［方德洲 音春 宋兵］

1 背景

目前，我國工業(yè)企業(yè)信息化水平仍然較低，行業(yè)整體處于轉型升級關鍵時期。中央經(jīng)濟工作會議多次強調，要推動制造業(yè)高質量發(fā)展，堅定不移建設制造強國。面對傳統(tǒng)制造企業(yè)亟需進行數(shù)字化、網(wǎng)絡化、智能化升級的現(xiàn)狀，5G+工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)建設將成為推動行業(yè)進一步發(fā)展的重中之重。

在工業(yè)制造等行業(yè)中，車間處于非常重要的位置。企業(yè)價值最終表現(xiàn)在產(chǎn)品與服務上，而車間是企業(yè)中將各種圖紙轉變?yōu)楫a(chǎn)品的主要場所，是決定生產(chǎn)效率與產(chǎn)品質量的重要環(huán)節(jié)，車間往往也是企業(yè)中員工數(shù)量最多的組織?！吨袊圃?025》明確指出：“推進制造過程智能化，在重點領域試點建設智能工廠/數(shù)字化車間”。[1]數(shù)字化車間建設是智能制造的重要一環(huán)，是制造企業(yè)實施智能制造的主戰(zhàn)場，是制造企業(yè)走向智能制造的起點。

2 行業(yè)痛點及需求分析

（1）工業(yè)基礎網(wǎng)絡需升級

項目實施之前，傳統(tǒng)車間機床及工位機均是采用有線連接方式，車間產(chǎn)線經(jīng)常需要根據(jù)生產(chǎn)業(yè)務需要而進行調整。有線連接方式限制了設備的工作空間及協(xié)同能力，導致車間無法快速響應產(chǎn)線的調整需求，出現(xiàn)車間生產(chǎn)周期緊、產(chǎn)能降低等問題。

為解決上述問題，需對園區(qū)、車間等進行工業(yè)基礎網(wǎng)絡的升級改造，提升車間產(chǎn)線調整的靈活性，助力柔性制造。

（2）商務服務模式需拓展

企業(yè)傳統(tǒng)的商務服務模式只限于設備及零配件的銷售，與上下游企業(yè)聯(lián)動性不強。而隨著5G、云計算等工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)技術高速發(fā)展，現(xiàn)有的商務服務模式已不能完全滿足市場和企業(yè)自身發(fā)展的需求。

企業(yè)需要在現(xiàn)有的商務服務模式基礎上進行拓展，通過產(chǎn)品和解決方案實現(xiàn)服務，通過數(shù)據(jù)體現(xiàn)價值，而有價值的服務才是客戶的需求。

（3）生產(chǎn)管理方法需創(chuàng)新

傳統(tǒng)車間的生產(chǎn)和管理主要還是依靠人工來完成，工業(yè)自動化管理水平相對較低，業(yè)務服務應用受限，業(yè)務痛點主要分為以下幾點：

①AGV 工作空間有限，調配不靈活，協(xié)同能力差

傳統(tǒng)的小型AGV（Automated Guided Vehicle，自動導航車）需配有電磁或光學等自動導航裝置，且只能夠沿規(guī)定的導航路徑行駛，導致工作空間受限、調配不靈活。使用WiFi 連接時，信號間切換時延大，且存在干擾，協(xié)同能力差。

②傳統(tǒng)大型機器操作難度大，存在安全隱患

傳統(tǒng)大型機器（如工程車輛、吊機、機床等）均是需要由專業(yè)的操作員進行操作，要求高。若操作員長時間操作，容易產(chǎn)生疲勞而導致安全事故的發(fā)生。

③人員、設備等無法進行精細化管理，影響車間產(chǎn)能

傳統(tǒng)車間人員、設備等管理主要是依靠人力管理和員工的自覺性，對上班期間員工是否在崗且在安全區(qū)域、設備是否在線，無法做到精細化地實時管理。經(jīng)常會出現(xiàn)車間工人消極怠工、未經(jīng)許可進入危險區(qū)域的安全隱患，設備的閑置等問題，導致車間產(chǎn)能受到影響，沒有達到最大化。

④日常巡檢效率低，場外專家指導成本高，培訓效率低

傳統(tǒng)車間的日常巡檢還是由人工來完成，復雜機器對操作技能要求高，導致巡檢效率低。作為高新技術產(chǎn)業(yè)，企業(yè)經(jīng)常需要請場外專家來廠進行指導，專家指導運行成本高。其次對員工進行培訓，常規(guī)的培訓方式不能讓所有員工都能直觀明了的理解設備的關鍵構造點，從而導致效率低、效果差。

⑤產(chǎn)品質檢缺少統(tǒng)一標準，效率低、存在誤檢可能

傳統(tǒng)車間的產(chǎn)品質檢主要依靠質檢人員的經(jīng)驗判斷是否符合標準，沒有形成數(shù)據(jù)庫支撐可量化的質檢標準，產(chǎn)品出廠標準不一致，存在優(yōu)劣高低之分。而且人工質檢存在視覺疲勞的問題，會導致產(chǎn)品誤檢過關，質量不達標，嚴重的會影響企業(yè)信譽。

針對上述生產(chǎn)管理方法的業(yè)務痛點問題，現(xiàn)代工業(yè)企業(yè)需要結合自身技術能力，對生產(chǎn)管理方法進行應用創(chuàng)新，實現(xiàn)生產(chǎn)管理方法的變革，降本增效，推進企業(yè)高質量發(fā)展。

3 設計理念

從提升企業(yè)創(chuàng)新能力、改善質量效益、推進量化融合與推行綠色制造入手推動企業(yè)革新。從人、機、料、法、環(huán)、測等生產(chǎn)過程的各個要素入手，實現(xiàn)提質、增效、降本、減耗。通過數(shù)字化手段，將項目-采購-計劃-排產(chǎn)-生產(chǎn)線全流程形成一體化數(shù)字管控，實現(xiàn)企業(yè)的數(shù)字化、智能化、高效化和可視化“四化”管理，應重點考慮以下方面因素：

網(wǎng)隨業(yè)動：依托5G 技術，建設滿足工業(yè)企業(yè)生產(chǎn)要求的虛擬專網(wǎng)，打通5G 與OT（Operation Technology，操作技術）網(wǎng)絡數(shù)據(jù)鏈路，實現(xiàn)5G 在工業(yè)企業(yè)應用的安全、靈活、可靠；

平臺賦能：依托中國移動工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)平臺，打造廠內數(shù)字化運營平臺和企業(yè)間網(wǎng)絡化協(xié)同制造平臺，實現(xiàn)工廠內部人員、設備、環(huán)境、能耗、物料的全連接，以及產(chǎn)業(yè)鏈上下游的訂單、生產(chǎn)、質量、收發(fā)、物流、庫存等數(shù)據(jù)的互通，推動企業(yè)及產(chǎn)業(yè)鏈數(shù)字化、網(wǎng)絡化升級；

智慧應用：聚焦室內高精度定位、AR（Augmented Reality，增強現(xiàn)實）輔助、AI（Artificial Intelligence，人工智能）視覺、云化AGV、數(shù)字孿生等應用，結合5G+行業(yè)平臺能力，助力企業(yè)逐步實現(xiàn)智能化生產(chǎn)。

4 解決方案

基于5G+AICDE 新一代信息技術，將5G 作為接入方式，與人工智能（AI）、物聯(lián)網(wǎng)（IoT）、云計算（Cloud Computing）、大數(shù)據(jù)（Big Data）、邊緣計算（Edge Computing）等新興信息技術深度融合[2]，為現(xiàn)代工業(yè)企業(yè)提供“1+1+N”模塊化業(yè)務服務應用解決方案：1 張5G 綠色專網(wǎng)，高效安全、1 個商業(yè)服務新模式、N 個5G+業(yè)務服務創(chuàng)新應用（5G+AGV、5G 室內高精度定位、5G+AR 高效巡檢與生產(chǎn)輔助、5G+機器視覺檢測等多個應用），節(jié)省企業(yè)人力成本，提升生產(chǎn)效率，助力企業(yè)打造安全、綠色的數(shù)字一體化車間，實現(xiàn)企業(yè)安全生產(chǎn)、高質量發(fā)展，如圖1 所示。

圖1 方案框架圖

（1）1 張5G 綠色專網(wǎng)，以移代固，高效安全。

通過工業(yè)網(wǎng)絡基礎建設創(chuàng)新，實現(xiàn)生產(chǎn)業(yè)務數(shù)據(jù)的分流和本地化處理，保證生產(chǎn)數(shù)據(jù)傳輸?shù)陌踩?。項目整體采用5G 專享組網(wǎng)架構，通過園區(qū)內宏站，結合5G 室分增強覆蓋，實現(xiàn)多終端設備互聯(lián)：邊緣網(wǎng)關、物聯(lián)網(wǎng)設備實現(xiàn)工業(yè)設備5G 大帶寬、低時延、高可靠連接。

從過去的固化的“有線連接”拓展到可移動的“無線連接”，實現(xiàn)機床/工位機無線聯(lián)網(wǎng)，解除了車間設備的使用空間限制。以移代固，助力企業(yè)實現(xiàn)車間高效安全的柔性制造，更加快捷靈活地調整產(chǎn)線，縮短了產(chǎn)線更新的周期，滿足企業(yè)對車間不同的生產(chǎn)需求。

專用DNN+園區(qū)邊緣UPF 下沉部署，提供5G 綠色專網(wǎng)安全服務，生產(chǎn)和工藝數(shù)據(jù)通過邊緣云直連企業(yè)內網(wǎng)，實現(xiàn)客戶數(shù)據(jù)不出園區(qū)的安全保障要求，以及車間內工業(yè)PC、數(shù)控機床、AGV 等設備與后臺MES（Manufacturing Execution System，制造執(zhí)行系統(tǒng)）、WMS（Warehouse Management System，倉庫管理系統(tǒng)）等系統(tǒng)間低時延、高可靠數(shù)據(jù)交互[3]，如圖2 所示。

圖2 5G 綠色專網(wǎng)拓撲圖

（2）1 個商業(yè)服務新模式，產(chǎn)業(yè)輻射，全面增收。

基于5G 網(wǎng)絡及產(chǎn)品應用創(chuàng)新研發(fā)，由傳統(tǒng)的設備、零部件等銷售拓展轉型為提供產(chǎn)品及解決方案的服務模式。以靈活多變的訂單式、模板式的商務服務模式為上下游企業(yè)提供服務，減少成本投入，實現(xiàn)共同發(fā)展[4]。提供“一個平臺+兩賬號”的服務模式：1 個運營管理平臺、兩個商業(yè)服務賬戶（客戶+運營），實現(xiàn)對內安全支撐、對外安全服務增值運營。設備組件實現(xiàn)服務化訂購、使用、計量，全面滿足客戶按需使用、快速部署、安全可靠、專業(yè)服務的產(chǎn)品需求；同時以新的商業(yè)服務模式輻射全國各省市產(chǎn)業(yè)，使企業(yè)全面增加收益。如圖3 所示。

圖3 “一個平臺+兩賬號”的服務模式

客戶賬號主要是對平臺售賣管理、商品訂單、客戶關系等進行管理，可以完成安全服務的訂購、安全產(chǎn)品的配置使用、安全事件和報表的查看以及自有租戶下相關賬號管理功能。運營賬號主要是對平臺的賬號管理、安全運營、監(jiān)控運維等方面進行全局管理。

（3）N 種5G+業(yè)務服務創(chuàng)新應用，變革生產(chǎn)，降本增效。

通過5G 綠色專網(wǎng)建設，為數(shù)字一體化車間奠定基礎，為企業(yè)提供靈活、安全、高效的多種5G+業(yè)務服務創(chuàng)新應用，變革傳統(tǒng)車間生產(chǎn)模式，實現(xiàn)降本增效。典型創(chuàng)新應用有5G+AGV 小車、5G 室內高精度定位服務、5G+AR高效巡檢與生產(chǎn)輔助服務、5G 機器視覺質檢。

4.1 5G AGV 業(yè)務服務創(chuàng)新應用

基于5G 網(wǎng)絡的主要特性解決了數(shù)據(jù)接入及傳輸問題，通過5G+MEC（Mobile Edge Computing，邊緣計算）解決了平臺分布式管理問題，通過通信與AGV 結合實現(xiàn)了對末端設備的柔性生產(chǎn)管理，端到端解決智能AGV 的協(xié)同配合問題。結合5G 技術的超大帶寬、超低時延、海量連接的特性，5G+AGV 自動小車減少由人工駕駛操作而帶來的安全隱患以及聘用駕駛員的運行成本，提供了傳統(tǒng)小車由純設備產(chǎn)品向集產(chǎn)品與解決方案一體的服務轉型的能力，如圖4 所示。

圖4 5G+AGV 業(yè)務服務創(chuàng)新應用

4.2 5G 室內高精度定位業(yè)務服務創(chuàng)新應用

由室內云定位平臺/定位算法+5G 室內融合定位小站+定位標簽等組成，利用5G+UWB(Ultra Wide Band，超帶寬)信號定位技術，結合5G 實現(xiàn)室內10～30 厘米級定位，實現(xiàn)對工廠現(xiàn)場內人、設備、移動運輸設備的定位，用于人員軌跡追蹤、定位呼叫撤離、人員考勤和點名、電子圍欄、物料定位、AGV 及巡檢管理等應用服務，如圖5所示。

圖5 5G 室內高精度定位

4.3 5G+AR 高效巡檢與生產(chǎn)輔助業(yè)務服務創(chuàng)新應用

通過5G+AR 輔助裝配、AR 教學培訓、AR 智能巡檢、AR 遠程指導等多種生產(chǎn)輔助業(yè)務服務應用，降低巡檢人員對復雜機器的操作難度，提供場外專家的遠程指導，降低車間運行成本，提高巡檢效率。同時增加員工培訓效率，提升培訓效果。

（1）AR 輔助裝配：機器或設備的裝配工藝復雜，AR 可以自動識別裝配零件并實時指導裝配工藝。

（2）AR 教學培訓：沉浸式教學方式讓新員工快速掌握電氣裝備復雜的裝配過程。

（3）AR 智能巡檢：巡檢工人可通過AR 眼鏡獲取巡檢設備的實時數(shù)據(jù)，提高巡檢效率。

（4）AR 遠程指導：基于AR 眼鏡、pad、大屏等AR終端硬件，配合5G 網(wǎng)絡，結合云端服務，支持遠程專家與現(xiàn)場工人的實時交互，空間感知，遠程打點，提高專家指導效率。

圖6 AR 巡檢及遠程指導

4.4 5G 機器視覺質檢業(yè)務服務創(chuàng)新應用

通過5G+MEC 專網(wǎng)結合工業(yè)攝像機，實現(xiàn)5G 機器視覺應用，代替人工質檢。通過AI 深度學習算法，提升質檢效率及成功率，增強企業(yè)競爭力。通過在車間部署5G 無線網(wǎng)絡，保障設備的可移動性、多設備協(xié)同以及遠程操控等。同時提供專屬的私有質檢云，保障質檢數(shù)據(jù)不出廠。

圖7 5G 機器視覺質檢

5 總結

5G+AICDE 等新一代信息技術不斷突破并加速與企業(yè)生產(chǎn)業(yè)務融合滲透，推動生產(chǎn)方式、組織形態(tài)、商業(yè)模式等變革與重塑，持續(xù)向數(shù)字化方向躍遷升級。5G+工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)的應用加快推進了離散型制造智能工廠建設，進一步開展智能化與信息化建設、智能物流及立庫改造建設、工藝裝備產(chǎn)能提升及智能化改造建設，實現(xiàn)5G +創(chuàng)新應用的多種合作場景。