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1 目標(biāo)和概述

1.1 概述

工業(yè)制造企業(yè)面臨實(shí)時(shí)生產(chǎn)數(shù)據(jù)得不到反饋，企業(yè)無法做出決策；產(chǎn)品生命周期環(huán)節(jié)管理不到位，不能預(yù)測(cè)維護(hù)等；生產(chǎn)資源配置不夠優(yōu)化，協(xié)同管理未發(fā)揮真正優(yōu)勢(shì)等現(xiàn)狀，亟需轉(zhuǎn)型升級(jí)。隨著5G技術(shù)的應(yīng)用， 也對(duì)工業(yè)制造企業(yè)帶來了新的挑戰(zhàn)。

基于歐洲電信標(biāo)準(zhǔn)化協(xié)會(huì)（ European Telecommunications Standards Institute，ETSI） 對(duì)多接入邊緣計(jì)算（Multi-access Edge Computing, MEC）的定義，綜合考慮工業(yè)環(huán)境下多樣化的接入方式，典型業(yè)務(wù)場(chǎng)景對(duì)帶寬、算力和存儲(chǔ)的需求，復(fù)雜部署環(huán)境對(duì)設(shè)備可靠性的挑戰(zhàn)，以及運(yùn)維簡(jiǎn)單性等因素， 蘇州凌犀物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)有限公司（以下簡(jiǎn)稱：凌犀）面向工業(yè)制造場(chǎng)景推出了軟硬一體化的5G+MEC全域物聯(lián)解決方案，為智慧工廠提供一站式ICT平臺(tái)。結(jié)合MEC平臺(tái)信息安全、大帶寬、低時(shí)延、多接入的特點(diǎn)，重點(diǎn)聚焦在工業(yè)4.0、智能制造、工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)等領(lǐng)域?yàn)榭蛻籼?供系統(tǒng)性的解決方案和交鑰匙工程。

1.2 目標(biāo)

5G+MEC全域物聯(lián)解決方案打造面向千行百業(yè)的 工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)智慧體，將云計(jì)算平臺(tái)從網(wǎng)絡(luò)內(nèi)部遷移到網(wǎng)絡(luò)邊緣，減少移動(dòng)業(yè)務(wù)的端到端交互時(shí)延，有效抑制網(wǎng)絡(luò)擁塞，發(fā)掘無線網(wǎng)絡(luò)內(nèi)在能力，提升用戶體驗(yàn)并促進(jìn)業(yè)務(wù)創(chuàng)新。MEC在接近移動(dòng)用戶終端的無線接入網(wǎng)內(nèi)提

供了云化的IT服務(wù)環(huán)境及計(jì)算能力，集成面向行業(yè)的AI 解決方案，進(jìn)一步提升工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)的感知和決策能力。基于MEC技術(shù)實(shí)現(xiàn)的移動(dòng)業(yè)務(wù)具有本地化、近距離、低時(shí)延、位置感知及網(wǎng)絡(luò)信息感知等特點(diǎn)。移動(dòng)運(yùn)營(yíng)商可利用部署于網(wǎng)絡(luò)邊緣的計(jì)算資源，為各種應(yīng)用提供生產(chǎn)運(yùn)行環(huán)境，實(shí)現(xiàn)移動(dòng)業(yè)務(wù)的“下沉”。

2 解決方案介紹

5G+MEC全域工業(yè)物聯(lián)平臺(tái)，支持工業(yè)寬帶視頻業(yè)務(wù)、工業(yè)窄帶業(yè)務(wù)、工業(yè)5G直連業(yè)務(wù)、邊緣實(shí)時(shí)計(jì)算服務(wù)、云端提供透明工廠管理以及人工智能AI服務(wù)， 并且面向第三方的數(shù)據(jù)連接API。

5G+MEC全域工業(yè)物聯(lián)平臺(tái)特色：

• 內(nèi)置5G+MEC全域物聯(lián)典型應(yīng)用；

• 內(nèi)置AI算力，基于霧模型打造面向工業(yè)設(shè)備的分子級(jí)數(shù)據(jù)標(biāo)識(shí)；

• 提供面向行業(yè)流程的AI模型，進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)級(jí)場(chǎng)景聯(lián)動(dòng)編排；

• 提供面向設(shè)備的預(yù)測(cè)性維護(hù)解決方案；

• 應(yīng)用保護(hù)，不同應(yīng)用共享同一MEC主機(jī)的同時(shí)通過容器技術(shù)相互隔離；

• 云邊協(xié)同， 運(yùn)維簡(jiǎn)便， 邊緣側(cè)負(fù)責(zé)實(shí)時(shí)計(jì)算、轉(zhuǎn)發(fā)和存儲(chǔ)，中心云負(fù)責(zé)配置和維護(hù)；

• 信息安全，支持邊緣獨(dú)立部署，保護(hù)數(shù)據(jù)安全；VPN起核心作用。

2.1 系統(tǒng)架構(gòu)（如圖1所示）

圖1 系統(tǒng)架構(gòu)

2.1.1 工業(yè)物聯(lián)平臺(tái)

(1) 無線SCADA：8通道全雙工擴(kuò)頻通信，毫秒級(jí)時(shí)延，連接短字節(jié)、高頻次、廣分布的采集和控制類終端；

(2)  Wi- Fi： 外置高增益天線， 覆蓋半徑可達(dá) 50m，用于對(duì)接視頻交互類終端。可同時(shí)連接32個(gè)終端；

(3)  5G：自研高性能模塊，下行2Gbps，上行630Mbps，支持全網(wǎng)通，用于進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)協(xié)同、邊云協(xié)同、現(xiàn)場(chǎng)和駕駛艙協(xié)同。

2.1.2 智能制造平臺(tái)

（1）內(nèi)置呼美（安燈）系統(tǒng)；

（2）內(nèi)置透明工廠系統(tǒng)；

（3）支持3rd 智能制造系統(tǒng)部署；

（4）只需1套設(shè)備，解決5M1E的管理，開箱即用； 

（5）高性能4核 CPU處理平臺(tái)；

（6）自研數(shù)據(jù)優(yōu)化處理算法，保障系統(tǒng)流暢運(yùn)行。

2.1.3 AI計(jì)算平臺(tái)

（1）機(jī)器視覺離崗報(bào)警、設(shè)備狀態(tài)推送；

（2） 振動(dòng)監(jiān)測(cè)預(yù)測(cè)性維護(hù)PHM；

（3） AGV視覺導(dǎo)航，叉車自動(dòng)駕駛；

（4） AOI質(zhì)檢、表面缺陷檢測(cè)算法；

（5）機(jī)器視覺作業(yè)規(guī)范檢測(cè)報(bào)警，產(chǎn)量統(tǒng)計(jì)；

（6）4核高性能處理器；

（7）8GB內(nèi)存，128GB系統(tǒng)盤；

（8）內(nèi)置1TB固態(tài)硬盤，數(shù)據(jù)存本地，隨時(shí)調(diào)檔；

（9）自研容器化服務(wù)部署平臺(tái)；

（10）支持3rd AI模型部署。

2.2 軟件平臺(tái)

2.2.1 客戶機(jī)/服務(wù)器（C/S）結(jié)構(gòu)

C/S結(jié)構(gòu)中客戶機(jī)和服務(wù)器之間的通信以“請(qǐng)求-響應(yīng)”的方式進(jìn)行。客戶機(jī)先向服務(wù)器發(fā)出請(qǐng)求，服務(wù)器再響應(yīng)請(qǐng)求。如圖2所示。

圖2 C/S結(jié)構(gòu)通信

C/S結(jié)構(gòu)不是一個(gè)主從環(huán)境，而是一個(gè)平等的環(huán)境，即C/S系統(tǒng)中各計(jì)算機(jī)在不同的場(chǎng)合既可能是客戶機(jī)，也可能是服務(wù)器。在C/S應(yīng)用中，用戶只需關(guān)注解決自己的應(yīng)用問題，而無需關(guān)注這些應(yīng)用問題由系統(tǒng)中哪臺(tái)或哪幾臺(tái)計(jì)算機(jī)來完成。如在SCADA系統(tǒng)中， 當(dāng)SCADA服務(wù)器向PLC請(qǐng)求數(shù)據(jù)時(shí)，它是客戶機(jī)，而當(dāng)其他操作站向SCADA服務(wù)器請(qǐng)求服務(wù)時(shí)，它就是服 務(wù)器。顯然，這種結(jié)構(gòu)可以充分利用兩端硬件環(huán)境的優(yōu)勢(shì)，將任務(wù)合理分配到客戶端和服務(wù)器端來實(shí)現(xiàn)，降低系統(tǒng)的通訊開銷。

2.2.2 瀏覽器/服務(wù)器（B/S）結(jié)構(gòu)

隨著Internet的普及和發(fā)展，以往的主機(jī)/終端和C/S結(jié)構(gòu)都無法滿足當(dāng)前全球網(wǎng)絡(luò)開放、互連、信息隨處可見和信息共享的新要求，于是出現(xiàn)了B/S型結(jié)構(gòu)。如圖3所示。

圖3 B/S結(jié)構(gòu)通信

在B/S結(jié)構(gòu)中，用戶可以通過瀏覽器訪問Internet 上的文本、數(shù)據(jù)、圖像、動(dòng)畫、視頻點(diǎn)播和聲音信息， 這些信息都是由許許多多的Web服務(wù)器產(chǎn)生的，而每一個(gè)Web服務(wù)器又可以通過各種方式與數(shù)據(jù)庫(kù)服務(wù)器連接，大量的數(shù)據(jù)實(shí)際存放在數(shù)據(jù)庫(kù)服務(wù)器中。B/S結(jié)構(gòu)的優(yōu)點(diǎn)是客戶機(jī)統(tǒng)一采用瀏覽器，這不僅方便用戶使用，而且使客戶端不存在維護(hù)的問題。

2.3 數(shù)據(jù)通訊

支持半雙工、全雙工通信。

2.4 安全措施

在網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)中采用強(qiáng)的網(wǎng)絡(luò)安全技術(shù)——VPN。虛擬私有云（Virtual Private Cloud，VPC）利用隧道將分散的網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行有效整合管理，每個(gè)VPC子網(wǎng)絡(luò)均配有一個(gè)隧道號(hào)，相互之間邏輯上徹底隔離，每家企業(yè)的網(wǎng)絡(luò)利用VPC服務(wù)隔離出一個(gè)專有網(wǎng)絡(luò)，采用數(shù)字加密及網(wǎng)絡(luò)技術(shù)，PPTP/SSL/IPSec多重安全技術(shù)和VPN 隧道技術(shù)，保障網(wǎng)絡(luò)和數(shù)據(jù)的高安全性，支持永遠(yuǎn)在線模式（ALWAYS ONLINE）、掉線重連、遠(yuǎn)程監(jiān)控和診斷、遠(yuǎn)程配置到遠(yuǎn)端節(jié)點(diǎn)，擁有擴(kuò)展和拓?fù)潇`活的特點(diǎn)，降低整體投資成本。

圖4 安全措施

2.5 RCMLite工業(yè)數(shù)采終端（如圖5所示）

圖5 RCMLite工業(yè)數(shù)采終端

RCMlite工業(yè)數(shù)采終端是凌犀開發(fā)的全功能物聯(lián)網(wǎng)數(shù)據(jù)節(jié)點(diǎn)單元。可提供數(shù)據(jù)采集、設(shè)備聯(lián)網(wǎng)、設(shè)備控制、數(shù)據(jù)傳遞、物聯(lián)網(wǎng)網(wǎng)關(guān)和邊緣計(jì)算等功能。接口豐富，功能靈活，可二次編程擴(kuò)展支持各類設(shè)備。

（1）產(chǎn)品接口及功能

• 無線SCADA接口，可上聯(lián)凌犀無線SCADA自組網(wǎng)主機(jī)，組建凌犀無線SCADA自組網(wǎng)，做到開機(jī)即 聯(lián)網(wǎng)；

• 兩個(gè)10/100M以太網(wǎng)接口，分別用于上聯(lián)主控設(shè)備或者用于有線組網(wǎng)、下聯(lián)用戶設(shè)備；

• 一路RS485串口，連接多臺(tái)用戶設(shè)備；

• 兩路RS232串口，既可上聯(lián)主控設(shè)備，也可連接用戶設(shè)備，還可擴(kuò)展功能模塊;

• 內(nèi)置數(shù)字溫濕度傳感器；

• 提供8進(jìn)8出共16路輸入輸出開關(guān)量通道，輸出開關(guān)量采用繼電器隔離，輸入開關(guān)量采用光耦隔離；

• 支持0~5V、4~20mA模擬量接口各一路，可連接各類傳感器設(shè)備和模塊；

• 10~36V直流寬電壓供電；

• 支持觸摸屏控制（可選）。

（2）設(shè)備連接能力

• 支持連接各類主流PLC設(shè)備，如臺(tái)達(dá)、西門子、三菱電機(jī)自動(dòng)化、日立、步科、松下、歐姆龍等；

• 支持連接各類主流CNC設(shè)備，如發(fā)那科、奧庫(kù)瑪、三菱電機(jī)自動(dòng)化等；

• 支持連接各類其它設(shè)備，例如注塑機(jī)、工業(yè)機(jī)器人、AOI/SPI等PC-base設(shè)備;

• 支持PROFINET、PROFIBUS、DeviceNet、 Ethernet、 PowerLink、Ethernet IP、Modbus RTU、Modbus TCP、CANOpen等標(biāo)準(zhǔn)工業(yè)設(shè)備訪問協(xié)議；

• 可通過擴(kuò)展協(xié)議編程實(shí)現(xiàn)和其它各類設(shè)備連接能力，并支持用戶自定義協(xié)議開發(fā)。

3 代表性及推廣價(jià)值

（1）發(fā)動(dòng)機(jī)裝配AR輔助系統(tǒng)

在不增加自動(dòng)化設(shè)備和不改變工藝流程的前提下，凌犀將基于5G+MEC互聯(lián)網(wǎng)SCADA平臺(tái)構(gòu)建的AR工業(yè)解決方案應(yīng)用于某汽車發(fā)動(dòng)機(jī)生產(chǎn)廠商的發(fā)動(dòng)機(jī)裝配過程，為發(fā)動(dòng)機(jī)裝配過程開發(fā)一套發(fā)動(dòng)機(jī)裝配AR工作輔助系統(tǒng)，通過圖像識(shí)別、人工智能算法等技術(shù)實(shí)現(xiàn)發(fā)動(dòng)機(jī)裝配過程中的零件投料、下線核驗(yàn)，實(shí)現(xiàn)投料的智能防錯(cuò)、下線的自動(dòng)核驗(yàn)，實(shí)現(xiàn)發(fā)動(dòng)機(jī)裝配零件投料、下線核驗(yàn)的實(shí)時(shí)、可視化管理，對(duì)裝配工作實(shí)時(shí)糾錯(cuò)，提高裝配效率，降低出錯(cuò)率，降低生產(chǎn)成本。

系統(tǒng)通過高清攝像頭采集發(fā)動(dòng)機(jī)裝配場(chǎng)景中的裝配零部件、投料零部件以及工人操作過程的姿態(tài)、手勢(shì)等圖像，通過5G網(wǎng)絡(luò)發(fā)給部署在MEC平臺(tái)的后臺(tái)服務(wù)端進(jìn)行圖像識(shí)別，實(shí)現(xiàn)當(dāng)前工作場(chǎng)景語(yǔ)義的自動(dòng)感知，并基于需求使用文本、圖像等方式進(jìn)行視覺增強(qiáng)渲染，渲染后的結(jié)果通過5G網(wǎng)絡(luò)傳遞到現(xiàn)場(chǎng)操作人員佩戴的AR眼鏡。基于AR的輔助裝配，可實(shí)現(xiàn)基于空間定位和物體識(shí)別的數(shù)模全息顯示，應(yīng)用在產(chǎn)品裝配的輔助裝配、線纜端接、支架拆裝、虛擬測(cè)試等各環(huán)節(jié)。

（2）無線SCADA工業(yè)無線呼叫系統(tǒng)——呼美

某汽車廠為加快缺料預(yù)警、設(shè)備故障保修等異常事件的處理速度，計(jì)劃用無線呼叫系統(tǒng)替代傳統(tǒng)對(duì)講機(jī)和電話等通信方式，實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)過程信息的及時(shí)準(zhǔn)確推送和快速響應(yīng)。同時(shí)由于工廠已經(jīng)投產(chǎn)， 汽車廠希望無線呼叫系統(tǒng)建設(shè)不影響既有產(chǎn)線的生產(chǎn)活動(dòng)。

針對(duì)此，凌犀打造了無線SCADA工業(yè)無線呼叫系統(tǒng)——呼美，提供邊緣計(jì)算的高性能無線SCADA網(wǎng)關(guān)、語(yǔ)音警報(bào)器、無線呼叫器等，實(shí)現(xiàn)過程信息的及時(shí)有效傳遞、使工人和機(jī)器設(shè)備的最大化功效得到發(fā)揮， 從而達(dá)到降低制造成本、縮短交貨時(shí)間、提高產(chǎn)品質(zhì)量等目的，最終實(shí)現(xiàn)企業(yè)效率的大幅提升及企業(yè)利潤(rùn)的倍增。

摘自《自動(dòng)化博覽》2021年2月刊