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案例頻道★賽特斯信息科技股份有限公司
1 目標和概述
隨著5G在工業互聯網領域的應用不斷成熟，太陽電纜攜手賽特斯信息科技股份有限公司、中國移動南平 市分公司圍繞“5G+工業互聯網”關鍵技術與行業融合創新應用開展深入合作，致力于幫助太陽電纜實現全面 信息化升級，打造福建省第一個跨區域5G虛擬專網， 持續提高設備數據感知與管理效率、提升設備安全管理 能力、大幅度降低人力成本和管理成本。
本項目旨在打造具備線纜行業和福建區域影響力、 可復制的5G智慧工廠，為福建省乃至全國線纜企業數 字化轉型樹立新標桿。
2 方案介紹
本項目重點打造“5G MEC邊緣云”、“5G智聯 車間”、“AI透明工廠”、“天車安全監控系統”、“視頻質量監控系統”五大類應用場景。基于5G+MEC 融合技術構建一張5G跨區域虛擬專網，通過MEC邊緣 云技術把服務能力和應用推進到網絡邊緣側，提供強大 的本地化計算和數據處理能力，是企業數字化升級的工 業大腦，是實現智能制造的核心動力。基于5G邊緣計 算網關實現核心車間171套拉絲機、擠鋁機、阻水繞包 機等核心設備的全智聯接入、高效數據采集與可視化數 據呈現，面向后端與管理平臺進行數據交互，對產線工 藝流程進行統計分析，實現工藝優化升級。基于5G網 絡實現工廠核心區域350余套高清攝像頭的快速接入， 進而實現全景畫面的實時采集與同步可視化呈現。通過 AI視頻分析系統實現對異常行為、安防隱患的智能化監 管，保障企業安全生產，同時通過視頻質量監控系統對 攝像機運行進行監控。通過對天車的實時監控和視頻分 析，及時發現設備存在的安全隱患并發送現場和遠程報 警，實現設備運行本質安全的提升。
項目采用“一張網絡+一個平臺+N個應用”的整體設計理念進行設計和項目落地。
圖1 太陽電纜5G智慧工廠體系架構
（1）一張網絡： 一張網絡指5G企業專網。5G企 業專網是為企業構建的安全可靠、性能穩定、服務可視 的定制化專屬網絡，為太陽電纜提供網絡設備輕量化、 網絡高可靠、低時延、易部署、綜合成本低、維護簡 單的企業專網。5G企業專網可同時承載工業數據、視 頻、物聯網等業務，專網專用保障工業互聯的安全性， 為實現生產線智能化、柔性制造、智能制造等目標提供 可靠基礎。
（２）一個平臺：一個平臺指5G MEC平臺。隨著 5G+智慧工廠的建設，5G場景下的高速交互能力得以大 幅提升，從而促使大量應用需在網絡邊緣，即靠近用戶 的本地位置上進行計算與存儲，以滿足超高帶寬、極低 時延、萬物互聯的極致用戶體驗。因此，5G移動邊緣計 算（Multi-Access Edge Computing，MEC）應運而 生。5G MEC平臺通過將傳統運營商5G核心網（5GC） 的用戶面功能（UPF）下沉到網絡邊緣，根據太陽電纜 的實際情況，將平臺部署至太陽電纜企業機房，將應用 數據本地分流至邊緣MEC處理，同時為第三方應用提供 開放的平臺與管理能力，從而可以為運營商或垂直行業 用戶提供高效、實時、安全的邊緣計算網絡服務。
（3）N個應用：N個應用指各類不同領域的企業應 用。應用內容涵蓋車間設備智聯、AI視覺應用、設備智 能控制、視頻監控系統實時監測等多方面。通過不同應 用的部署和利用，提升企業智能制造、高效管理能力。 項目共涵蓋以下五個方面：
2.1 5G MEC邊緣云
圖2
（1）硬件與網絡部署
5G MEC邊緣云服務器與萬兆交換機一同部署于太 陽電纜總廠機房；UPF由運營商提供，部署于南平移動 接入機房；MEC服務器通過網線直連與企業內網交換 機連接，為企業內網提供MEC中的應用訪問和使用。 MEC服務器通過連接萬兆交換機，通過萬兆交換機與 UPF光纖（2根）連接。
（2）軟件功能
MEC邊緣云服務器部署MEC平臺1套。用于對當 前MEC服務器進行節點管理（節點新增、修改、刪 除、IP管理等）、資源監控與管理（CPU數量、內存大 小、存儲空間以及CPU、內存、存儲利用率情況）、應 用全生命周期管理（應用容器化部署、升級、卸載、鏡 像管理、應用列表查詢等）。
2.2 5G智聯車間
5G全智聯工廠通過5G智能網關，實現現場設備PLC 的協議對接，進行實時數據采集、清洗，導出至MEC邊 緣DC。根據用戶業務需求，對生產設備運行狀態、生產 設備告警、生產設備稼動時間、設備利用率等進行全方 位分析，并將各類統計分析數據予以可視化展現。
圖3 5G全智聯工廠數據中心界面圖
（1）系統架構
圖4 5G全智聯工廠系統架構圖
（2）硬件部署
針對工廠現場待采集的PLC，部署PLC以太網通訊 模組，通訊模組與千兆交換機網線連接。每臺千兆交換 機網線連接一臺5G邊緣網關。每臺5G邊緣網關負責其各 自連接的千兆以太網所覆蓋連接的PLC進行數據采集。
（3）軟件功能
· 網關軟件：5G邊緣網關部署協議適配和數據采集 軟件，以及數據清洗、數據導出微服務。將采集現場 PLC實時開關量、模擬量數據，并進行初步清洗轉換，導出至MEC邊緣DC。
· 邊緣DC：邊緣DC（邊緣數據中心）包括關系數 據庫、MQTT消息中心、數據接口開放API三部分。關系數據庫用來存儲采集數據、系統業務數據、用戶數 據。MQTT消息中心用來通過消息的訂閱、發布完成現 場數據采集并導出至消息中心緩存，以及入庫至關系數 據庫。數據接口開放API，通過發布方式和標準REST 接口方式進行數據接口能力開放。
· 數據分析可視化：基于生產設備采集數據進行分 析，通過可視化應用進行生產數據、生產設備狀態監 控、設備告警等核心指標的查詢、統計分析等功能。
2.3 AI透明工廠
實現太陽電纜一廠、二廠兩個廠區核心區域AR 360 度全景監控。實現業務標簽數據在AR全景園區的可視化 界面的疊加。實現核心區域的畫面監控與多畫面播放。 實現AI視覺分析算法解決生產安全隱患（安全帽識別、 工裝識別、設備開關門識別、危險區域入侵識別）。
（1）系統架構
圖5 AI透明工廠系統架構圖
（2）硬件部署
本項目新增AR全景相機兩臺，分別部署在一廠和 二廠內部。
（3）軟件功能
· 核心區域可視化：軟件部署于MEC邊緣云服務 器。實現一廠、二廠360度AR全景監控和視圖展現，并結合數據采集分析數據的能力開放API實現生產數據圖 層標簽疊加實時展現。
· 多畫面播放軟件：軟件部署于MEC邊緣云服務 器。支持1分屏、4分屏、9分屏、16分屏多畫面播放。 用于播放核心區域安全帽、工裝、危險區域電子圍欄等 場景下的多畫面監控直播。視頻流來自企業總部機房部 署的NVR。視頻流網絡通過MEC與企業內部局域網交 換機連接打通。
· AI算法應用：軟件部署于MEC邊緣云服務器。算 法應用包括三套視覺AI分析算法。算法分別為安全帽識 別、工裝識別、設備開關門識別、危險區域入侵識別。
· 報警聯動模塊：模塊部署于MEC邊緣云服務器。基 于AI識別算法產生的告警，在AR全景工廠頁面進行實時 展現，并將告警信息推送至相關人員的短信、郵箱。
2.4 天車安全監控系統
通過部署于5G MEC內的視頻分析算法，對天車吊 裝鋼纜和下方吊裝區域進行識別，確保鋼纜脫軌及時發 現和吊裝區域無人員闖入。相關異常情況通過現場聲光 報警和PC查看兩種方式進行告警通知，確保異常及時 發現、及時通知和及時處理。
（1）系統架構
圖6 天車安全監控系統架構圖
（2）硬件部署
部署在鋼纜扶手旁的線掃相機實時抓拍鋼纜卷軸處 的照片，并通過現場部署的分析主機進行圖像分析，對 鋼纜脫軌的情形進行實時監測。若發現異常行為，一方 面通過現場信號發送至現場聲光報警器，另一方面將分 析結果通過5G邊緣計算網關發送至天車安全監控系統 的監控平臺。吊裝區域監控相機通過網線接入5G邊緣 計算網關，將視頻流傳送至5G MEC服務器。5G MEC 服務器內部署相應的算法，對工作區域進行入侵檢測， 防止工作區域內非相關人員進入，造成人身傷害。
（3）軟件功能
· 天車鋼纜脫軌檢測：通過安裝于天車上方的攝像 機，對鋼纜卷軸表面鋼纜進行視頻拍攝，拍攝的視頻實時發送給現場5G AI網關進行分析。天車鋼纜脫軌檢測 針對鋼纜未按順序排列以及鋼纜跨出正常工作區域兩種 類型的脫軌進行檢測。
· 吊裝區域入侵檢測：針對天車下方吊裝區域，部 署于天車的視頻相機實時拍攝吊裝區域情況，視頻數據 同步發送至5G AI網關。吊裝區域入侵檢測算法可識別 出現場發生人員入侵吊裝區域的情況，防止無關人員進 入吊裝區域。
· 異常告警：算法發現現場異常情況后，通過現場 聲光告警、監控頁面告警、短信告警等方式進行異常告 警推送。現場發出報警信息后，現場工作人員需及時檢 查鋼纜情況或工作區域人員入侵情況，第一時間解除天 車風險。同時將異常照片保存至MEC服務器內，方便 后續查看。
· 報警及異常查看平臺：通過統一的查詢頁面，對 實時報警和歷史報警進行查看，同時支持后期數據匯總和數據分析。
2.5 視頻質量監測系統
太陽電纜工廠已建設覆蓋一廠、二廠兩個廠區完 整的視頻監控體系，包含生產區域、辦公區域及廠區周 邊，部署超過一百多個攝像頭。但是目前無有效的視頻 監測質量監測系統，安防攝像系統處于黑盒運行的狀 態，無法時刻檢查每個攝像頭是否在線、攝像畫面是否 正常。當攝像頭出現問題時，由于網絡架構較為復雜， 故障定位需要花費大量的人力和時間。 通過部署一套視頻監測系統，代替人工巡檢，實時 檢查各路視頻攝像頭，確保畫面回傳正常，保障NVR 中錄制的錄像視頻質量良好，實現各攝像頭監控視頻完整、無缺失、可追溯。
（1）系統架構
圖7 視頻質量監測系統架構圖
（2）系統功能
· 視頻質量評估：建立數據分析指標體系，綜合分 析攝像頭業務質量，全面評估監控視頻質量。
· 視頻告警：實時故障監測，及時感知攝像頭視頻 業務質量，按等級觸發業務中斷/質差告警，提高監控 效率和應急響應能力。
· 視頻故障分析：對視頻流故障總體情況進行評 估，及時掌握故障總體態勢。對視頻流故障成因進行深入分析，幫助維護人員確定故障主因，采取有針對性的 主動維護措施。
· 故障定位：實現業務端到端故障定位，精準定位 故障/質差發生具體位置，幫助維護人員快速定位問題點。
3 代表性及推廣價值
通過本項目的全面實施部署，一方面提高了企業的 安全管理能力和生產效率，通過AI視頻分析，提升現場 安全作業的管理能力，降低生產違規行為，不斷減少生 產事故，促進企業以人為本理念的落實。通過遠程數據 采集、智能設備控制、5G+企業應用，提升工作效率、 降低不合格產品比例，從而降低企業原料消耗，增加企 業產值；另一方面為企業提供生產排產等工作的數據支 撐，提升排產合理性和經濟型，提高設備利用率，從而 縮短生產交付時間、降低工人工作強度，提升企業管理 的有序性。
本項目作為5G智慧工廠的應用，部署了大量的 相關企業應用。針對工廠的實際使用情況，不斷完善 5G與數據采集、遠程控制、數據交互的相互協同。 一方面可以不斷夯實5G與企業應用的深度結合能 力，催緊5G在行業內的規模化應用；另一方面也能 夠加深企業對5G智慧工廠的理解，不斷提高企業對 5G智慧工廠能力的利用，為5G行業應用提供改進契 機和“催化劑”，通過循環優化推動5G應用水平的 持續提升。
本項目的實施需要采購一定規模網絡設備，未來這 些設備還需進一步升級改造，這將刺激國內外設備制造 企業更加深入參與5G產業開發與運營；另一方面，本 項目實施將帶動終端的升級換代，促進終端生產企業及 芯片廠商制造更先進、更豐富的產品。
摘自《自動化博覽》2023年第2期暨《邊緣計算2023專輯》
北京市公安局海淀分局備案號：11010802023656號