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★內(nèi)蒙古大唐國際呼和浩特鋁電有限責(zé)任公司潘新剛，胡劍

★湖南大學(xué)電氣與信息工程學(xué)院宋天棋，雷捷維

隨著全球市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)的加劇，制造行業(yè)面臨著更高要求，包括提高產(chǎn)品質(zhì)量、增加生產(chǎn)效益、降低成本和減少資源消耗等。為了應(yīng)對(duì)這些挑戰(zhàn)，制造企業(yè)借助新興技術(shù)如物聯(lián)網(wǎng)、大數(shù)據(jù)、3D打印和云計(jì)算等不斷革新制造技術(shù)，實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)過程的透明化、智能化和全局優(yōu)化。這引發(fā)了智慧制造浪潮，以全球化、信息化、智能化和綠色化為發(fā)展方向，得到世界主要制造國家的高度重視。在歐美發(fā)達(dá)國家，智能工廠作為產(chǎn)業(yè)革命的核心受到廣泛研究和重視[1-4]。德國通過“工業(yè)4.0”計(jì)劃，研究智能化生產(chǎn)系統(tǒng)和網(wǎng)絡(luò)化分布式生產(chǎn)設(shè)施，以實(shí)現(xiàn)制造業(yè)智能化轉(zhuǎn)型。美國政府提出一系列制造業(yè)振興計(jì)劃，大企業(yè)如通用電氣、思科等也成立工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)聯(lián)盟，推動(dòng)了物理世界和數(shù)字世界的融合。在中國，面對(duì)成本上升和傳統(tǒng)比較優(yōu)勢(shì)減弱的挑戰(zhàn)，政府提出了“中國制造2025規(guī)劃”，推進(jìn)了信息化與工業(yè)化的深度融合。以云計(jì)算、物聯(lián)網(wǎng)和大數(shù)據(jù)等新一代信息技術(shù)為代表，提升了中國制造業(yè)水平[5~6]。學(xué)術(shù)界也有相關(guān)研究，如云制造、制造物聯(lián)等，但仍存在局限性。

智能工廠是新一輪產(chǎn)業(yè)革命的最終成果，不同于云制造和制造物聯(lián)，它是對(duì)工廠自身運(yùn)行狀況的深入了解，并自發(fā)形成新的生產(chǎn)運(yùn)行模式的智慧存在。智能工廠需要在制造物聯(lián)基礎(chǔ)上，通過數(shù)據(jù)分析發(fā)現(xiàn)工廠運(yùn)行規(guī)律，實(shí)現(xiàn)智能化決策，并將其封裝為智能化服務(wù)，最后通過云端敏捷配置實(shí)現(xiàn)服務(wù)協(xié)同，形成工廠的新產(chǎn)物。

智能工廠在發(fā)展過程中面臨著一系列問題，其中以設(shè)備之間的通信速度問題為主要挑戰(zhàn)[7-10]。就設(shè)備通信速度而言，目前大多數(shù)智能工廠的網(wǎng)絡(luò)通信能力較差，仍有超過90%的工廠在使用4G網(wǎng)絡(luò)。這導(dǎo)致在一些智能工廠中，工廠網(wǎng)絡(luò)問題可能會(huì)導(dǎo)致生產(chǎn)速度放緩甚至?xí)和Ｉa(chǎn)線。特別是對(duì)于那些依賴機(jī)器人和機(jī)械臂進(jìn)行生產(chǎn)搬運(yùn)的工廠，對(duì)網(wǎng)絡(luò)通信速度的要求更為苛刻。

本文以呼鋁電智能工廠為研究對(duì)象，在研究過程中，首先分析了智能工廠的發(fā)展現(xiàn)狀，了解到存在設(shè)備通信速度慢、生產(chǎn)信息獲取水平不足等問題。針對(duì)這些問題，本文提出了一種結(jié)合5G通信技術(shù)與物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的智能工廠實(shí)現(xiàn)方案，以此來提高設(shè)備之間的通信質(zhì)量和通信效率，從而促進(jìn)智能工廠相關(guān)研究的發(fā)展。

1 相關(guān)技術(shù)概述

1.1　5G通信技術(shù)

5G通信技術(shù)是第五代移動(dòng)通信技術(shù)，具有體積小、速度快、功能強(qiáng)大、可靠性高的特點(diǎn)。如表1所示，相比于4G的通信技術(shù)，它具有更高的傳輸速度、更低的延遲、更大的網(wǎng)絡(luò)容量以及更好的連接穩(wěn)定性[11]。這使得5G技術(shù)能夠支持更多的智能設(shè)備和物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用，包括智慧城市、自動(dòng)駕駛、遠(yuǎn)程醫(yī)療、工業(yè)自動(dòng)化等領(lǐng)域[12,13]。5G通信技術(shù)的特點(diǎn)包括內(nèi)容分發(fā)、軟件定義、全雙工和共頻、網(wǎng)絡(luò)自組織以及多輸入多輸出等。這些特點(diǎn)使得5G技術(shù)能夠更好地適應(yīng)不同場(chǎng)景下的通信需求，并提供更加穩(wěn)定和高效的通信服務(wù)。在全球范圍內(nèi)，各個(gè)國家和地區(qū)都在積極推動(dòng)5G網(wǎng)絡(luò)的建設(shè)和應(yīng)用，以推動(dòng)數(shù)字經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，促進(jìn)社會(huì)信息化進(jìn)程。總的來說，5G通信技術(shù)作為下一代移動(dòng)通信技術(shù)，將對(duì)人們的生活、工作和社會(huì)發(fā)展產(chǎn)生深遠(yuǎn)影響，為構(gòu)建智能互聯(lián)的未來社會(huì)打下基礎(chǔ)。

表1 4G/5G性能對(duì)比

1.2　物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)

物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)是指通過互聯(lián)網(wǎng)將各種實(shí)體對(duì)象互相連接起來，形成一個(gè)互相關(guān)聯(lián)的網(wǎng)絡(luò)[14,15]。近30年來，隨著物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)在學(xué)術(shù)界的迅速發(fā)展，人們開始理解并接受了物聯(lián)網(wǎng)的概念。其核心在于感知、通信和智能化處理。感知層負(fù)責(zé)采集各種物理量和環(huán)境信息，如溫度、濕度、光照等；通信層將這些信息傳輸?shù)皆贫嘶蚱渌O(shè)備進(jìn)行進(jìn)一步處理；智能化處理層對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行分析和加工，提取有用信息并做出相應(yīng)決策，其通信協(xié)議包括Zigbee、藍(lán)牙、GPRS和NBIoT。常見應(yīng)用包括煙霧傳感器、智能路燈、智能水電表、溫度傳感器等設(shè)備。到目前為止，物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)已在智慧城市、工業(yè)自動(dòng)化、智能交通、智能醫(yī)療、智能家居等領(lǐng)域得到廣泛應(yīng)用。

1.3　智能工廠

智能工廠是指利用先進(jìn)的信息技術(shù)、自動(dòng)化技術(shù)和智能化設(shè)備，實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)流程的智能化、柔性化和高效化的工廠。它充分整合了物聯(lián)網(wǎng)、大數(shù)據(jù)、人工智能等新一代信息技術(shù)，并通過數(shù)字化、網(wǎng)絡(luò)化和智能化手段來優(yōu)化生產(chǎn)過程和管理模式。智能工廠的建設(shè)旨在提高生產(chǎn)效率、質(zhì)量和靈活性，降低成本，實(shí)現(xiàn)可持續(xù)發(fā)展和市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)力。

智能工廠的技術(shù)架構(gòu)體系應(yīng)包括五個(gè)層次（如圖1所示），即應(yīng)用層、應(yīng)用接口層、核心服務(wù)層、資源層和數(shù)據(jù)采集層。智能工廠的原理是通過將傳感器、執(zhí)行器、控制系統(tǒng)和信息系統(tǒng)相互連接，實(shí)現(xiàn)設(shè)備之間的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)傳輸、信息共享和智能決策。通過實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)和分析設(shè)備運(yùn)行數(shù)據(jù)，可以實(shí)現(xiàn)設(shè)備狀態(tài)預(yù)測(cè)、故障診斷和自動(dòng)調(diào)節(jié)，提高了生產(chǎn)效率和產(chǎn)品質(zhì)量。同時(shí)，智能工廠還可以實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)過程的柔性調(diào)度和自適應(yīng)控制，以適應(yīng)市場(chǎng)需求的變化和個(gè)性化定制的要求。

智能工廠的特點(diǎn)主要包括以下幾個(gè)方面：

自動(dòng)化生產(chǎn)：智能工廠采用先進(jìn)的機(jī)器人、自動(dòng)化裝備和智能化生產(chǎn)線，實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)過程的自動(dòng)化和智能化。通過自動(dòng)化設(shè)備的應(yīng)用，可以提高生產(chǎn)效率、降低勞動(dòng)強(qiáng)度，并且適應(yīng)多品種、小批量、快速變化的生產(chǎn)需求。

數(shù)據(jù)驅(qū)動(dòng)決策：智能工廠實(shí)現(xiàn)了生產(chǎn)過程的數(shù)字化和信息化，并通過大數(shù)據(jù)分析和人工智能技術(shù)，對(duì)生產(chǎn)數(shù)據(jù)進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)、分析和預(yù)測(cè)，實(shí)現(xiàn)了智能決策和優(yōu)化控制，提高了生產(chǎn)效率和產(chǎn)品質(zhì)量。

資源高效利用：智能工廠通過設(shè)備狀態(tài)監(jiān)測(cè)和故障預(yù)測(cè)，實(shí)現(xiàn)了設(shè)備維護(hù)的精準(zhǔn)化和預(yù)防性維護(hù)，最大限度地提高了設(shè)備利用率和生產(chǎn)資源的利用效率。

2　呼鋁電智能工廠控制系統(tǒng)的需求分析

為滿足工業(yè)生產(chǎn)智能化的需求，呼鋁電公司需要建設(shè)一套智能工廠控制系統(tǒng)，用于管理生產(chǎn)、巡檢、測(cè)試、故障處理等工作事務(wù)。其中，智能工廠控制系統(tǒng)包括建設(shè)廠區(qū)范圍內(nèi)5G定制網(wǎng)、智能工廠管控平臺(tái)、巡檢管理系統(tǒng)、廠區(qū)GIS管理平臺(tái)等。

（1）建設(shè)5G定制網(wǎng)

建設(shè)內(nèi)容包括新建5G基站覆蓋全廠區(qū)工作區(qū)域，實(shí)現(xiàn)廠區(qū)的生產(chǎn)專網(wǎng)業(yè)務(wù)與大網(wǎng)隔離，保證生產(chǎn)數(shù)據(jù)安全。搭建廠區(qū)范圍內(nèi)5G定制網(wǎng)，通過專用接口與新建智能工廠管控平臺(tái)相連接。

（2）智能工廠管控平臺(tái)

智能工廠管控平臺(tái)是一個(gè)綜合管理系統(tǒng)，其支持多種功能和模塊，可以提高工廠的安全性、生產(chǎn)效率和管理效能。其中視頻監(jiān)控功能，通過攝像頭實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)工廠內(nèi)的各個(gè)區(qū)域，幫助管理人員及時(shí)發(fā)現(xiàn)異常情況并進(jìn)行處理。此外，平臺(tái)還支持安全告警信息的展示與管理，當(dāng)出現(xiàn)安全隱患或緊急事件時(shí)，可以通過系統(tǒng)發(fā)送告警信息給相關(guān)人員，以便及時(shí)采取應(yīng)對(duì)措施。巡檢管理模塊可以幫助管理人員制定巡檢計(jì)劃、記錄巡檢情況，并提供巡檢報(bào)告，以確保設(shè)備和設(shè)施的正常運(yùn)行。最后，平臺(tái)還提供綜合分析報(bào)表功能，通過數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)和分析，幫助管理人員了解工廠運(yùn)營情況，發(fā)現(xiàn)問題并進(jìn)行決策和改進(jìn)。

（3）巡檢管理系統(tǒng)

巡檢管理系統(tǒng)是智能工廠管控平臺(tái)的重要組成部分。巡檢管理系統(tǒng)具有語音視頻對(duì)講功能，可滿足PC客戶端、手機(jī)客戶端通過前端攝像頭進(jìn)行語音或視頻溝通的需求，系統(tǒng)每月定期生成設(shè)備巡檢及技術(shù)測(cè)試任務(wù)，并管理巡檢人員的操作規(guī)范。

（4）廠區(qū)GIS管理平臺(tái)

廠區(qū)GIS管理平臺(tái)可以滿足智能工廠管控平臺(tái)對(duì)地理數(shù)據(jù)進(jìn)行各種維護(hù)的需要，包括創(chuàng)建、修改、瀏覽和發(fā)布地圖數(shù)據(jù)元。員工可以使用它來顯示廠區(qū)的各種設(shè)施、管線、設(shè)備和資源，以及周邊環(huán)境信息。它還可以集成物聯(lián)網(wǎng)、視頻監(jiān)控和告警消息等功能，并可將這些信息在地圖上展示。

3　呼鋁電智能工廠控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)

呼鋁電智能工廠控制系統(tǒng)架構(gòu)如圖2所示，分為兩部分：（1）硬件部分是搭建一套適用于工廠內(nèi)部通信需求的5G定制網(wǎng)；（2）軟件部分是構(gòu)建一套結(jié)合5G相關(guān)技術(shù)的智能工廠管控平臺(tái)。

3.1　5G定制網(wǎng)

5G定制網(wǎng)的構(gòu)建包含如下模塊：5G基站、UPF服務(wù)器和MEC服務(wù)器。

3.1.15G基站

5G基站是指用于支持第五代移動(dòng)通信技術(shù)（5G）的基礎(chǔ)設(shè)施[16,17]。它是一種無線通信系統(tǒng)，用于連接移動(dòng)設(shè)備（如智能手機(jī)、平板電腦和物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備）與互聯(lián)網(wǎng)。基站通常由天線、傳輸設(shè)備和網(wǎng)絡(luò)控制單元組成，負(fù)責(zé)接收和發(fā)送無線信號(hào)，并將數(shù)據(jù)傳輸?shù)胶诵木W(wǎng)絡(luò)中。與4G基站相比，5G基站具有更高的帶寬、更低的延遲和更大的容量；并且它使用了更高頻率的無線頻譜，以實(shí)現(xiàn)更快的數(shù)據(jù)傳輸速度和更好的網(wǎng)絡(luò)性能。BBU（基帶單元）和AAU（無線訪問單元）是5G基站中兩個(gè)重要的組成部分。

5G基站BBU：BBU負(fù)責(zé)數(shù)字信號(hào)處理和基帶處理，其中包括對(duì)信號(hào)的解調(diào)、調(diào)制、編碼、解碼等處理。BBU一般位于基站室內(nèi)，負(fù)責(zé)處理基站的數(shù)字信號(hào)，然后將處理后的信號(hào)通過光纖傳輸?shù)绞彝獾臒o線訪問單元。本文選用的BBU支持TDDNR制式，滿足環(huán)境溫度和濕度要求，能夠防水防塵，并且支持網(wǎng)絡(luò)管理功能，包括配置管理、故障管理、性能管理、版本管理、通信管理和安全管理等。

5G基站AAU：AAU負(fù)責(zé)射頻信號(hào)處理和天線的驅(qū)動(dòng)控制，包括對(duì)射頻信號(hào)的放大、濾波、變頻等處理。AAU一般位于基站室外，負(fù)責(zé)將處理后的射頻信號(hào)通過天線發(fā)送到用戶設(shè)備，或者接收來自用戶設(shè)備的射頻信號(hào)。本文選用的AAU支持Massive MIMO/3D-MIMO，64T64R，工作帶寬為120MHz，信道帶寬支持20/40/50/60/80/100MHz，天線支持64個(gè)天線端口。

3.1.2UPF服務(wù)器

UPF服務(wù)器是5G網(wǎng)絡(luò)中的一個(gè)重要組成部分，它主要負(fù)責(zé)用戶數(shù)據(jù)的傳輸和處理。UPF服務(wù)器位于5G核心網(wǎng)和無線接入網(wǎng)之間，是一種分布式的網(wǎng)絡(luò)設(shè)備，可以根據(jù)網(wǎng)絡(luò)負(fù)載動(dòng)態(tài)地分配和調(diào)度用戶數(shù)據(jù)。UPF服務(wù)器參數(shù)如下：CPU為2Inte1 5218R處理器（20Cores，2.30 GHz），內(nèi)存為384G，硬盤為2.5 SATASSD，UPF功能支持?jǐn)?shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)與路由功能，支持策略接收與執(zhí)行功能，包括預(yù)定義規(guī)則和本地規(guī)則的執(zhí)行。其通過策略執(zhí)行功能可實(shí)現(xiàn)流量門限控制、限速、用量監(jiān)控、用量上報(bào)等。

3.1.3MEC服務(wù)器

MEC服務(wù)器是部署在移動(dòng)通信網(wǎng)絡(luò)邊緣的服務(wù)器，用于提供邊緣計(jì)算服務(wù)。其主要作用是在網(wǎng)絡(luò)邊緣位置為移動(dòng)用戶設(shè)備提供更低延遲、更高帶寬和更可靠的應(yīng)用和服務(wù)。

MEC平臺(tái)PaaS服務(wù)：支持MEC平臺(tái)與中心云間的網(wǎng)絡(luò)貫通和管理、數(shù)據(jù)協(xié)同，為應(yīng)用提供云邊AI協(xié)同、存儲(chǔ)協(xié)同等定制能力；同時(shí)具有智能網(wǎng)關(guān)、工業(yè)設(shè)備、物聯(lián)網(wǎng)終端的管理能力，支持從主頁面切換到不同的分廠區(qū)，對(duì)各分廠區(qū)進(jìn)行邊緣云網(wǎng)資源、PaaS能力和SaaS應(yīng)用的部署加載、運(yùn)營運(yùn)維等。

MEC平臺(tái)NaaS服務(wù)：能夠?qū)?G邊緣網(wǎng)絡(luò)IP地址、5G邊緣網(wǎng)絡(luò)帶寬進(jìn)行分配和管理；支持查詢UPF所在虛擬機(jī)的CPU、內(nèi)存、運(yùn)行狀態(tài)等信息；能對(duì)邊緣終端信息進(jìn)行查詢及管理，包括終端手機(jī)號(hào)、終端IMSI、終端IP地址、終端在線狀態(tài)、上線時(shí)間、在線時(shí)長、上下行速率、上下行流量統(tǒng)計(jì)等；實(shí)現(xiàn)基于用戶級(jí)的系統(tǒng)賬號(hào)/企業(yè)信息管理、終端管理、應(yīng)用管理。

3.2　5G智能工廠管控平臺(tái)

3.2.1底層算法服務(wù)

（1）基礎(chǔ)服務(wù)集成架構(gòu)

基礎(chǔ)服務(wù)集成框架是一個(gè)支撐系統(tǒng)運(yùn)行和管理的基礎(chǔ)架構(gòu)，包括應(yīng)用管理、開放接口、算法倉庫和集群容災(zāi)等功能。應(yīng)用管理提供了應(yīng)用生命周期管理和應(yīng)用日常運(yùn)維兩個(gè)方面的支持，包括資源管理、應(yīng)用部署、服務(wù)治理、彈性伸縮、安全管理、配置管理、監(jiān)控和日志管理等。開放接口分為南向接口和北向接口，用于與前端設(shè)備和第三方平臺(tái)進(jìn)行接入和對(duì)接。算法倉庫用于存儲(chǔ)和管理各種算法模型，以供業(yè)務(wù)應(yīng)用調(diào)用和使用。集群容災(zāi)要求系統(tǒng)能夠啟用云化集群工作模式，保證在任意節(jié)點(diǎn)故障的情況下，其他節(jié)點(diǎn)能夠迅速接管其工作，并在故障節(jié)點(diǎn)恢復(fù)后將工作交還給原有節(jié)點(diǎn)，以確保系統(tǒng)的高可用性和數(shù)據(jù)的可靠性和連續(xù)性。通過以上功能的支持，基礎(chǔ)服務(wù)集成框架能夠提供一個(gè)穩(wěn)定、高效、可靠的運(yùn)行環(huán)境，為上層業(yè)務(wù)應(yīng)用提供了良好的支持和保障。

（2）視頻圖像管理服務(wù)

視頻圖像管理服務(wù)提供系統(tǒng)管理、實(shí)時(shí)監(jiān)控、錄像管理、電視墻管理、智能前端管理和圖片管理等能力，保障了視頻圖像數(shù)據(jù)的高效管理和安全存儲(chǔ)。同時(shí)它還具備平臺(tái)互聯(lián)和開放服務(wù)功能，支持與第三方平臺(tái)的連接和業(yè)務(wù)集成，這意味著用戶可以將該服務(wù)與其他系統(tǒng)或平臺(tái)進(jìn)行無縫集成，實(shí)現(xiàn)了數(shù)據(jù)共享和業(yè)務(wù)協(xié)同。該服務(wù)采用云化集群工作模式，使其具有集群容災(zāi)能力，確保了系統(tǒng)的可靠性和連續(xù)性。

（3）視頻圖像解析與檢索服務(wù)

視頻圖像解析與檢索服務(wù)是智能工廠管控平臺(tái)中不可或缺的組成部分。它由多個(gè)服務(wù)組件構(gòu)成，包括GPU加速分析、軟解碼分析、非結(jié)構(gòu)化數(shù)據(jù)存儲(chǔ)檢索、結(jié)構(gòu)化數(shù)據(jù)存儲(chǔ)、數(shù)據(jù)推送與告警發(fā)布、NoSql服務(wù)、消息中間件服務(wù)、分布式一致性服務(wù)、能力開放服務(wù)、負(fù)載均衡器服務(wù)和運(yùn)維管理服務(wù)等。這些服務(wù)支持深度特征提取計(jì)算、行為分析、視頻搜索等功能，并提供人臉、人體以圖搜圖特征檢索等能力。

3.2.2巡檢管理系統(tǒng)

巡檢管理系統(tǒng)是一款基于智能終端、語音視頻對(duì)講和云計(jì)算技術(shù)的專業(yè)巡檢管理服務(wù)。該服務(wù)通過自定義配置生產(chǎn)設(shè)備的巡檢檢查項(xiàng)，自定義配置生產(chǎn)設(shè)備的巡檢路徑，制定巡檢計(jì)劃，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)生產(chǎn)設(shè)備及物資的全面巡檢和管理。同時(shí)，該系統(tǒng)還能夠通過智能終端實(shí)現(xiàn)與智能工廠管控平臺(tái)進(jìn)行語音視頻對(duì)講的功能，從而滿足PC客戶端、手機(jī)客戶端通過前端攝像頭進(jìn)行語音或視頻溝通的需求。系統(tǒng)能夠監(jiān)控巡檢任務(wù)進(jìn)度，實(shí)現(xiàn)全流程閉環(huán)管理，并支持日志記錄和數(shù)據(jù)查詢，能夠?qū)?shù)據(jù)流量記錄、電池電量記錄、通話信息、媒體上傳記錄、模塊運(yùn)行、系統(tǒng)統(tǒng)計(jì)記錄進(jìn)行查詢。此外，系統(tǒng)還提供實(shí)時(shí)更新并顯示人員當(dāng)前運(yùn)行狀態(tài)，包括速度、方向、經(jīng)度、緯度、定位時(shí)間等信息。通過以上功能的支持，巡檢管理系統(tǒng)能夠提高巡檢效率和管理水平，為企業(yè)的生產(chǎn)管理提供了良好的支持和保障。

3.2.3廠區(qū)GIS管理平臺(tái)

廠區(qū)GIS管理平臺(tái)是功能強(qiáng)大的地理信息管理系統(tǒng)，它提供了豐富的功能，包括地圖數(shù)據(jù)元的創(chuàng)建、修改、瀏覽和發(fā)布等操作。這個(gè)系統(tǒng)平臺(tái)允許用戶創(chuàng)建點(diǎn)、線和面三種類型的圖層，并且支持自定義符號(hào)庫，讓用戶可以根據(jù)需要定制攝像機(jī)和報(bào)警器的符號(hào)。此外，該平臺(tái)還提供了地圖瀏覽和量算功能，讓用戶可以對(duì)地圖進(jìn)行放大、縮小和平移等操作，并且可以進(jìn)行距離、面積等測(cè)量。

另外，該平臺(tái)實(shí)現(xiàn)了物聯(lián)網(wǎng)的集成，將物聯(lián)網(wǎng)監(jiān)控點(diǎn)的位置信息配置到地圖上，通過點(diǎn)擊標(biāo)記點(diǎn)能夠快速調(diào)用物聯(lián)網(wǎng)監(jiān)控?cái)?shù)據(jù)。平臺(tái)還實(shí)現(xiàn)了告警消息的集成，當(dāng)攝像頭、物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備或用戶APP產(chǎn)生告警時(shí)，相關(guān)位置信息會(huì)與GIS關(guān)聯(lián)，并在地圖上實(shí)時(shí)彈窗展示告警信息。

4　呼鋁電智能工廠控制系統(tǒng)的測(cè)試與評(píng)價(jià)

上文介紹了呼鋁電智能工廠控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)。為了驗(yàn)證該方案的可行性和有效性，下文對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行了功能測(cè)試與5G專網(wǎng)性能測(cè)試，并分析驗(yàn)證了系統(tǒng)的實(shí)用性和有效性。

4.1　系統(tǒng)功能測(cè)試

在智能工廠控制系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)后，首先進(jìn)行系統(tǒng)功能測(cè)試。測(cè)試結(jié)果表明系統(tǒng)能夠滿足相關(guān)功能需求。主要的測(cè)試示例如表2所示。其中，智能工廠控制系統(tǒng)的主要功能包括視頻監(jiān)控、巡檢管理、安全告警信息展示等。測(cè)試結(jié)果顯示，智能工廠控制系統(tǒng)已能夠正常運(yùn)行并進(jìn)行業(yè)務(wù)處理操作。

4.2　5G專網(wǎng)性能測(cè)試

5G專網(wǎng)性能測(cè)試結(jié)果如表3所示。其中，測(cè)試地點(diǎn)為廠區(qū)內(nèi)部的一廠區(qū)工作區(qū)、二廠區(qū)工作區(qū)電解車間，測(cè)試指標(biāo)為PING成功率、PING包平均時(shí)延、單用戶下行平均速率、上行平均速率、單用戶下行NR峰值速率、單用戶上行NR值速率。從測(cè)試結(jié)果可以看出，5G專網(wǎng)的性能達(dá)到智能工廠控制系統(tǒng)的建設(shè)要求，符合預(yù)期目標(biāo)。

表2 系統(tǒng)功能測(cè)試

表3 5G專網(wǎng)性能指標(biāo)

5　總結(jié)

本文聚焦于智能工廠的研究與應(yīng)用。當(dāng)前智能工廠在發(fā)展過程中仍面臨諸多挑戰(zhàn)，如設(shè)備通信速度問題和生產(chǎn)智能化水平不夠等，其中又以通信速度問題為主要瓶頸。針對(duì)這個(gè)問題，本文以搭建呼鋁電智能工廠控制系統(tǒng)為例，提出了一種結(jié)合5G通信技術(shù)與物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的智能工廠控制系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)方案，并分析驗(yàn)證了系統(tǒng)的實(shí)用性和有效性。測(cè)試結(jié)果表明，該系統(tǒng)在實(shí)際場(chǎng)景中具有良好的應(yīng)用效果，為智能工廠的相關(guān)研究提供了很好的參考案例。

★基金項(xiàng)目：國家自然科學(xué)基金資助項(xiàng)目（62171184）。

作者簡(jiǎn)介：

潘新剛（1984-），男，山西臨汾人，工程師，學(xué)士，現(xiàn)就職于內(nèi)蒙古大唐國際呼和浩特鋁電有限責(zé)任公司，主要研究方向?yàn)殡姎庾詣?dòng)化。

胡　劍（1975-），男，山東淄博人，高級(jí)工程師，學(xué)士，現(xiàn)就職于內(nèi)蒙古大唐國際呼和浩特鋁電有限責(zé)任公司，主要研究方向?yàn)橐苯鸸に噧?yōu)化。

宋天棋（1998-），男，湖北十堰人，碩士，現(xiàn)就職于湖南大學(xué)電氣與信息工程學(xué)院，主要研究方向?yàn)槟Ｊ阶R(shí)別與復(fù)雜算法。

雷捷維（1994-），男，廣東臺(tái)山人，博士，現(xiàn)就職于湖南大學(xué)電氣與信息工程學(xué)院，研究方向?yàn)殚L期時(shí)間序列預(yù)測(cè)。

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摘自《自動(dòng)化博覽》2024年4月刊