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★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(yè)互聯(lián)網(wǎng)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(yè)互聯(lián)網(wǎng)”關鍵技術與行業(yè)融合創(chuàng)新應用開展深入合作，致力于幫助太陽電纜實現(xiàn)全面 信息化升級，打造福建省第一個跨區(qū)域5G虛擬專網(wǎng)， 持續(xù)提高設備數(shù)據(jù)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(yè)和福建區(qū)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(yè)數(shù) 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(lián) 車間”、“AI透明工廠”、“天車安全監(jiān)控系統(tǒng)”、“視頻質量監(jiān)控系統(tǒng)”五大類應用場景。基于5G+MEC 融合技術構建一張5G跨區(qū)域虛擬專網(wǎng)，通過MEC邊緣 云技術把服務能力和應用推進到網(wǎng)絡邊緣側，提供強大 的本地化計算和數(shù)據(jù)處理能力，是企業(yè)數(shù)字化升級的工 業(yè)大腦，是實現(xiàn)智能制造的核心動力。基于5G邊緣計 算網(wǎng)關實現(xiàn)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(lián)接入、高效數(shù)據(jù)采集與可視化數(shù) 據(jù)呈現(xiàn)，面向后端與管理平臺進行數(shù)據(jù)交互，對產(chǎn)線工 藝流程進行統(tǒng)計分析，實現(xiàn)工藝優(yōu)化升級。基于5G網(wǎng) 絡實現(xiàn)工廠核心區(qū)域350余套高清攝像頭的快速接入， 進而實現(xiàn)全景畫面的實時采集與同步可視化呈現(xiàn)。通過 AI視頻分析系統(tǒng)實現(xiàn)對異常行為、安防隱患的智能化監(jiān) 管，保障企業(yè)安全生產(chǎn)，同時通過視頻質量監(jiān)控系統(tǒng)對 攝像機運行進行監(jiān)控。通過對天車的實時監(jiān)控和視頻分 析，及時發(fā)現(xiàn)設備存在的安全隱患并發(fā)送現(xiàn)場和遠程報 警，實現(xiàn)設備運行本質安全的提升。

 項目采用“一張網(wǎng)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(wǎng)絡： 一張網(wǎng)絡指5G企業(yè)專網(wǎng)。5G企 業(yè)專網(wǎng)是為企業(yè)構建的安全可靠、性能穩(wěn)定、服務可視 的定制化專屬網(wǎng)絡，為太陽電纜提供網(wǎng)絡設備輕量化、 網(wǎng)絡高可靠、低時延、易部署、綜合成本低、維護簡 單的企業(yè)專網(wǎng)。5G企業(yè)專網(wǎng)可同時承載工業(yè)數(shù)據(jù)、視 頻、物聯(lián)網(wǎng)等業(yè)務，專網(wǎng)專用保障工業(yè)互聯(lián)的安全性， 為實現(xiàn)生產(chǎn)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(wǎng)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(lián)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(tǒng)運營商5G核心網(wǎng)（5GC） 的用戶面功能（UPF）下沉到網(wǎng)絡邊緣，根據(jù)太陽電纜 的實際情況，將平臺部署至太陽電纜企業(yè)機房，將應用 數(shù)據(jù)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(yè) 用戶提供高效、實時、安全的邊緣計算網(wǎng)絡服務。 

（3）N個應用：N個應用指各類不同領域的企業(yè)應 用。應用內容涵蓋車間設備智聯(lián)、AI視覺應用、設備智 能控制、視頻監(jiān)控系統(tǒng)實時監(jiān)測等多方面。通過不同應 用的部署和利用，提升企業(yè)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(wǎng)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(wǎng)線直連與企業(yè)內網(wǎng)交換 機連接，為企業(yè)內網(wǎng)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(jié)點管理（節(jié)點新增、修改、刪 除、IP管理等）、資源監(jiān)控與管理（CPU數(shù)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(lián)車間 

5G全智聯(lián)工廠通過5G智能網(wǎng)關，實現(xiàn)現(xiàn)場設備PLC 的協(xié)議對接，進行實時數(shù)據(jù)采集、清洗，導出至MEC邊 緣DC。根據(jù)用戶業(yè)務需求，對生產(chǎn)設備運行狀態(tài)、生產(chǎn) 設備告警、生產(chǎn)設備稼動時間、設備利用率等進行全方 位分析，并將各類統(tǒng)計分析數(shù)據(jù)予以可視化展現(xiàn)。

 圖3 5G全智聯(lián)工廠數(shù)據(jù)中心界面圖 

（1）系統(tǒng)架構 

圖4 5G全智聯(lián)工廠系統(tǒng)架構圖 

（2）硬件部署 

針對工廠現(xiàn)場待采集的PLC，部署PLC以太網(wǎng)通訊 模組，通訊模組與千兆交換機網(wǎng)線連接。每臺千兆交換 機網(wǎng)線連接一臺5G邊緣網(wǎng)關。每臺5G邊緣網(wǎng)關負責其各 自連接的千兆以太網(wǎng)所覆蓋連接的PLC進行數(shù)據(jù)采集。 

（3）軟件功能

 · 網(wǎng)關軟件：5G邊緣網(wǎng)關部署協(xié)議適配和數(shù)據(jù)采集 軟件，以及數(shù)據(jù)清洗、數(shù)據(jù)導出微服務。將采集現(xiàn)場 PLC實時開關量、模擬量數(shù)據(jù)，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(shù)據(jù)中心）包括關系數(shù) 據(jù)庫、MQTT消息中心、數(shù)據(jù)接口開放API三部分。關系數(shù)據(jù)庫用來存儲采集數(shù)據(jù)、系統(tǒng)業(yè)務數(shù)據(jù)、用戶數(shù) 據(jù)。MQTT消息中心用來通過消息的訂閱、發(fā)布完成現(xiàn) 場數(shù)據(jù)采集并導出至消息中心緩存，以及入庫至關系數(shù) 據(jù)庫。數(shù)據(jù)接口開放API，通過發(fā)布方式和標準REST 接口方式進行數(shù)據(jù)接口能力開放。

 · 數(shù)據(jù)分析可視化：基于生產(chǎn)設備采集數(shù)據(jù)進行分 析，通過可視化應用進行生產(chǎn)數(shù)據(jù)、生產(chǎn)設備狀態(tài)監(jiān) 控、設備告警等核心指標的查詢、統(tǒng)計分析等功能。

 2.3 　AI透明工廠 

實現(xiàn)太陽電纜一廠、二廠兩個廠區(qū)核心區(qū)域AR 360 度全景監(jiān)控。實現(xiàn)業(yè)務標簽數(shù)據(jù)在AR全景園區(qū)的可視化 界面的疊加。實現(xiàn)核心區(qū)域的畫面監(jiān)控與多畫面播放。 實現(xiàn)AI視覺分析算法解決生產(chǎn)安全隱患（安全帽識別、 工裝識別、設備開關門識別、危險區(qū)域入侵識別）。 

（1）系統(tǒng)架構 

圖5 AI透明工廠系統(tǒng)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(qū)域可視化：軟件部署于MEC邊緣云服務 器。實現(xiàn)一廠、二廠360度AR全景監(jiān)控和視圖展現(xiàn)，并結合數(shù)據(jù)采集分析數(shù)據(jù)的能力開放API實現(xiàn)生產(chǎn)數(shù)據(jù)圖 層標簽疊加實時展現(xiàn)。

 · 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(qū)域安全帽、工裝、危險區(qū)域電子圍欄等 場景下的多畫面監(jiān)控直播。視頻流來自企業(yè)總部機房部 署的NVR。視頻流網(wǎng)絡通過MEC與企業(yè)內部局域網(wǎng)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(qū)域入侵識別。

 · 報警聯(lián)動模塊：模塊部署于MEC邊緣云服務器。基 于AI識別算法產(chǎn)生的告警，在AR全景工廠頁面進行實時 展現(xiàn)，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(jiān)控系統(tǒng)

 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(qū)域進行識別，確保鋼纜脫軌及時發(fā) 現(xiàn)和吊裝區(qū)域無人員闖入。相關異常情況通過現(xiàn)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(fā)現(xiàn)、及時通知和及時處理。 

（1）系統(tǒng)架構 

圖6 天車安全監(jiān)控系統(tǒng)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(xiàn)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(jiān)測。若發(fā)現(xiàn)異常行為，一方 面通過現(xiàn)場信號發(fā)送至現(xiàn)場聲光報警器，另一方面將分 析結果通過5G邊緣計算網(wǎng)關發(fā)送至天車安全監(jiān)控系統(tǒng) 的監(jiān)控平臺。吊裝區(qū)域監(jiān)控相機通過網(wǎng)線接入5G邊緣 計算網(wǎng)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(qū)域進行入侵檢測， 防止工作區(qū)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(fā)送給現(xiàn)場5G AI網(wǎng)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(qū)域兩種 類型的脫軌進行檢測。 

· 吊裝區(qū)域入侵檢測：針對天車下方吊裝區(qū)域，部 署于天車的視頻相機實時拍攝吊裝區(qū)域情況，視頻數(shù)據(jù) 同步發(fā)送至5G AI網(wǎng)關。吊裝區(qū)域入侵檢測算法可識別 出現(xiàn)場發(fā)生人員入侵吊裝區(qū)域的情況，防止無關人員進 入吊裝區(qū)域。

 · 異常告警：算法發(fā)現(xiàn)現(xiàn)場異常情況后，通過現(xiàn)場 聲光告警、監(jiān)控頁面告警、短信告警等方式進行異常告 警推送。現(xiàn)場發(fā)出報警信息后，現(xiàn)場工作人員需及時檢 查鋼纜情況或工作區(qū)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(xù)查看。

 · 報警及異常查看平臺：通過統(tǒng)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(shù)據(jù)匯總和數(shù)據(jù)分析。

 2.5　視頻質量監(jiān)測系統(tǒng) 

太陽電纜工廠已建設覆蓋一廠、二廠兩個廠區(qū)完 整的視頻監(jiān)控體系，包含生產(chǎn)區(qū)域、辦公區(qū)域及廠區(qū)周 邊，部署超過一百多個攝像頭。但是目前無有效的視頻 監(jiān)測質量監(jiān)測系統(tǒng)，安防攝像系統(tǒng)處于黑盒運行的狀 態(tài)，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(xiàn)問題時，由于網(wǎng)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(jiān)測系統(tǒng)，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(xiàn)各攝像頭監(jiān)控視頻完整、無缺失、可追溯。 

（1）系統(tǒng)架構 

圖7 視頻質量監(jiān)測系統(tǒng)架構圖 

（2）系統(tǒng)功能

 · 視頻質量評估：建立數(shù)據(jù)分析指標體系，綜合分 析攝像頭業(yè)務質量，全面評估監(jiān)控視頻質量。 

 · 視頻告警：實時故障監(jiān)測，及時感知攝像頭視頻 業(yè)務質量，按等級觸發(fā)業(yè)務中斷/質差告警，提高監(jiān)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(tài)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(xiàn)業(yè)務端到端故障定位，精準定位 故障/質差發(fā)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(yè)的 安全管理能力和生產(chǎn)效率，通過AI視頻分析，提升現(xiàn)場 安全作業(yè)的管理能力，降低生產(chǎn)違規(guī)行為，不斷減少生 產(chǎn)事故，促進企業(yè)以人為本理念的落實。通過遠程數(shù)據(jù) 采集、智能設備控制、5G+企業(yè)應用，提升工作效率、 降低不合格產(chǎn)品比例，從而降低企業(yè)原料消耗，增加企 業(yè)產(chǎn)值；另一方面為企業(yè)提供生產(chǎn)排產(chǎn)等工作的數(shù)據(jù)支 撐，提升排產(chǎn)合理性和經(jīng)濟型，提高設備利用率，從而 縮短生產(chǎn)交付時間、降低工人工作強度，提升企業(yè)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(yè)應用。針對工廠的實際使用情況，不斷完善 5G與數(shù)據(jù)采集、遠程控制、數(shù)據(jù)交互的相互協(xié)同。 一方面可以不斷夯實5G與企業(yè)應用的深度結合能 力，催緊5G在行業(yè)內的規(guī)模化應用；另一方面也能 夠加深企業(yè)對5G智慧工廠的理解，不斷提高企業(yè)對 5G智慧工廠能力的利用，為5G行業(yè)應用提供改進契 機和“催化劑”，通過循環(huán)優(yōu)化推動5G應用水平的 持續(xù)提升。

 本項目的實施需要采購一定規(guī)模網(wǎng)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(yè)更加深入?yún)⑴c5G產(chǎn)業(yè)開發(fā)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(chǎn)企業(yè)及 芯片廠商制造更先進、更豐富的產(chǎn)品。

摘自《自動化博覽》2023年第2期暨《邊緣計算2023專輯》