文 / 本刊記者 喜崇彬

在我國(guó)大力推動(dòng)智能制造的大背景下，制造企業(yè)依托5G+工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)以及人工智能技術(shù)，對(duì)制造業(yè)進(jìn)行“數(shù)字化改造”實(shí)踐，提升數(shù)據(jù)賦能水平成為制造業(yè)升級(jí)發(fā)展的一個(gè)重要方向。在2020年，工信部推進(jìn)了一個(gè)重要項(xiàng)目——面向典型行業(yè)的工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)“5G+邊緣計(jì)算”服務(wù)平臺(tái)，南京音飛儲(chǔ)存設(shè)備（集團(tuán)）股份有限公司（以下簡(jiǎn)稱“音飛”）深度參與，主要承擔(dān)了“工業(yè)級(jí)5G+智能搬運(yùn)機(jī)器人”示范項(xiàng)目。本文將介紹音飛公司參與本項(xiàng)工作的進(jìn)展和取得的成果等情況。

尹慧南京音飛存儲(chǔ)電控部總監(jiān)

通過邊緣計(jì)算結(jié)合5G網(wǎng)絡(luò)能力，為企業(yè)進(jìn)一步簡(jiǎn)化網(wǎng)絡(luò)復(fù)雜度，增加產(chǎn)線柔性和可持續(xù)升級(jí)能力，為企業(yè)各類應(yīng)用提供網(wǎng)絡(luò)和應(yīng)用管理的綜合性服務(wù)。

工信部推動(dòng)“5G+邊緣計(jì)算”在制造行業(yè)應(yīng)用

在2020年，中華人民共和國(guó)工業(yè)和信息化部信息通信管理局推出一個(gè)關(guān)于5G技術(shù)應(yīng)用的重要項(xiàng)目——面向典型行業(yè)的工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)“5G+邊緣計(jì)算”服務(wù)平臺(tái)。這個(gè)項(xiàng)目推出的背景是多樣化的工業(yè)應(yīng)用對(duì)工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)的網(wǎng)絡(luò)和計(jì)算能力提出了新的需求和挑戰(zhàn)，不僅包括網(wǎng)絡(luò)帶寬、連接實(shí)時(shí)性、可靠性、安全性等多方面要求，此外，網(wǎng)絡(luò)還需根據(jù)應(yīng)用特征提供隨時(shí)按需調(diào)用的計(jì)算、存儲(chǔ)等能力。此外，由于不同場(chǎng)景工業(yè)智能設(shè)備集成的傳感器不同，計(jì)算能力需求不同，和流程系統(tǒng)交互協(xié)作要求不同，會(huì)造成工廠自動(dòng)化系統(tǒng)及信息系統(tǒng)的集成困境，進(jìn)而影響各類工業(yè)應(yīng)用的正常運(yùn)行。針對(duì)上述挑戰(zhàn)，項(xiàng)目致力于實(shí)現(xiàn)面向多樣化網(wǎng)絡(luò)需求的工業(yè)應(yīng)用，建設(shè)“5G+邊緣計(jì)算”服務(wù)平臺(tái)，通過邊緣計(jì)算結(jié)合5G網(wǎng)絡(luò)能力，為企業(yè)進(jìn)一步簡(jiǎn)化網(wǎng)絡(luò)復(fù)雜度，增加產(chǎn)線柔性和可持續(xù)升級(jí)能力，實(shí)現(xiàn)自主管理，網(wǎng)絡(luò)劃分，帶寬動(dòng)態(tài)分配，計(jì)算能力橫向擴(kuò)展，遠(yuǎn)程管控，應(yīng)用部署和管理等功能，支持應(yīng)用驅(qū)動(dòng)控制工業(yè)設(shè)備能力及工業(yè)應(yīng)用驅(qū)動(dòng)的網(wǎng)絡(luò)資源動(dòng)態(tài)調(diào)整能力，為企業(yè)各類應(yīng)用提供網(wǎng)絡(luò)和應(yīng)用管理的綜合性服務(wù)。

項(xiàng)目具體建設(shè)內(nèi)容是通過建設(shè)“5G+邊緣計(jì)算”服務(wù)平臺(tái)，實(shí)現(xiàn)由工業(yè)應(yīng)用驅(qū)動(dòng)的工廠內(nèi)外資源網(wǎng)絡(luò)化自動(dòng)配置能力，形成新型工廠現(xiàn)場(chǎng)邊緣計(jì)算應(yīng)用架構(gòu)和模型。針對(duì)目前中小企業(yè)在邊緣計(jì)算和5G方面應(yīng)用困境，通過典型行業(yè)的邊緣網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用創(chuàng)新示范，形成應(yīng)用模板和解決方案，推動(dòng)工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)在中小企業(yè)的應(yīng)用落地。項(xiàng)目建設(shè)成果包括但不限于“5G+邊緣計(jì)算”工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)架構(gòu)和實(shí)施模型；行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)草案或具有影響力的工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)產(chǎn)業(yè)聯(lián)盟團(tuán)體標(biāo)準(zhǔn)草案；示教平臺(tái)和測(cè)試環(huán)境，能夠?yàn)槠髽I(yè)提供咨詢培訓(xùn)服務(wù)；實(shí)現(xiàn)基于“5G+邊緣計(jì)算”的“生產(chǎn)優(yōu)化、質(zhì)量檢測(cè)、協(xié)同生產(chǎn)、柔性制造等”4種以上典型邊緣網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用創(chuàng)新；通過“5G+邊緣計(jì)算”實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)優(yōu)化、質(zhì)量檢測(cè)、協(xié)同生產(chǎn)、柔性制造等4種以上典型邊緣網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用創(chuàng)新，帶動(dòng)技術(shù)發(fā)展和產(chǎn)業(yè)應(yīng)用；支持接入主流設(shè)備和工業(yè)控制器，支持包括物流、倉(cāng)儲(chǔ)、機(jī)器人、機(jī)床等20種以上設(shè)備類型，支持編程語言進(jìn)行實(shí)時(shí)控制編程。

項(xiàng)目實(shí)施的主要目的包括：1.在知識(shí)產(chǎn)權(quán)和標(biāo)準(zhǔn)化方面，通過共同研制標(biāo)準(zhǔn)引領(lǐng)行業(yè)發(fā)展方向，形成自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)，推進(jìn)項(xiàng)目涉及的各項(xiàng)創(chuàng)新技術(shù)在平臺(tái)項(xiàng)目中的落地。同時(shí)大力推動(dòng)平臺(tái)的各項(xiàng)創(chuàng)新技術(shù)進(jìn)入國(guó)家工業(yè)和產(chǎn)業(yè)標(biāo)準(zhǔn)以及國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)化組織3GPP標(biāo)準(zhǔn)。2.開發(fā)出國(guó)產(chǎn)基于5G的物聯(lián)網(wǎng)芯片，打破國(guó)外芯片壟斷，并成功部署到工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)場(chǎng)景下的終端設(shè)備，如AGV、可移動(dòng)工業(yè)機(jī)器人等。3.建設(shè)一套完整的5G網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)，驗(yàn)證為“5G+邊緣計(jì)算”服務(wù)平臺(tái)相關(guān)工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用場(chǎng)景提供網(wǎng)絡(luò)通信及計(jì)算能力，可以很好的支撐eMBB、uRLLC及mMTC等工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)場(chǎng)景，包括AR指導(dǎo)、云化AGV、柔性生產(chǎn)、機(jī)器視覺、替代有線等，在帶寬、時(shí)延、連接數(shù)等方面均滿足平臺(tái)相關(guān)功能、性能、可靠性等技術(shù)要求。4.在工業(yè)生產(chǎn)環(huán)節(jié)，完成機(jī)械裝備核心部件的協(xié)同制造、整機(jī)組裝、質(zhì)量驗(yàn)證、施工現(xiàn)場(chǎng)遠(yuǎn)程調(diào)優(yōu)和作業(yè)調(diào)度控制方面的全過程精細(xì)管理。5.在工業(yè)應(yīng)用環(huán)節(jié)，完成施工基建項(xiàng)目立體施工中多機(jī)種協(xié)同作業(yè)和設(shè)備遠(yuǎn)程智能運(yùn)維管理的應(yīng)用推廣。6.形成“5G+邊緣計(jì)算”解決方案及應(yīng)用模板，為工業(yè)企業(yè)實(shí)現(xiàn)邊緣計(jì)算與企業(yè)內(nèi)網(wǎng)融合提供參考。7.通過多個(gè)企業(yè)多種應(yīng)用，不同類型的“5G+邊緣計(jì)算”應(yīng)用創(chuàng)新的示范帶動(dòng)技術(shù)發(fā)展和產(chǎn)業(yè)應(yīng)用。8.提供技術(shù)咨詢、培訓(xùn)等公共服務(wù)。

改造中的穿梭小車，加裝5G芯片模組

音飛參與項(xiàng)目情況及承擔(dān)工作

據(jù)音飛公司電控部總監(jiān)尹慧介紹：音飛公司主要參與的是這個(gè)大項(xiàng)目之中的一個(gè)子項(xiàng)目——“工業(yè)級(jí)5G+智能搬運(yùn)機(jī)器人”示范平臺(tái)項(xiàng)目。該項(xiàng)目是一個(gè)聯(lián)合體項(xiàng)目，投標(biāo)人聯(lián)合體十家單位由南京理工大學(xué)牽頭，參與單位包括中國(guó)聯(lián)合網(wǎng)絡(luò)通信有限公司江蘇省分公司、浙江大學(xué)、中國(guó)科學(xué)院計(jì)算技術(shù)研究所、中國(guó)電子技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)化研究院、北京中科晶上科技股份有限公司、北京計(jì)算機(jī)技術(shù)及應(yīng)用研究所、中化巖土集團(tuán)股份有限公司、天津新松機(jī)器人自動(dòng)化有限公司、南京音飛儲(chǔ)存設(shè)備（集團(tuán)）股份有限公司。南京理工大學(xué)將與各單位共同開發(fā)基于全新技術(shù)的5G邊緣計(jì)算服務(wù)平臺(tái)，并在聯(lián)合體內(nèi)三家業(yè)內(nèi)知名的制造型企業(yè)：中化巖土集團(tuán)股份有限公司、天津新松機(jī)器人自動(dòng)化有限公司、南京音飛儲(chǔ)存設(shè)備（集團(tuán)）股份有限公司進(jìn)行部署推廣。同時(shí)，聯(lián)合中電標(biāo)準(zhǔn)化研究院建立健全行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)體系，制定相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)。十家單位通過產(chǎn)學(xué)研用聯(lián)合，覆蓋項(xiàng)目所涉及的5G網(wǎng)絡(luò)部署、工業(yè)5G芯片應(yīng)用、標(biāo)準(zhǔn)制定、集成、落地實(shí)施與培訓(xùn)推廣。

工業(yè)級(jí)5G通訊技術(shù)應(yīng)用在設(shè)備密集的車間，使倉(cāng)庫(kù)具有更優(yōu)的抗干擾能力

關(guān)于音飛具體參與的工作，尹慧介紹到：在研發(fā)初期，音飛與中科晶上進(jìn)行了充分的調(diào)研和詳盡的分析，一起論證了各種車型與工業(yè)級(jí)5g的結(jié)合方案，設(shè)計(jì)了小步快跑、快速迭代的演進(jìn)方案，第一代產(chǎn)品是將5G通信和智能搬運(yùn)機(jī)器人的作業(yè)調(diào)度進(jìn)了粗放式的融合，經(jīng)過長(zhǎng)時(shí)間的全面的測(cè)試去驗(yàn)證方案的可行性、可靠性和穩(wěn)定性，再投入到實(shí)際產(chǎn)線?；诘谝淮a(chǎn)品研制過程中沉淀的經(jīng)驗(yàn)，加上對(duì)產(chǎn)品的一些新的創(chuàng)新思路，目前在進(jìn)行第二代產(chǎn)品的研制：包括優(yōu)化智能搬運(yùn)機(jī)器人內(nèi)部的結(jié)構(gòu)，提高通信與控制的集成度，削減了內(nèi)部原有的一些板卡，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)在進(jìn)一步提升產(chǎn)品品質(zhì)的同時(shí)，還能很好控制產(chǎn)品的生產(chǎn)成本。

音飛接下來的工作就是通過把中國(guó)聯(lián)通和中科晶上的5G終端（基站和芯片）布置到音飛生產(chǎn)的搬運(yùn)裝備和生產(chǎn)測(cè)設(shè)部門內(nèi)部，然后在生產(chǎn)環(huán)節(jié)，質(zhì)量的檢測(cè)、移動(dòng)設(shè)備搬運(yùn)等環(huán)節(jié)進(jìn)行測(cè)試工作，包括：測(cè)試晶上芯片運(yùn)行的穩(wěn)定性；進(jìn)行數(shù)據(jù)分析，分析5G通訊方案對(duì)比普通WIFI通訊方式性能提升到底有多少；提出物流智能搬運(yùn)裝備在實(shí)際生產(chǎn)應(yīng)用中可操作性和可執(zhí)行的方案；參與制定相關(guān)的行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)。尹慧認(rèn)為，通過項(xiàng)目的推進(jìn)和研究，最終能夠?qū)崿F(xiàn)物流智能搬運(yùn)裝備在5G+邊緣計(jì)算技術(shù)賦能下為客戶提供更豐富的設(shè)備功能和解決方案，給客戶更多的選擇。

音飛測(cè)試5G穿梭車的貨架

音飛倉(cāng)庫(kù)設(shè)內(nèi)設(shè)置的工業(yè)級(jí)5G基站

“工業(yè)級(jí)5G”和“邊緣計(jì)算”帶來的價(jià)值

工業(yè)級(jí)5G是新一代網(wǎng)絡(luò)信息技術(shù)與制造業(yè)深度融合的產(chǎn)物，是實(shí)現(xiàn)產(chǎn)業(yè)數(shù)字化、網(wǎng)絡(luò)化、智能化發(fā)展的重要基礎(chǔ)設(shè)施。具體指通過人、機(jī)、物的全面互聯(lián)，全要素、全產(chǎn)業(yè)鏈、全價(jià)值鏈的全面鏈接，推動(dòng)形成全新的工業(yè)生產(chǎn)制造和服務(wù)體系，成為工業(yè)經(jīng)濟(jì)轉(zhuǎn)型升級(jí)的關(guān)鍵依托、重要途徑、全新生態(tài)。尹慧介紹到：在之前的工業(yè)制造或倉(cāng)儲(chǔ)物流生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)，通訊數(shù)據(jù)連接的主流方案是WiFi，但由于其在抗干擾能力、安全能力等方面的不足，網(wǎng)絡(luò)連接的確定性上的表現(xiàn)并不穩(wěn)定，難以滿足工業(yè)場(chǎng)景中對(duì)網(wǎng)絡(luò)傳輸質(zhì)量的需求，如可能造成物流搬運(yùn)設(shè)備運(yùn)行的卡頓。隨著工業(yè)級(jí)5G信息通訊技術(shù)的成熟，考慮采用5G網(wǎng)絡(luò)技術(shù)將設(shè)備端采集到的數(shù)據(jù)傳輸?shù)讲渴鹪谲囬g的邊緣網(wǎng)關(guān)?；诠I(yè)級(jí)5G低延時(shí)、廣覆蓋、大連接、以及抗干擾特點(diǎn)，“智能搬運(yùn)機(jī)器人”將會(huì)更直觀、更及時(shí)、更精確地獲取相關(guān)數(shù)據(jù)信息；進(jìn)行智能識(shí)別、計(jì)算、分析；繼而執(zhí)行操作命令，迅速連接入庫(kù)端、出庫(kù)端、管理端。這意味著“智能搬運(yùn)機(jī)器人”將更加智能化，能夠處理更加復(fù)雜的數(shù)據(jù)信息，適應(yīng)更加多樣化的應(yīng)用場(chǎng)景。

而邊緣計(jì)算技術(shù)是在靠近物或數(shù)據(jù)源頭的網(wǎng)絡(luò)邊緣側(cè)，融合網(wǎng)絡(luò)、計(jì)算、存儲(chǔ)、應(yīng)用核心能力的開放平臺(tái)；其實(shí)作為新型的數(shù)據(jù)計(jì)算架構(gòu)和組織形態(tài)，邊緣計(jì)算擴(kuò)展了網(wǎng)絡(luò)計(jì)算的范疇，將計(jì)算從云中心擴(kuò)展到了網(wǎng)絡(luò)的邊緣，為用戶就近提供智能服務(wù)，在制造業(yè)數(shù)字化、網(wǎng)絡(luò)化、智能化的轉(zhuǎn)變過程當(dāng)中，邊緣計(jì)算可以滿足用戶在敏捷連接、實(shí)時(shí)計(jì)算、數(shù)據(jù)優(yōu)化、應(yīng)用智能、信息安全與隱私保護(hù)等方面的關(guān)鍵需求。邊緣計(jì)算能有效解決連接性問題。工業(yè)行業(yè)涉及的領(lǐng)域眾多，行業(yè)碎片化導(dǎo)致設(shè)備連接協(xié)議眾多，造成設(shè)備互聯(lián)困難。通過引入數(shù)據(jù)抽象層，使得不能直接互聯(lián)互通的設(shè)備基于邊緣計(jì)算平臺(tái)實(shí)現(xiàn)互聯(lián)互通，邊緣計(jì)算平臺(tái)的低延遲性能可以保證設(shè)備間的實(shí)時(shí)橫向通信。邊緣計(jì)算由于具有豐富的連接性和靈活的部署能力，可以提供多種輕量級(jí)的解決方案，在不對(duì)自動(dòng)化裝備進(jìn)行大規(guī)模升級(jí)的情況下，通過增加邊緣網(wǎng)關(guān)和必要的邊緣數(shù)據(jù)采集終端等，可以有效提高工廠的數(shù)字化水平，加強(qiáng)數(shù)據(jù)在制造系統(tǒng)各個(gè)環(huán)節(jié)間的流動(dòng)，實(shí)現(xiàn)各種基于數(shù)據(jù)的智能應(yīng)用。邊緣計(jì)算平臺(tái)可以實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)工業(yè)軟件開發(fā)的軟硬件解耦。智能工廠的運(yùn)行依賴于智能裝備和智能流程，需要大量的實(shí)時(shí)軟件支持。目前很多裝備實(shí)時(shí)應(yīng)用軟件過度依賴于具體的控制系統(tǒng)硬件，難以遷移到不同的系統(tǒng)。基于邊緣計(jì)算平臺(tái)的架構(gòu)，可以將大量實(shí)時(shí)規(guī)劃、優(yōu)化排版、設(shè)備監(jiān)控、故障診斷和分析、自動(dòng)導(dǎo)引運(yùn)輸車（Automated Guided Vehicle，AGV）調(diào)度等功能封裝在邊緣應(yīng)用程序上，實(shí)現(xiàn)了軟件與硬件平臺(tái)的解耦，降低了開發(fā)難度，提高了軟件質(zhì)量，通過邊緣計(jì)算平臺(tái)可進(jìn)行邊緣應(yīng)用程序的靈活部署。

尹慧介紹到：與國(guó)外相比，國(guó)內(nèi)柔性制造仍處于初級(jí)階段，目前許多制造企業(yè)可以采集到大量生產(chǎn)線的數(shù)據(jù)，但系統(tǒng)相對(duì)封閉，造成數(shù)據(jù)信息孤島問題。5G通信技術(shù)可以降低網(wǎng)絡(luò)時(shí)延，提高網(wǎng)絡(luò)傳輸帶寬的利用率，實(shí)現(xiàn)高效穩(wěn)定的數(shù)據(jù)傳輸。邊緣計(jì)算利用容器技術(shù)實(shí)現(xiàn)對(duì)不同設(shè)備異構(gòu)數(shù)據(jù)的實(shí)時(shí)采集，提供彈性計(jì)算資源承載深度學(xué)習(xí)模型。同時(shí)邊緣的計(jì)算資源配置可以滿足小區(qū)域數(shù)據(jù)離線處理和分析，保障各類數(shù)據(jù)的安全傳輸和處理。邊緣端可將處理完成的數(shù)據(jù)上傳至云端進(jìn)行數(shù)據(jù)分析與建模，為故障預(yù)測(cè)等場(chǎng)景提供數(shù)據(jù)基礎(chǔ)。

“5G+邊緣計(jì)算”給智能物流裝備帶來的改變

音飛已基于中科晶上的工業(yè)級(jí)5G終端基帶芯片等技術(shù)打造自己的“智能搬運(yùn)機(jī)器人”系列產(chǎn)品。據(jù)尹慧介紹：音飛目前是采用終端設(shè)備加裝5G芯片模組的方式進(jìn)行融合。由于5G模組芯片體積小，集成方便，幾乎完全沒有增加設(shè)備的生產(chǎn)難度和制造成本。因此，采購(gòu)5G智能搬運(yùn)設(shè)備與傳統(tǒng)型號(hào)設(shè)備價(jià)格差異不大，但是建設(shè)5G基站和核心網(wǎng)的成本可能有些高。如果企業(yè)已經(jīng)先行鋪設(shè)了5G核心網(wǎng)和基站，那么再增加或替換使用搭載5G芯片的物流裝備，這個(gè)替換成本非常低。5G智能搬運(yùn)機(jī)器人與傳統(tǒng)搬運(yùn)機(jī)器人相比，可以賦予越來越多的功能，除了可以調(diào)度得更靈活外，可能還加裝新的功能特性，比如在搬運(yùn)過程中完成稱重、外觀檢測(cè)等工作，讓它更智能，更好地適應(yīng)智能工廠的需要，因此，在用法上，大大延伸了搬運(yùn)和智能的使用范圍。在產(chǎn)品性能上，可以在車體本身實(shí)現(xiàn)進(jìn)一步精益化得到提升外，在連接和通信層面將得到了更好的改善。由于融合的是工業(yè)級(jí)5G技術(shù)，它除了擁有超大帶寬，良好的可靠性、穩(wěn)定性，適應(yīng)大連接場(chǎng)景的有點(diǎn)，還具有很好的抗干擾能力特點(diǎn)，很好地規(guī)避了因?yàn)椴捎肳i-Fi制式帶來的延時(shí)抖動(dòng)大、不穩(wěn)定等問題，同時(shí)也可以滿足車間、倉(cāng)儲(chǔ)數(shù)量高達(dá)數(shù)百輛AGV一起協(xié)同作業(yè)的需要。

談到5G智能物流裝備未來的發(fā)展，尹慧希望能讓每個(gè)智能搬運(yùn)機(jī)器人單體能更智能，具有自己更高智商的大腦。音飛和中科晶上也在進(jìn)一步探討，在芯片級(jí)的合作可行性，把算力、通信和業(yè)務(wù)控制融合在一個(gè)芯片里，降低成本的同時(shí)，卻能讓智能搬運(yùn)機(jī)器人更加智慧、靈動(dòng)。相信音飛基于5G+邊緣計(jì)算技術(shù)在智慧物流領(lǐng)域應(yīng)用的的先行探索，對(duì)物流裝備智能化的發(fā)展具有指導(dǎo)性和示范作用，對(duì)未來打造全新物流體系建設(shè)，提升我國(guó)物流技術(shù)水平和運(yùn)作效率都將將產(chǎn)生積極意義。