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01目標(biāo)和概述

1.1　面臨的挑戰(zhàn)

我國(guó)工業(yè)面臨著科技化轉(zhuǎn)型的巨大挑戰(zhàn)，人口紅利消失導(dǎo)致勞動(dòng)力銳減，人力成本上升，倒逼制造業(yè)向智能化、自動(dòng)化方向升級(jí)。基于此，工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)成為了產(chǎn)業(yè)發(fā)展的一大核心和重點(diǎn)，它通過(guò)新技術(shù)與制造業(yè)深度融合，實(shí)現(xiàn)人、機(jī)、物的全面互聯(lián)，構(gòu)建起全要素、全產(chǎn)業(yè)鏈、全價(jià)值鏈全面連接的新型工業(yè)生產(chǎn)制造和服務(wù)體系，成為支撐第四次工業(yè)革命的基礎(chǔ)設(shè)施，對(duì)未來(lái)工業(yè)發(fā)展產(chǎn)生全方位、深層次、革命性影響。

目前5G與工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)融合應(yīng)用尚處于探索初期；目前企業(yè)內(nèi)5G網(wǎng)絡(luò)部署架構(gòu)及網(wǎng)絡(luò)建設(shè)、運(yùn)維、管理等模式尚不清晰，國(guó)內(nèi)5G和工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)融合應(yīng)用標(biāo)準(zhǔn)及研發(fā)驗(yàn)證體系尚未建立，工業(yè)企業(yè)和ICT企業(yè)的5G融合應(yīng)用的解決方案及設(shè)備的研發(fā)還沒(méi)有相應(yīng)研發(fā)網(wǎng)絡(luò)驗(yàn)證環(huán)境的支撐，大大延緩了融合應(yīng)用的研發(fā)進(jìn)度。另外，工業(yè)企業(yè)對(duì)于5G的認(rèn)識(shí)還處于較淺層次，對(duì)于5G網(wǎng)絡(luò)能用在工業(yè)內(nèi)哪些環(huán)節(jié)，開展哪些應(yīng)用尚不清晰，因此亟需建立5G網(wǎng)絡(luò)化推廣平臺(tái)，為中小企業(yè)5G應(yīng)用的研發(fā)及部署提供技術(shù)咨詢及培訓(xùn)服務(wù)。

1.2　解決方案目標(biāo)

針對(duì)工業(yè)制造企業(yè)內(nèi)部復(fù)雜、多變的無(wú)線傳輸環(huán)境，面對(duì)工業(yè)生產(chǎn)高可靠、高帶寬、高安全、低時(shí)延的技術(shù)挑戰(zhàn)，克服5G和MEC關(guān)鍵技術(shù)在工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)中的部署難題，浙江電信提出了5G+MEC的面向現(xiàn)場(chǎng)級(jí)工業(yè)控制與倉(cāng)儲(chǔ)物流的低時(shí)延智能化解決方案，打造了“5G+MEC”的工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)平臺(tái)和倉(cāng)儲(chǔ)物流系統(tǒng)，形成一種具有示范推廣價(jià)值和行業(yè)復(fù)制性的企業(yè)內(nèi)5G網(wǎng)絡(luò)部署架構(gòu)與網(wǎng)絡(luò)建設(shè)、運(yùn)維、管理新模式。當(dāng)前已在桐廬紅獅水泥和杭叉集團(tuán)落地。

1.3　解決方案總體概述

5G+MEC架構(gòu)主要是基于通用硬件平臺(tái)，可支持MEC功能、業(yè)務(wù)應(yīng)用快速部署。同時(shí)支持用戶面業(yè)務(wù)下沉、業(yè)務(wù)應(yīng)用本地和網(wǎng)絡(luò)切片部署，可以實(shí)現(xiàn)用戶面及業(yè)務(wù)的分布式、近距離、按需部署。在園區(qū)內(nèi)部署專用基站和MEC實(shí)現(xiàn)本地流量卸載以及大帶寬、低時(shí)延、高可靠的5G網(wǎng)絡(luò)覆蓋。

MEC上部署5G云化視覺(jué)技術(shù)，實(shí)現(xiàn)了工業(yè)產(chǎn)品生產(chǎn)控制與倉(cāng)儲(chǔ)物流AGV的智能網(wǎng)聯(lián)，在MEC邊緣智能平臺(tái)上實(shí)現(xiàn)單設(shè)備基于視覺(jué)的工業(yè)產(chǎn)品質(zhì)量檢測(cè)、環(huán)境感知、AGV導(dǎo)航路徑規(guī)劃、自適應(yīng)避障與跨廠區(qū)多車協(xié)同調(diào)度。邊緣云與中心云對(duì)接，利用天翼云大算力集中訓(xùn)練AI視覺(jué)算法，升級(jí)邊緣平臺(tái)的視覺(jué)分析能力。

02解決方案實(shí)現(xiàn)功能

（1）“5G+MEC+supOS”工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)平臺(tái)

浙江電信基于5G+MEC網(wǎng)絡(luò)，攜手浙江藍(lán)卓，針對(duì)工業(yè)制造企業(yè)內(nèi)部復(fù)雜、多變的無(wú)線傳輸環(huán)境，面對(duì)工業(yè)生產(chǎn)高可靠、高帶寬、高安全、低時(shí)延的技術(shù)挑戰(zhàn)，克服5G和MEC關(guān)鍵技術(shù)在工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)中的部署難題，打造了“5G+MEC+supOS”工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)平臺(tái)，形成一種具有示范推廣價(jià)值和行業(yè)復(fù)制性的企業(yè)內(nèi)5G網(wǎng)絡(luò)部署架構(gòu)與網(wǎng)絡(luò)建設(shè)、運(yùn)維、管理新模式。

當(dāng)前已在桐廬紅獅水泥落地。具體應(yīng)用說(shuō)明如下：

端到端的5G切片+邊緣計(jì)算智慧化工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)級(jí)監(jiān)控產(chǎn)品：在現(xiàn)代化水泥生產(chǎn)過(guò)程中，需要通過(guò)水泥進(jìn)料口的視頻分析保證水泥產(chǎn)出質(zhì)量、預(yù)防安全生產(chǎn)事故并提高生產(chǎn)效率。采用工業(yè)級(jí)相機(jī)對(duì)水泥生產(chǎn)進(jìn)料口原料顏色、顆粒度和擁堵?tīng)顟B(tài)等進(jìn)行實(shí)時(shí)視頻采集，將高速視頻流上傳工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)視覺(jué)AI分析平臺(tái)進(jìn)行實(shí)時(shí)分析，為生產(chǎn)流程提供分析、告警、判決、調(diào)整等決策建議，從而提升工業(yè)生產(chǎn)的數(shù)字化水平。

（2）“5G+MEC+AGV叉車技術(shù)”的智能倉(cāng)儲(chǔ)物流平臺(tái)

浙江電信基于5G+MEC網(wǎng)絡(luò)，攜手杭叉集團(tuán)和浙江大學(xué)，利用5G、邊緣/云計(jì)算、圖像識(shí)別、機(jī)器學(xué)習(xí)等技術(shù)，結(jié)合杭叉集團(tuán)現(xiàn)有智能AGV叉車技術(shù)和系統(tǒng)以及浙江大學(xué)在控制和視覺(jué)系統(tǒng)的計(jì)算技術(shù)，打造可視化、一體化的遠(yuǎn)程叉車控制解決方案，以實(shí)現(xiàn)全場(chǎng)景下叉車的遠(yuǎn)程控制和駕駛。

具體應(yīng)用說(shuō)明如下：

工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)級(jí)超低時(shí)延叉車控制解決方案：為構(gòu)建一個(gè)自主導(dǎo)航系統(tǒng)，最重要的是獲取無(wú)人叉車的位姿信息，這是路徑規(guī)劃模塊和跟蹤模塊等系統(tǒng)正常工作的先決條件。位姿在形式上體現(xiàn)為包含了剛體姿態(tài)和位置信息的矩陣，這里可理解為無(wú)人叉車的位置和朝向。該方案在整體方案的基礎(chǔ)之上，定制化地為客戶提供基于視覺(jué)里程計(jì)以及稀疏視覺(jué)地圖的自定位等創(chuàng)新性精細(xì)化功能，大大提升了客戶的生產(chǎn)效率。

03解決方案介紹

3.1　解決方案整體組網(wǎng)

本項(xiàng)目在省中心樞紐機(jī)房部署了一套基于SA的虛擬化5G核心網(wǎng)。5G核心網(wǎng)實(shí)現(xiàn)了網(wǎng)絡(luò)功能模塊化以及控制功能與轉(zhuǎn)發(fā)功能的完全分離。控制面集中部署，對(duì)轉(zhuǎn)發(fā)資源進(jìn)行全局調(diào)度；用戶面按需集中或分布式靈活部署，當(dāng)用戶面下沉靠近網(wǎng)絡(luò)邊緣部署時(shí)，可實(shí)現(xiàn)本地流量分流，支持端到端毫秒級(jí)時(shí)延。為了滿足杭叉集團(tuán)及藍(lán)卓的業(yè)務(wù)需求，本項(xiàng)目在杭叉園區(qū)及藍(lán)卓園區(qū)分別部署了一套UPF及MEC。

3.2　解決方案系統(tǒng)架構(gòu)

中心云部署：倉(cāng)儲(chǔ)管理系統(tǒng)與AI視覺(jué)算法部署在中心云，利用天翼云的大算力集中訓(xùn)練算法，按需向邊緣升級(jí)賦能，實(shí)現(xiàn)邊云協(xié)同。

邊緣MEC平臺(tái)部署：工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)平臺(tái)、AI視覺(jué)分析平臺(tái)與AGV控制系統(tǒng)部署MEC邊緣云，低時(shí)延響應(yīng)工控設(shè)備與AGV叉車行駛中所需的快速感知與反應(yīng)。MEC下沉科技園區(qū)實(shí)現(xiàn)企業(yè)內(nèi)跨廠區(qū)多設(shè)備協(xié)同。

3.3　解決方案系統(tǒng)平臺(tái)

（1）硬件平臺(tái)

• MEC（包括UPF）硬件；

• 終端側(cè)：攝像頭、5G CPE。

（2）軟件平臺(tái)

• MEC系統(tǒng)（包括Cloud OS、UPF和MEP）；

• 支持高性能增強(qiáng)型硬件或通用服務(wù)器；

• 輕量級(jí)IaaS/PaaS適配邊緣機(jī)房環(huán)境；

• 支持第三方應(yīng)用以容器和虛擬機(jī)形態(tài)部署；

• AMS(AGV控制系統(tǒng))，視覺(jué)識(shí)別應(yīng)用，工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)平臺(tái)（SupOS）。
  

04解決方案創(chuàng)新點(diǎn)

4.1　5G網(wǎng)絡(luò)切片

（1）基于5G SA組網(wǎng)的多種特性的獨(dú)立專網(wǎng)切片：工業(yè)應(yīng)用場(chǎng)景眾多，不同的應(yīng)用有著不同移動(dòng)性，安全、時(shí)延、可靠性等要求。通過(guò)中國(guó)電信浙江公司的5G SA獨(dú)立組網(wǎng)技術(shù)，為MEC邊緣計(jì)算應(yīng)用提供通物理上獨(dú)立的大帶寬、低時(shí)延以及廣覆蓋型切片網(wǎng)絡(luò)產(chǎn)品，用于eMBB和URLLC的應(yīng)用場(chǎng)景。

（2）按需快速開通的5G端到端切片：5G端到端網(wǎng)絡(luò)切片按網(wǎng)絡(luò)資源靈活分配及網(wǎng)絡(luò)能力按需組合，通過(guò)切片商城，快速訂購(gòu)滿足客戶需求的切片服務(wù)，提供基于一個(gè)5G網(wǎng)絡(luò)虛擬出多個(gè)具備不同特性的邏輯子網(wǎng)。每個(gè)端到端切片均由核心網(wǎng)、無(wú)線網(wǎng)、傳輸網(wǎng)子切片組合而成，并通過(guò)端到端切片管理系統(tǒng)進(jìn)行統(tǒng)一管理。

4.2　商業(yè)模式創(chuàng)新

傳統(tǒng)的商業(yè)模式為2B or 2C的模式，在本項(xiàng)目中，通過(guò)B端客戶——藍(lán)卓工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)信息技術(shù)有限公司的工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)平臺(tái)，應(yīng)用到B2B客戶——桐廬紅獅水泥有限公司的工業(yè)生產(chǎn)中，形成B2B2B的創(chuàng)新商業(yè)模式。未來(lái)可以基于此創(chuàng)新模式，向更多的行業(yè)提供網(wǎng)絡(luò)切片及MEC業(yè)務(wù)。

4.3　中心云統(tǒng)一智能算法訓(xùn)練支撐MEC多場(chǎng)景協(xié)同創(chuàng)新

MEC部署在工業(yè)園區(qū)（青山湖科技園），使能跨廠區(qū)叉車集群的并發(fā)調(diào)度，并對(duì)叉車回傳的視覺(jué)影像做實(shí)時(shí)分析，低時(shí)延響應(yīng)叉車控制模塊，賦能叉車自適應(yīng)導(dǎo)航、避障、路徑重規(guī)劃等。同時(shí)MEC上傳各廠區(qū)叉車采集的作業(yè)影像至中心云歸檔，集中訓(xùn)練視覺(jué)識(shí)別算法，持續(xù)提升邊緣智能平臺(tái)的視覺(jué)分析能力。同時(shí)，中心云歸檔的大量異廠區(qū)多場(chǎng)景數(shù)據(jù)，加速新廠區(qū)MEC按場(chǎng)景快速部署的需求，對(duì)異廠區(qū)不場(chǎng)景的邊緣智能平臺(tái)（MEC）可做到差異化按需賦能符合該廠區(qū)作業(yè)場(chǎng)景的視覺(jué)分析能力。

05代表性及推廣價(jià)值

本項(xiàng)目為基于多種5G端到端切片和邊緣計(jì)算能力在工業(yè)控制與倉(cāng)儲(chǔ)物流場(chǎng)景中提供超大上行帶寬、低時(shí)延、智能化能力的解決方案領(lǐng)域，在當(dāng)前階段提供了大量的實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)，為5G在工業(yè)領(lǐng)域的應(yīng)用價(jià)值提供了寶貴的方案參考。為基礎(chǔ)設(shè)施運(yùn)營(yíng)商以及相關(guān)技術(shù)合作伙伴在后續(xù)5G+邊緣計(jì)算產(chǎn)品及方案的演進(jìn)方向和優(yōu)化提供了有效驗(yàn)證和啟發(fā)。

5.1　商業(yè)價(jià)值

（1）首先是對(duì)企業(yè)，據(jù)客戶的測(cè)算，整體項(xiàng)目的落地和實(shí)施后，對(duì)于不同類型的企業(yè)可以降低成本30~40%，減少人力成本40~50%，提高效率20~40%，間接增加效益20~30%。

（2）其次是對(duì)于行業(yè)，據(jù)不完全統(tǒng)計(jì)，應(yīng)對(duì)不同行業(yè)的實(shí)際需求，通過(guò)各行業(yè)內(nèi)企業(yè)的升級(jí)改造后，能為行業(yè)降低總成本達(dá)到千億級(jí)。

（3）最后，將提升企業(yè)數(shù)字化和智能化，助力柔性生產(chǎn)，促進(jìn)工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)發(fā)展，形成企業(yè)效益十億級(jí)別，行業(yè)效益千億級(jí)，社會(huì)效益萬(wàn)億級(jí)。其中企業(yè)新增營(yíng)收約20億元，國(guó)內(nèi)市場(chǎng)占有率達(dá)30%，全球市場(chǎng)占有率10%；運(yùn)營(yíng)成本降低千億，運(yùn)營(yíng)效率提升30%，安全事故降低95%；撬動(dòng)智慧物流萬(wàn)億產(chǎn)業(yè)，助力產(chǎn)業(yè)柔性制造，加速全球物流轉(zhuǎn)型。

5.2　社會(huì)價(jià)值

（1）中國(guó)電信作為國(guó)家戰(zhàn)略的踐行者，新興領(lǐng)域的開拓者、創(chuàng)新的領(lǐng)跑者，積極踐行央企的責(zé)任，積極接應(yīng)國(guó)家5G+工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)的戰(zhàn)略，牽頭并深度研究《工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)企業(yè)內(nèi)5G網(wǎng)絡(luò)化改造及推廣服務(wù)平臺(tái)項(xiàng)目》，通過(guò)“產(chǎn)學(xué)研用”相結(jié)合加快5G建設(shè)步伐，進(jìn)一步打造更具活力的生態(tài)體系，積極探索和驗(yàn)證的企業(yè)內(nèi)5G網(wǎng)絡(luò)部署及管理新模式方案。

（2）本項(xiàng)目開展以5G網(wǎng)絡(luò)、切片、MEC等先進(jìn)技術(shù)，打造工業(yè)制造和智慧倉(cāng)儲(chǔ)物流典型商用案例，在獲取傳統(tǒng)流量收入的同時(shí)，通過(guò)銷售/租賃邊緣IaaS/PaaS能力和設(shè)備維護(hù)服務(wù)獲取額外的收益，為ToB藍(lán)海市場(chǎng)創(chuàng)建行業(yè)模板，在該領(lǐng)域持續(xù)領(lǐng)先、持續(xù)收益。通過(guò)為行業(yè)客戶提供標(biāo)準(zhǔn)化網(wǎng)絡(luò)和算力兩種能力，制定多維度計(jì)費(fèi)量綱，按照原子能力為最小顆粒度體現(xiàn)商業(yè)價(jià)值。未來(lái)在工業(yè)制造和智慧物流行業(yè)有數(shù)十億元級(jí)的可參與市場(chǎng)空間。

（3）本項(xiàng)目研究成果有力地推動(dòng)了國(guó)家領(lǐng)先的5G無(wú)線網(wǎng)絡(luò)技術(shù)在工業(yè)領(lǐng)域，特別是國(guó)家中小企業(yè)中的落地推廣，促進(jìn)工業(yè)制造生產(chǎn)過(guò)程向自動(dòng)化、智能化方向轉(zhuǎn)型，實(shí)現(xiàn)工廠信息數(shù)據(jù)全集成，包括：裝備數(shù)據(jù)、工業(yè)數(shù)據(jù)、智能管理、制造資源等，改善企業(yè)信息系統(tǒng)互通，加強(qiáng)企業(yè)內(nèi)部的協(xié)作性，積累企業(yè)生產(chǎn)經(jīng)驗(yàn)，有效降低應(yīng)用開發(fā)成本，發(fā)揮企業(yè)用戶行業(yè)經(jīng)驗(yàn)。同時(shí)通過(guò)大數(shù)據(jù)DIY分析，有助于掃除工廠的“數(shù)據(jù)霧霾”，讓數(shù)據(jù)二次增值，提高生產(chǎn)效率和生產(chǎn)質(zhì)量。

本項(xiàng)目通過(guò)在工業(yè)制造和倉(cāng)儲(chǔ)物流中的不同行業(yè)企業(yè)部署5G網(wǎng)絡(luò)，并完成驗(yàn)證和運(yùn)營(yíng)，增強(qiáng)我國(guó)工業(yè)企業(yè)部署5G網(wǎng)絡(luò)的信心，并為中小型企業(yè)后續(xù)開展5G評(píng)估、5G網(wǎng)絡(luò)建設(shè)提供寶貴的參考。同時(shí)，智慧物流項(xiàng)目構(gòu)建的5G網(wǎng)絡(luò)化推廣平臺(tái)，可以為中小企業(yè)5G應(yīng)用的研發(fā)及部署提供技術(shù)咨詢及培訓(xùn)服務(wù)，并在大量的中小型企業(yè)中推廣應(yīng)用。

因此，本項(xiàng)目具有廣泛的應(yīng)用前景，預(yù)期經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益非常顯著，為我國(guó)智能制造的發(fā)展打好堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。

摘自《自動(dòng)化博覽》2019年增刊《邊緣計(jì)算2019專輯》