統替代傳統對講機和電話等通信方式，實現生產過程信息的及時準確推送和快速響應。同時由于工廠已經投產， 汽車廠希望無線呼叫系統建設不影響既有產線的生產活動。
針對此，凌犀打造了無線SCADA工業無線呼叫系統——呼美，提供邊緣計算的高性能無線SCADA網關、語音警報器、無線呼叫器等，實現過程信息的及時有效傳遞、使工人和機器設備的最大化功效得到發揮， 從而達到降低制造成本、縮短交貨時間、提高產品質量等目的，最終實現企業效率的大幅提升及企業利潤的倍增。
摘自《自動化博覽》2021年2月刊
北京市公安局海淀分局備案號：11010802023656號