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賽特斯信息科技股份有限公司

1 目標(biāo)和概述

某鋁業(yè)作為1958年建廠的大型鋁產(chǎn)品制造加工企業(yè)，建廠時(shí)間長導(dǎo)致企業(yè)內(nèi)部各產(chǎn)線投產(chǎn)時(shí)間不一，造成內(nèi)部設(shè)備各自為治的局面。本方案旨在利用5G網(wǎng)絡(luò)，占地2300畝構(gòu)建通信高速路；通過邊緣計(jì)算網(wǎng)關(guān)、邊緣計(jì)算平臺與定制化應(yīng)用實(shí)現(xiàn)運(yùn)行監(jiān)控自動化、功能組件智能化、決策輔助可視化的目標(biāo)。

本方案依托在園區(qū)內(nèi)構(gòu)建的5G專網(wǎng)與賽特斯自主研發(fā)的邊緣計(jì)算平臺，保證企業(yè)核心工藝數(shù)據(jù)安全，滿足企業(yè)數(shù)據(jù)不出廠的基本要求。現(xiàn)階段的實(shí)施包括8大場景：可視化數(shù)字工廠、生產(chǎn)能耗管理、污水處理管理、鋁板表面瑕疵監(jiān)測、鋁板生產(chǎn)工藝監(jiān)控、鋁板出庫監(jiān)管、工區(qū)安防監(jiān)控、OICT數(shù)據(jù)融合中心。場景覆蓋南平鋁業(yè)總廠、輕量化分廠、板帶分公司。

本方案創(chuàng)新點(diǎn)在于以O(shè)ICT融合數(shù)據(jù)中心為核心，運(yùn)用5G、邊緣計(jì)算、AI、傳感等技術(shù)實(shí)現(xiàn)廠區(qū)內(nèi)鋁板生產(chǎn)過程的覆蓋，通用技術(shù)與定制化流程相結(jié)合，具有衍生復(fù)制與快速落地的能力。

2 方案介紹

冶煉行業(yè)邊緣計(jì)算融合創(chuàng)新方案以邊緣計(jì)算平臺為核心，通過5G專網(wǎng)實(shí)現(xiàn)園區(qū)內(nèi)通訊鏈路的搭建，利用邊緣計(jì)算網(wǎng)關(guān)與邊緣計(jì)算平臺構(gòu)建企業(yè)內(nèi)部OICT融合數(shù)據(jù)中心。現(xiàn)場業(yè)務(wù)以邊緣計(jì)算網(wǎng)關(guān)為橋梁聯(lián)通工業(yè)現(xiàn)場設(shè)備與邊緣計(jì)算平臺內(nèi)的應(yīng)用，邊緣計(jì)算平臺部署在南平鋁業(yè)數(shù)據(jù)中心內(nèi)，通過專線與運(yùn)營商網(wǎng)絡(luò)相連，在邊緣計(jì)算平臺上部署用戶面功能（UserPlaneFunction，UPF）實(shí)現(xiàn)5G數(shù)據(jù)的本地化處理。本階段在南平鋁業(yè)能實(shí)現(xiàn)以下8大功能。

（1）可視化數(shù)字工廠：在工廠鋁板加工產(chǎn)前的數(shù)字化聯(lián)網(wǎng)，采用邊緣計(jì)算網(wǎng)關(guān)將中頻爐、冷棒機(jī)械手、熱棒機(jī)械手、擠壓機(jī)、風(fēng)箱工藝、上牽引機(jī)、下牽引機(jī)等設(shè)備的生產(chǎn)數(shù)據(jù)、運(yùn)行日志與缺陷告警通過5G高速網(wǎng)絡(luò)實(shí)時(shí)回傳至邊緣計(jì)算平臺，進(jìn)行可視化展示。

根據(jù)生產(chǎn)數(shù)據(jù)實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)節(jié)拍、生產(chǎn)進(jìn)度、生產(chǎn)效率等相關(guān)信息的綜合展示，為企業(yè)提供生產(chǎn)進(jìn)度可視、故障位置可見、生產(chǎn)效率可觀的綜合展示能力。南平鋁業(yè)新擠壓車間3D可視化數(shù)字孿生應(yīng)用如圖1所示。

圖1 南平鋁業(yè)新擠壓車間3D可視化數(shù)字孿生應(yīng)用

（2）生產(chǎn)能耗管理：廠區(qū)內(nèi)部通過布置互感器、更換智能計(jì)量設(shè)備、采集現(xiàn)有數(shù)字化儀表實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)全量采集，根據(jù)工廠排產(chǎn)計(jì)劃動態(tài)監(jiān)控水、電、氣的能耗情況，根據(jù)歷史數(shù)據(jù)為企業(yè)提供排產(chǎn)與用能建議，并向企業(yè)提供多維度靈活分析報(bào)表。南平鋁業(yè)綜合能耗管理應(yīng)用如圖2所示。

圖2 南平鋁業(yè)綜合能耗管理應(yīng)用

（3）污水處理管理：在鋁板表面加工過程中會產(chǎn)生有毒有害廢水，工廠建有污水處理池，分為調(diào)節(jié)池、中和池、反應(yīng)池、沉淀池、清水池，配備鼓風(fēng)機(jī)、攪拌機(jī)、壓濾機(jī)等專有器材。當(dāng)前采用人工方式管理，無自動化手段，有潛在隱患。本次通過在污水處理現(xiàn)場增設(shè)邊緣計(jì)算網(wǎng)關(guān)實(shí)時(shí)掌握污水廠運(yùn)作狀況（污水液位、儲氮管、液堿、硫酸、絮凝劑等），同時(shí)增設(shè)電控閥門、聲光告警裝置。邊緣網(wǎng)關(guān)在邊緣側(cè)實(shí)時(shí)分析運(yùn)作情況，在邊緣側(cè)以邊邊協(xié)同能力針對上游車間發(fā)出聲光預(yù)警，在緊急情況下排污口進(jìn)行控制手段。

（4）鋁板表面瑕疵監(jiān)測：鋁板表面處理完成后，原采用人工抽檢，監(jiān)測效率低、監(jiān)測精度差、漏檢誤報(bào)等現(xiàn)象時(shí)有發(fā)生。在生產(chǎn)環(huán)節(jié)增設(shè)矩陣相機(jī)配合邊緣計(jì)算網(wǎng)關(guān)，通過專用模型進(jìn)行實(shí)時(shí)分析處理。提供鋁板表面漆炮、噴流、臟點(diǎn)、露底、擦花、桔皮、起坑等缺陷的實(shí)時(shí)分析，并與產(chǎn)線聯(lián)動，在可視化數(shù)字工廠提升良品率指標(biāo)。如圖3、圖4所示。

圖3 南鋁板帶鋁卷表面檢

圖4 鋁卷材料表面檢統(tǒng)計(jì)分析應(yīng)用

（5）鋁板生產(chǎn)工藝監(jiān)控：在鋁板生產(chǎn)卷裝環(huán)節(jié)，鋁材表面溫度為重要考量指標(biāo)，關(guān)系到產(chǎn)品表面整潔度。改造前采用手動采集鋁材溫度、人工開啟降溫風(fēng)扇加快降溫的方式，存在無法全局掌控板材溫度、風(fēng)扇啟停調(diào)度粗獷、板材擺放不合理等問題。通過邊緣計(jì)算網(wǎng)關(guān)調(diào)度實(shí)時(shí)掌控各貨架鋁板溫度，基于降溫預(yù)測模型實(shí)現(xiàn)有序地降溫操作，提高鋁板良品率，優(yōu)化車間用能，提高車間生產(chǎn)效率。

（6）鋁板出庫監(jiān)管：改造前南平鋁業(yè)出庫管理是貨車司機(jī)持出庫單進(jìn)行提貨，提貨前后對車輛進(jìn)行稱重用于復(fù)核發(fā)貨重量。本次改造通過攝像頭、地泵、聲光告警等設(shè)備與邊緣計(jì)算網(wǎng)關(guān)進(jìn)行聯(lián)動，邊緣計(jì)算網(wǎng)關(guān)調(diào)配地磅數(shù)據(jù)、視頻數(shù)據(jù)、聲光告警設(shè)備實(shí)現(xiàn)鋁板無人出庫。大幅提升出庫效率，有效提高準(zhǔn)確度，減少舞弊現(xiàn)象的發(fā)生。

（7）工區(qū)安防監(jiān)控：改造前場內(nèi)安防監(jiān)控通過人工方式進(jìn)行巡查。人工巡查存在工作強(qiáng)度大、人員疲勞造成漏判等問題。將現(xiàn)有系統(tǒng)與邊緣計(jì)算平臺打通，在尚未布線的區(qū)域可以通過5GCPE靈活地新增攝像頭監(jiān)控點(diǎn)位。在邊緣計(jì)算平臺上部署的視覺AI安防功能可以實(shí)現(xiàn)安全規(guī)范（安全操作、安全帽、電工鞋、工裝等），避免違規(guī)操作（帶電作業(yè)、違章操作）、區(qū)域跨越（禁區(qū)、危險(xiǎn)區(qū)）、風(fēng)險(xiǎn)隱患（明火、煙霧、吸煙）。南平鋁業(yè)無人值守地磅應(yīng)用架構(gòu)圖如圖5所示。

圖5 南平鋁業(yè)無人值守地磅應(yīng)用架構(gòu)圖

（8）OICT數(shù)據(jù)融合中心：企業(yè)內(nèi)部分為工控網(wǎng)、生產(chǎn)網(wǎng)、辦工網(wǎng)等，通過本次OICT數(shù)據(jù)融合中心改造將三網(wǎng)貫通，并采用相應(yīng)安全隔離層數(shù)，保證系統(tǒng)數(shù)據(jù)安全。將傳統(tǒng)的信息孤島進(jìn)行融合，加以5G邊緣計(jì)算平臺為其在場內(nèi)構(gòu)建出按需擴(kuò)展的通路、本地可控的基礎(chǔ)設(shè)施平臺，為后續(xù)部署企業(yè)進(jìn)一步數(shù)字化轉(zhuǎn)型提供堅(jiān)實(shí)基礎(chǔ)。5GAI視覺安防（智慧天眼）如圖6所示，南鋁板帶風(fēng)機(jī)無人化控制改造如圖7所示。

圖6 5G AI視覺安防（智慧天眼）

圖7 南鋁板帶風(fēng)機(jī)無人化控制改造

3 代表性及推廣價(jià)值

在本次推行5G邊緣計(jì)算改造中提升生產(chǎn)效率35%，自項(xiàng)目建成，累計(jì)為工程節(jié)約能耗費(fèi)用600萬元，節(jié)約人員成本1200萬元。在當(dāng)?shù)匾约靶袠I(yè)內(nèi)部起到良好的標(biāo)桿示范作用，相關(guān)應(yīng)用場景在行業(yè)內(nèi)具有廣泛適用性，并可以輻射帶動當(dāng)?shù)刂圃鞓I(yè)企業(yè)。

本次項(xiàng)目為企業(yè)提供一種可復(fù)制的降本增效手段，預(yù)計(jì)年均為企業(yè)創(chuàng)造產(chǎn)值近千萬元。同時(shí)在冶煉與鋁加工行業(yè)作為重污染行業(yè)，通過邊緣計(jì)算賦能為工區(qū)內(nèi)增設(shè)一面環(huán)保屏障。

摘自《自動化博覽》2022年2月刊