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1 目標和概述

1.1 概述

工業(yè)制造企業(yè)面臨實時生產(chǎn)數(shù)據(jù)得不到反饋，企業(yè)無法做出決策；產(chǎn)品生命周期環(huán)節(jié)管理不到位，不能預(yù)測維護等；生產(chǎn)資源配置不夠優(yōu)化，協(xié)同管理未發(fā)揮真正優(yōu)勢等現(xiàn)狀，亟需轉(zhuǎn)型升級。隨著5G技術(shù)的應(yīng)用， 也對工業(yè)制造企業(yè)帶來了新的挑戰(zhàn)。

基于歐洲電信標準化協(xié)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(yè)環(huán)境下多樣化的接入方式，典型業(yè)務(wù)場景對帶寬、算力和存儲的需求，復(fù)雜部署環(huán)境對設(shè)備可靠性的挑戰(zhàn)，以及運維簡單性等因素， 蘇州凌犀物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)有限公司（以下簡稱：凌犀）面向工業(yè)制造場景推出了軟硬一體化的5G+MEC全域物聯(lián)解決方案，為智慧工廠提供一站式ICT平臺。結(jié)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(yè)4.0、智能制造、工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)等領(lǐng)域為客戶提 供系統(tǒng)性的解決方案和交鑰匙工程。

1.2 目標

5G+MEC全域物聯(lián)解決方案打造面向千行百業(yè)的 工業(yè)現(xiàn)場智慧體，將云計算平臺從網(wǎng)絡(luò)內(nèi)部遷移到網(wǎng)絡(luò)邊緣，減少移動業(yè)務(wù)的端到端交互時延，有效抑制網(wǎng)絡(luò)擁塞，發(fā)掘無線網(wǎng)絡(luò)內(nèi)在能力，提升用戶體驗并促進業(yè)務(wù)創(chuàng)新。MEC在接近移動用戶終端的無線接入網(wǎng)內(nèi)提

供了云化的IT服務(wù)環(huán)境及計算能力，集成面向行業(yè)的AI 解決方案，進一步提升工業(yè)現(xiàn)場的感知和決策能力。基于MEC技術(shù)實現(xiàn)的移動業(yè)務(wù)具有本地化、近距離、低時延、位置感知及網(wǎng)絡(luò)信息感知等特點。移動運營商可利用部署于網(wǎng)絡(luò)邊緣的計算資源，為各種應(yīng)用提供生產(chǎn)運行環(huán)境，實現(xiàn)移動業(yè)務(wù)的“下沉”。

2 解決方案介紹

5G+MEC全域工業(yè)物聯(lián)平臺，支持工業(yè)寬帶視頻業(yè)務(wù)、工業(yè)窄帶業(yè)務(wù)、工業(yè)5G直連業(yè)務(wù)、邊緣實時計算服務(wù)、云端提供透明工廠管理以及人工智能AI服務(wù)， 并且面向第三方的數(shù)據(jù)連接API。

5G+MEC全域工業(yè)物聯(lián)平臺特色：

• 內(nèi)置5G+MEC全域物聯(lián)典型應(yīng)用；

• 內(nèi)置AI算力，基于霧模型打造面向工業(yè)設(shè)備的分子級數(shù)據(jù)標識；

• 提供面向行業(yè)流程的AI模型，進行現(xiàn)場級場景聯(lián)動編排；

• 提供面向設(shè)備的預(yù)測性維護解決方案；

• 應(yīng)用保護，不同應(yīng)用共享同一MEC主機的同時通過容器技術(shù)相互隔離；

• 云邊協(xié)同， 運維簡便， 邊緣側(cè)負責(zé)實時計算、轉(zhuǎn)發(fā)和存儲，中心云負責(zé)配置和維護；

• 信息安全，支持邊緣獨立部署，保護數(shù)據(jù)安全；VPN起核心作用。

2.1 系統(tǒng)架構(gòu)（如圖1所示）

圖1 系統(tǒng)架構(gòu)

2.1.1 工業(yè)物聯(lián)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(jié)、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(wǎng)通，用于進行現(xiàn)場協(xié)同、邊云協(xié)同、現(xiàn)場和駕駛艙協(xié)同。

2.1.2 智能制造平臺

（1）內(nèi)置呼美（安燈）系統(tǒng)；

（2）內(nèi)置透明工廠系統(tǒng)；

（3）支持3rd 智能制造系統(tǒng)部署；

（4）只需1套設(shè)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(shù)據(jù)優(yōu)化處理算法，保障系統(tǒng)流暢運行。

2.1.3 AI計算平臺

（1）機器視覺離崗報警、設(shè)備狀態(tài)推送；

（2） 振動監(jiān)測預(yù)測性維護PHM；

（3） AGV視覺導(dǎo)航，叉車自動駕駛；

（4） AOI質(zhì)檢、表面缺陷檢測算法；

（5）機器視覺作業(yè)規(guī)范檢測報警，產(chǎn)量統(tǒng)計；

（6）4核高性能處理器；

（7）8GB內(nèi)存，128GB系統(tǒng)盤；

（8）內(nèi)置1TB固態(tài)硬盤，數(shù)據(jù)存本地，隨時調(diào)檔；

（9）自研容器化服務(wù)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(wù)器（C/S）結(jié)構(gòu)

C/S結(jié)構(gòu)中客戶機和服務(wù)器之間的通信以“請求-響應(yīng)”的方式進行。客戶機先向服務(wù)器發(fā)出請求，服務(wù)器再響應(yīng)請求。如圖2所示。

圖2 C/S結(jié)構(gòu)通信

C/S結(jié)構(gòu)不是一個主從環(huán)境，而是一個平等的環(huán)境，即C/S系統(tǒng)中各計算機在不同的場合既可能是客戶機，也可能是服務(wù)器。在C/S應(yīng)用中，用戶只需關(guān)注解決自己的應(yīng)用問題，而無需關(guān)注這些應(yīng)用問題由系統(tǒng)中哪臺或哪幾臺計算機來完成。如在SCADA系統(tǒng)中， 當SCADA服務(wù)器向PLC請求數(shù)據(jù)時，它是客戶機，而當其他操作站向SCADA服務(wù)器請求服務(wù)時，它就是服 務(wù)器。顯然，這種結(jié)構(gòu)可以充分利用兩端硬件環(huán)境的優(yōu)勢，將任務(wù)合理分配到客戶端和服務(wù)器端來實現(xiàn)，降低系統(tǒng)的通訊開銷。

2.2.2 瀏覽器/服務(wù)器（B/S）結(jié)構(gòu)

隨著Internet的普及和發(fā)展，以往的主機/終端和C/S結(jié)構(gòu)都無法滿足當前全球網(wǎng)絡(luò)開放、互連、信息隨處可見和信息共享的新要求，于是出現(xiàn)了B/S型結(jié)構(gòu)。如圖3所示。

圖3 B/S結(jié)構(gòu)通信

在B/S結(jié)構(gòu)中，用戶可以通過瀏覽器訪問Internet 上的文本、數(shù)據(jù)、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(wù)器產(chǎn)生的，而每一個Web服務(wù)器又可以通過各種方式與數(shù)據(jù)庫服務(wù)器連接，大量的數(shù)據(jù)實際存放在數(shù)據(jù)庫服務(wù)器中。B/S結(jié)構(gòu)的優(yōu)點是客戶機統(tǒng)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(shù)據(jù)通訊

支持半雙工、全雙工通信。

2.4 安全措施

在網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)中采用強的網(wǎng)絡(luò)安全技術(shù)——VPN。虛擬私有云（Virtual Private Cloud，VPC）利用隧道將分散的網(wǎng)絡(luò)進行有效整合管理，每個VPC子網(wǎng)絡(luò)均配有一個隧道號，相互之間邏輯上徹底隔離，每家企業(yè)的網(wǎng)絡(luò)利用VPC服務(wù)隔離出一個專有網(wǎng)絡(luò)，采用數(shù)字加密及網(wǎng)絡(luò)技術(shù)，PPTP/SSL/IPSec多重安全技術(shù)和VPN 隧道技術(shù)，保障網(wǎng)絡(luò)和數(shù)據(jù)的高安全性，支持永遠在線模式（ALWAYS ONLINE）、掉線重連、遠程監(jiān)控和診斷、遠程配置到遠端節(jié)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(yè)數(shù)采終端（如圖5所示）

圖5 RCMLite工業(yè)數(shù)采終端

RCMlite工業(yè)數(shù)采終端是凌犀開發(fā)的全功能物聯(lián)網(wǎng)數(shù)據(jù)節(jié)點單元。可提供數(shù)據(jù)采集、設(shè)備聯(lián)網(wǎng)、設(shè)備控制、數(shù)據(jù)傳遞、物聯(lián)網(wǎng)網(wǎng)關(guān)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(shè)備。

（1）產(chǎn)品接口及功能

• 無線SCADA接口，可上聯(lián)凌犀無線SCADA自組網(wǎng)主機，組建凌犀無線SCADA自組網(wǎng)，做到開機即 聯(lián)網(wǎng)；

• 兩個10/100M以太網(wǎng)接口，分別用于上聯(lián)主控設(shè)備或者用于有線組網(wǎng)、下聯(lián)用戶設(shè)備；

• 一路RS485串口，連接多臺用戶設(shè)備；

• 兩路RS232串口，既可上聯(lián)主控設(shè)備，也可連接用戶設(shè)備，還可擴展功能模塊;

• 內(nèi)置數(shù)字溫濕度傳感器；

• 提供8進8出共16路輸入輸出開關(guān)量通道，輸出開關(guān)量采用繼電器隔離，輸入開關(guān)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(shè)備和模塊；

• 10~36V直流寬電壓供電；

• 支持觸摸屏控制（可選）。

（2）設(shè)備連接能力

• 支持連接各類主流PLC設(shè)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(shè)備，如發(fā)那科、奧庫瑪、三菱電機自動化等；

• 支持連接各類其它設(shè)備，例如注塑機、工業(yè)機器人、AOI/SPI等PC-base設(shè)備;

• 支持PROFINET、PROFIBUS、DeviceNet、 Ethernet、 PowerLink、Ethernet IP、Modbus RTU、Modbus TCP、CANOpen等標準工業(yè)設(shè)備訪問協(xié)議；

• 可通過擴展協(xié)議編程實現(xiàn)和其它各類設(shè)備連接能力，并支持用戶自定義協(xié)議開發(fā)。

3 代表性及推廣價值

（1）發(fā)動機裝配AR輔助系統(tǒng)

在不增加自動化設(shè)備和不改變工藝流程的前提下，凌犀將基于5G+MEC互聯(lián)網(wǎng)SCADA平臺構(gòu)建的AR工業(yè)解決方案應(yīng)用于某汽車發(fā)動機生產(chǎn)廠商的發(fā)動機裝配過程，為發(fā)動機裝配過程開發(fā)一套發(fā)動機裝配AR工作輔助系統(tǒng)，通過圖像識別、人工智能算法等技術(shù)實現(xiàn)發(fā)動機裝配過程中的零件投料、下線核驗，實現(xiàn)投料的智能防錯、下線的自動核驗，實現(xiàn)發(fā)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(chǎn)成本。

系統(tǒng)通過高清攝像頭采集發(fā)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(tài)、手勢等圖像，通過5G網(wǎng)絡(luò)發(fā)給部署在MEC平臺的后臺服務(wù)端進行圖像識別，實現(xiàn)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(jié)果通過5G網(wǎng)絡(luò)傳遞到現(xiàn)場操作人員佩戴的AR眼鏡。基于AR的輔助裝配，可實現(xiàn)基于空間定位和物體識別的數(shù)模全息顯示，應(yīng)用在產(chǎn)品裝配的輔助裝配、線纜端接、支架拆裝、虛擬測試等各環(huán)節(jié)。

（2）無線SCADA工業(yè)無線呼叫系統(tǒng)——呼美

某汽車廠為加快缺料預(yù)警、設(shè)備故障保修等異常事件的處理速度，計劃用無線呼叫系統(tǒng)替代傳統(tǒng)對講機和電話等通信方式，實現(xiàn)生產(chǎn)過程信息的及時準確推送和快速響應(yīng)。同時由于工廠已經(jīng)投產(chǎn)， 汽車廠希望無線呼叫系統(tǒng)建設(shè)不影響既有產(chǎn)線的生產(chǎn)活動。

針對此，凌犀打造了無線SCADA工業(yè)無線呼叫系統(tǒng)——呼美，提供邊緣計算的高性能無線SCADA網(wǎng)關(guān)、語音警報器、無線呼叫器等，實現(xiàn)過程信息的及時有效傳遞、使工人和機器設(shè)備的最大化功效得到發(fā)揮， 從而達到降低制造成本、縮短交貨時間、提高產(chǎn)品質(zhì)量等目的，最終實現(xiàn)企業(yè)效率的大幅提升及企業(yè)利潤的倍增。

摘自《自動化博覽》2021年2月刊