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1 背景介紹

2019年對(duì)50多個(gè)國家重點(diǎn)城市調(diào)查顯示，超過半數(shù)城市工業(yè)企業(yè)利潤負(fù)增長。原材料價(jià)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(fù)工，生產(chǎn)經(jīng)營受到極大影響。

與此同時(shí)，傳統(tǒng)企業(yè)又在生產(chǎn)、運(yùn)維及安全等方面存在設(shè)備互聯(lián)互通難、數(shù)據(jù)采集難、無法實(shí)時(shí)控制、智能性低、安全可靠性有風(fēng)險(xiǎn)等問題。

面臨內(nèi)憂外患雙重壓力，實(shí)體工業(yè)亟待5G、邊緣計(jì)算、人工智能等技術(shù)結(jié)合落地。5G具有大帶寬（eMBB）低時(shí)延（uRLLC）、海量連接（mMTC），其中專為大規(guī)模物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用而發(fā)展的mMTC，以及能滿足各種實(shí)時(shí)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(wù)器龍頭企業(yè)，攜手山東移動(dòng)，以國內(nèi)服務(wù)器領(lǐng)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(diǎn)，基于運(yùn)營商5G網(wǎng)絡(luò)的高速率、低時(shí)延、海量連接的特性，結(jié)合浪潮邊緣計(jì)算平臺(tái)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(shí)施與應(yīng)用

浪潮智能工廠是服務(wù)器領(lǐng)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(dòng)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(yùn)輸都由AGV、RGV和激光叉車完成，可提供100+類型定制化服務(wù)器產(chǎn)品。

在浪潮濟(jì)南產(chǎn)業(yè)園服務(wù)器生產(chǎn)工廠，建設(shè)了5G+邊緣計(jì)算的新型ICT基礎(chǔ)設(shè)施，工廠融合了智能制造和互聯(lián)網(wǎng)+的設(shè)計(jì)理念，面向客戶需求實(shí)現(xiàn)了網(wǎng)絡(luò)下單、定制設(shè)計(jì)、柔性生產(chǎn)和全流程智能化控制。

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

打造新型ICT基礎(chǔ)設(shè)施，支撐上層應(yīng)用

云網(wǎng)邊端一體化架構(gòu)：針對(duì)工業(yè)聯(lián)網(wǎng)設(shè)備存在通信協(xié)議不統(tǒng)一、協(xié)議標(biāo)準(zhǔn)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(jí)邊緣計(jì)算應(yīng)用場景，基于X86架構(gòu)和ARM架構(gòu)開發(fā)定制的通用型設(shè)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(yīng)用需求，封裝主流PLC廠家協(xié)議，通過平臺(tái)SDK方式，將數(shù)據(jù)回傳至邊緣計(jì)算平臺(tái)，打造云網(wǎng)邊端一體化系統(tǒng)架構(gòu)。

視頻網(wǎng)聯(lián)平臺(tái)：將視頻網(wǎng)聯(lián)平臺(tái)部署在邊緣計(jì)算平臺(tái)上，利用5G邊緣計(jì)算能力，豐富了移動(dòng)視頻采集能力，可通過5G網(wǎng)絡(luò)回傳視頻。

邊緣計(jì)算平臺(tái)：浪潮依托運(yùn)營商5G網(wǎng)絡(luò)，將計(jì)算能力與網(wǎng)絡(luò)能力抽象成服務(wù)對(duì)外開放，實(shí)現(xiàn)云網(wǎng)協(xié)同、云邊協(xié)同、云端協(xié)同，支撐行業(yè)應(yīng)用靈活、高效地部署到網(wǎng)絡(luò)邊緣，滿足高速率、低時(shí)延、業(yè)務(wù)本地化的應(yīng)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(wù)化架構(gòu)，使能敏捷高效地創(chuàng)建“網(wǎng)絡(luò)切片”，不同的切片應(yīng)對(duì)工業(yè)的多樣化的5G案例，網(wǎng)絡(luò)切片通過靈活的網(wǎng)絡(luò)資源組合，為工業(yè)的5G應(yīng)用保障不同的QoS，可大大提升網(wǎng)絡(luò)服務(wù)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(shí)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(jì)算）成為可能，并分布式部署于網(wǎng)絡(luò)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(wù)將從互聯(lián)網(wǎng)走進(jìn)移動(dòng)內(nèi)網(wǎng)，使之更接近用戶側(cè)，從而減少網(wǎng)絡(luò)傳輸時(shí)延，并減輕核心網(wǎng)和骨干傳輸網(wǎng)絡(luò)負(fù)擔(dān)，可實(shí)現(xiàn)工業(yè)自動(dòng)控制、遠(yuǎn)程控制、AR/VR等低時(shí)延、大帶寬5G應(yīng)用。

智能化應(yīng)用及管理，保障生產(chǎn)高效運(yùn)行

智能巡檢：依托運(yùn)營商5G網(wǎng)絡(luò)能力和浪潮邊緣計(jì)算能力，為巡檢機(jī)器人提供更穩(wěn)定的信號(hào)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(yīng)用能力，實(shí)現(xiàn)巡檢機(jī)器人的遠(yuǎn)程控制和調(diào)度，同時(shí)巡檢機(jī)器人搭載高清攝像頭，通過5G網(wǎng)絡(luò)回傳實(shí)時(shí)高清巡檢畫面、設(shè)備信息等數(shù)據(jù)，系統(tǒng)通過對(duì)采集到的數(shù)據(jù)進(jìn)行人工智能分析，判斷熟化車間內(nèi)設(shè)備是否存在異常。后臺(tái)人員可對(duì)巡檢機(jī)器人進(jìn)行遠(yuǎn)程實(shí)時(shí)控制，針對(duì)熟化車間設(shè)備進(jìn)行重點(diǎn)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(luò)能夠?yàn)锳GV運(yùn)輸車提供更穩(wěn)定的信號(hào)連接，而且在邊緣側(cè)部署導(dǎo)引定位、路線規(guī)劃、任務(wù)調(diào)度、運(yùn)動(dòng)控制、信息融合等應(yīng)用能力，利用邊緣計(jì)算強(qiáng)大的計(jì)算力，部署AGV調(diào)度系統(tǒng)，解耦上位機(jī)，提供更靈活，更輕量化的AGV解決方案。

一體化智能運(yùn)營管理系統(tǒng)：浪潮智能工廠利用5G+邊緣計(jì)算的實(shí)時(shí)渲染能力建立3D數(shù)字沙盤，利用XR平臺(tái)能力建立工廠大屏，新增高位監(jiān)控?cái)z像頭對(duì)全廠進(jìn)行無盲點(diǎn)監(jiān)控，可以給巡檢機(jī)器人提供視頻流數(shù)據(jù)，并作為沙盤視頻流采集設(shè)備。通過5G網(wǎng)絡(luò)將實(shí)時(shí)采集到的數(shù)據(jù)呈現(xiàn)在工廠大屏上，實(shí)現(xiàn)面向工廠數(shù)據(jù)管理的控制平臺(tái)，平臺(tái)能夠?qū)崿F(xiàn)運(yùn)行PLC系統(tǒng)的各項(xiàng)關(guān)鍵數(shù)據(jù)進(jìn)行綜合展現(xiàn)，支持從基礎(chǔ)設(shè)施、數(shù)據(jù)分析管理等多個(gè)維度進(jìn)行日常運(yùn)行監(jiān)測與管理，以及突發(fā)事件下的應(yīng)急指揮調(diào)度管理。

3 效益分析

視頻網(wǎng)聯(lián)平臺(tái)結(jié)合5G網(wǎng)絡(luò)和浪潮邊緣計(jì)算能力，將視頻計(jì)算、存儲(chǔ)前置到邊緣機(jī)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(shè)成本,提高視頻網(wǎng)聯(lián)服務(wù)平臺(tái)的處理效率和服務(wù)能力。邊緣計(jì)算平臺(tái)的部署，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)不出工廠，有效保證工廠數(shù)據(jù)安全，同時(shí)利用5G低時(shí)延的傳輸能力，結(jié)合部署到工廠的邊緣計(jì)算平臺(tái)能力，可以在毫秒級(jí)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(duì)5G網(wǎng)絡(luò)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(shí)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(wù)鏈。安全服務(wù)鏈按照一定的順序串接各種虛擬（或物理）安全設(shè)備，對(duì)5G網(wǎng)絡(luò)切片進(jìn)行安全防護(hù)。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(gè)網(wǎng)絡(luò)切片，也可以是多個(gè)切片共用。當(dāng)vSF部署于DU和CU之間時(shí)，可以處理來自無線側(cè)的DDoS；當(dāng)vSF部署于UPF和外部網(wǎng)絡(luò)之間時(shí)，可以處理來自外部網(wǎng)絡(luò)（如Internet）的攻擊；當(dāng)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(luò)中引入安全服務(wù)鏈，可以有效了提高整個(gè)網(wǎng)絡(luò)的安全性和可靠性。

以5G技術(shù)的高速率、低時(shí)延高可靠和移動(dòng)邊緣計(jì)算等特性，與大數(shù)據(jù)、物聯(lián)網(wǎng)、人工智能技術(shù)進(jìn)行有機(jī)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(wù)環(huán)節(jié)，加速實(shí)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(shè)基于5G邊緣計(jì)算的智能工廠，利用5G的高速率、低時(shí)延、高可靠特性以及邊緣計(jì)算平臺(tái)能力，實(shí)現(xiàn)工廠智能化生產(chǎn)及運(yùn)營管理。自落地實(shí)施以來，大大提高自動(dòng)化管理能力，提高工廠運(yùn)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(gè)月。同時(shí)自動(dòng)化設(shè)備能夠保障24小時(shí)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(jì)算適用范圍廣，不僅可用于智慧工廠的智能化建設(shè)，其成果可全面應(yīng)用于新型5G數(shù)字化經(jīng)濟(jì)建設(shè)工作，具有以下效益：

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

降本：實(shí)現(xiàn)智能化生產(chǎn)及運(yùn)維，降低運(yùn)維人員成本；合理利用資源，降低資源成本。

增效：提高運(yùn)行效率及運(yùn)維效率、提升用戶應(yīng)用體驗(yàn)。

安全：邊緣計(jì)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(yīng)國家某疫情防控信息系統(tǒng)建設(shè)及部分省市疫情防控應(yīng)急需求，經(jīng)山東省工信廳批準(zhǔn)，浪潮集團(tuán)智能工廠緊急復(fù)工，生產(chǎn)供國家調(diào)度的用于防疫的服務(wù)器等信息化產(chǎn)品，為全國疫情防控信息系統(tǒng)建設(shè)提供支撐。短短一周時(shí)間完成國家1500臺(tái)服務(wù)器訂單任務(wù)交付，依托5G邊緣計(jì)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(luò)技術(shù)領(lǐng)先是5G成功的基礎(chǔ)，5G應(yīng)用技術(shù)領(lǐng)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(shí)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(dòng)化博覽》2020年3月刊