1 背景介紹

2019年對50多個(gè)國家重點(diǎn)城市調查顯示，超過(guò)半數城市工業(yè)企業(yè)利潤負增長(cháng)。原材料價(jià)格攀升，用工、用地、環(huán)保等生產(chǎn)成本上升，工業(yè)品通縮壓力雙向擠壓企業(yè)盈利空間。而開(kāi)年以來(lái)，受疫情限制，在使用工人和采用傳統生產(chǎn)、管理手段比較多的企業(yè)中，由于工人不能如期復工，生產(chǎn)經(jīng)營(yíng)受到極大影響。

與此同時(shí)，傳統企業(yè)又在生產(chǎn)、運維及安全等方面存在設備互聯(lián)互通難、數據采集難、無(wú)法實(shí)時(shí)控制、智能性低、安全可靠性有風(fēng)險等問(wèn)題。

面臨內憂(yōu)外患雙重壓力，實(shí)體工業(yè)亟待5G、邊緣計算、人工智能等技術(shù)結合落地。5G具有大帶寬（eMBB）低時(shí)延（uRLLC）、海量連接（mMTC），其中專(zhuān)為大規模物聯(lián)網(wǎng)應用而發(fā)展的mMTC，以及能滿(mǎn)足各種實(shí)時(shí)通信需求且可靠度更高的uRLLC，可以更好滿(mǎn)足工業(yè)場(chǎng)景的需要。

浪潮作為國內服務(wù)器龍頭企業(yè)，攜手山東移動(dòng)，以國內服務(wù)器領(lǐng)域第一條信息化高端裝備智能制造產(chǎn)線(xiàn)所在地——浪潮智能工廠(chǎng)為試點(diǎn)，基于運營(yíng)商5G網(wǎng)絡(luò )的高速率、低時(shí)延、海量連接的特性，結合浪潮邊緣計算平臺的能力，共同將浪潮產(chǎn)業(yè)園打造成“5G+智慧工廠(chǎng)”。

2 案例實(shí)施與應用

浪潮智能工廠(chǎng)是服務(wù)器領(lǐng)域第一條信息化高端裝備智能制造產(chǎn)線(xiàn)，是一座集智能化、自動(dòng)化、模塊化、數字化、精益柔性制造于一體的智能模范工廠(chǎng)。在這里，不同生產(chǎn)單元之間，所有的物料運輸都由AGV、RGV和激光叉車(chē)完成，可提供100+類(lèi)型定制化服務(wù)器產(chǎn)品。

在浪潮濟南產(chǎn)業(yè)園服務(wù)器生產(chǎn)工廠(chǎng)，建設了5G+邊緣計算的新型ICT基礎設施，工廠(chǎng)融合了智能制造和互聯(lián)網(wǎng)+的設計理念，面向客戶(hù)需求實(shí)現了網(wǎng)絡(luò )下單、定制設計、柔性生產(chǎn)和全流程智能化控制。

浪潮新型ICT基礎設施包括5G網(wǎng)絡(luò )、邊緣計算平臺、視頻網(wǎng)聯(lián)平臺，基于基礎設施打造智能巡檢、AGV調度系統、一體化智能運營(yíng)管理系統三大場(chǎng)景，加速工廠(chǎng)智能化生產(chǎn)及自動(dòng)化運營(yíng)管理。

打造新型ICT基礎設施，支撐上層應用

云網(wǎng)邊端一體化架構：針對工業(yè)聯(lián)網(wǎng)設備存在通信協(xié)議不統一、協(xié)議標準眾多且數據傳輸穩定性及安全性等問(wèn)題，浪潮智能工廠(chǎng)面向工業(yè)現場(chǎng)級邊緣計算應用場(chǎng)景，基于X86架構和ARM架構開(kāi)發(fā)定制的通用型設備5G工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)網(wǎng)關(guān)，可面向不同場(chǎng)景適配不同硬件接口，滿(mǎn)足工業(yè)差異化的應用需求，封裝主流PLC廠(chǎng)家協(xié)議，通過(guò)平臺SDK方式，將數據回傳至邊緣計算平臺，打造云網(wǎng)邊端一體化系統架構。

視頻網(wǎng)聯(lián)平臺：將視頻網(wǎng)聯(lián)平臺部署在邊緣計算平臺上，利用5G邊緣計算能力，豐富了移動(dòng)視頻采集能力，可通過(guò)5G網(wǎng)絡(luò )回傳視頻。

邊緣計算平臺：浪潮依托運營(yíng)商5G網(wǎng)絡(luò )，將計算能力與網(wǎng)絡(luò )能力抽象成服務(wù)對外開(kāi)放，實(shí)現云網(wǎng)協(xié)同、云邊協(xié)同、云端協(xié)同，支撐行業(yè)應用靈活、高效地部署到網(wǎng)絡(luò )邊緣，滿(mǎn)足高速率、低時(shí)延、業(yè)務(wù)本地化的應用創(chuàng )新需求。

5G SA核心網(wǎng)：浪潮智能工廠(chǎng)5G SA核心網(wǎng)基于SBA服務(wù)化架構，使能敏捷高效地創(chuàng )建“網(wǎng)絡(luò )切片”，不同的切片應對工業(yè)的多樣化的5G案例，網(wǎng)絡(luò )切片通過(guò)靈活的網(wǎng)絡(luò )資源組合，為工業(yè)的5G應用保障不同的QoS，可大大提升網(wǎng)絡(luò )服務(wù)質(zhì)量，并可降低部署成本。5G SA核心網(wǎng)的用戶(hù)面和控制面徹底分離，使能UPF（用戶(hù)面功能）實(shí)現下沉和分布式部署。這種分離架構，使MEC（多接入邊緣計算）成為可能，并分布式部署于網(wǎng)絡(luò )接入側、本地側、匯聚側和核心側。分布式的UPF/MEC意味著(zhù)內容和服務(wù)將從互聯(lián)網(wǎng)走進(jìn)移動(dòng)內網(wǎng)，使之更接近用戶(hù)側，從而減少網(wǎng)絡(luò )傳輸時(shí)延，并減輕核心網(wǎng)和骨干傳輸網(wǎng)絡(luò )負擔，可實(shí)現工業(yè)自動(dòng)控制、遠程控制、AR/VR等低時(shí)延、大帶寬5G應用。

智能化應用及管理，保障生產(chǎn)高效運行

智能巡檢：依托運營(yíng)商5G網(wǎng)絡(luò )能力和浪潮邊緣計算能力，為巡檢機器人提供更穩定的信號連接，并且在邊緣側部署地圖共享、路線(xiàn)規劃、調度管理等應用能力，實(shí)現巡檢機器人的遠程控制和調度，同時(shí)巡檢機器人搭載高清攝像頭，通過(guò)5G網(wǎng)絡(luò )回傳實(shí)時(shí)高清巡檢畫(huà)面、設備信息等數據，系統通過(guò)對采集到的數據進(jìn)行人工智能分析，判斷熟化車(chē)間內設備是否存在異常。后臺人員可對巡檢機器人進(jìn)行遠程實(shí)時(shí)控制，針對熟化車(chē)間設備進(jìn)行重點(diǎn)巡查，節省大量人力物力。

AGV調度系統：相比于4G和wifi，5G網(wǎng)絡(luò )能夠為AGV運輸車(chē)提供更穩定的信號連接，而且在邊緣側部署導引定位、路線(xiàn)規劃、任務(wù)調度、運動(dòng)控制、信息融合等應用能力，利用邊緣計算強大的計算力，部署AGV調度系統，解耦上位機，提供更靈活，更輕量化的AGV解決方案。

一體化智能運營(yíng)管理系統：浪潮智能工廠(chǎng)利用5G+邊緣計算的實(shí)時(shí)渲染能力建立3D數字沙盤(pán)，利用XR平臺能力建立工廠(chǎng)大屏，新增高位監控攝像頭對全廠(chǎng)進(jìn)行無(wú)盲點(diǎn)監控，可以給巡檢機器人提供視頻流數據，并作為沙盤(pán)視頻流采集設備。通過(guò)5G網(wǎng)絡(luò )將實(shí)時(shí)采集到的數據呈現在工廠(chǎng)大屏上，實(shí)現面向工廠(chǎng)數據管理的控制平臺，平臺能夠實(shí)現運行PLC系統的各項關(guān)鍵數據進(jìn)行綜合展現，支持從基礎設施、數據分析管理等多個(gè)維度進(jìn)行日常運行監測與管理，以及突發(fā)事件下的應急指揮調度管理。

3 效益分析

視頻網(wǎng)聯(lián)平臺結合5G網(wǎng)絡(luò )和浪潮邊緣計算能力，將視頻計算、存儲前置到邊緣機房處理，使大量數據在本地處理，端到云的訪(fǎng)問(wèn)頻率減少80%以上，從而減少了建設成本,提高視頻網(wǎng)聯(lián)服務(wù)平臺的處理效率和服務(wù)能力。邊緣計算平臺的部署，實(shí)現數據不出工廠(chǎng)，有效保證工廠(chǎng)數據安全，同時(shí)利用5G低時(shí)延的傳輸能力，結合部署到工廠(chǎng)的邊緣計算平臺能力，可以在毫秒級完成前端采集到后端數據傳輸，數據分析處理。

針對5G網(wǎng)絡(luò )安全問(wèn)題，5G SA組網(wǎng)架構下UPF可以專(zhuān)注于轉發(fā)，提升轉發(fā)效率，另一方面控制面位于核心DC處（安全性可靠性得到保障），而UPF可以下沉到邊緣側，與MEC結合，降低傳輸時(shí)延、減少帶寬壓力。為解決5G中存在的安全問(wèn)題，常用的方式是部署安全服務(wù)鏈。安全服務(wù)鏈按照一定的順序串接各種虛擬（或物理）安全設備，對5G網(wǎng)絡(luò )切片進(jìn)行安全防護。根據用戶(hù)需求，vSF（Virtualized Security Function，虛擬安全功能）部署于5G中的不同位置，可以專(zhuān)屬于某一個(gè)網(wǎng)絡(luò )切片，也可以是多個(gè)切片共用。當vSF部署于DU和CU之間時(shí)，可以處理來(lái)自無(wú)線(xiàn)側的DDoS；當vSF部署于UPF和外部網(wǎng)絡(luò )之間時(shí)，可以處理來(lái)自外部網(wǎng)絡(luò )（如Internet）的攻擊；當vSF部署于控制面切片內，可以監聽(tīng)網(wǎng)元間的流量。通過(guò)在5G網(wǎng)絡(luò )中引入安全服務(wù)鏈，可以有效了提高整個(gè)網(wǎng)絡(luò )的安全性和可靠性。

以5G技術(shù)的高速率、低時(shí)延高可靠和移動(dòng)邊緣計算等特性，與大數據、物聯(lián)網(wǎng)、人工智能技術(shù)進(jìn)行有機的結合，以數據為核心，打造企業(yè)大腦，賦能工廠(chǎng)安全、管理、經(jīng)營(yíng)和服務(wù)環(huán)節，加速實(shí)現智能制造，全面賦能工業(yè)企業(yè)數字化轉型。

4 結語(yǔ)

在浪潮產(chǎn)業(yè)園內，建設基于5G邊緣計算的智能工廠(chǎng)，利用5G的高速率、低時(shí)延、高可靠特性以及邊緣計算平臺能力，實(shí)現工廠(chǎng)智能化生產(chǎn)及運營(yíng)管理。自落地實(shí)施以來(lái)，大大提高自動(dòng)化管理能力，提高工廠(chǎng)運營(yíng)效率，資源利用率提升約62.4%，產(chǎn)能提升9.8%，產(chǎn)品下線(xiàn)一次合格率提升0.8%，平均庫齡減少一個(gè)月。同時(shí)自動(dòng)化設備能夠保障24小時(shí)穩定生產(chǎn)，節省人員投入成本，人員傷害等生產(chǎn)事故的發(fā)生概率降低，保障安全生產(chǎn)，成效顯著(zhù)。

基于5G的邊緣計算適用范圍廣，不僅可用于智慧工廠(chǎng)的智能化建設，其成果可全面應用于新型5G數字化經(jīng)濟建設工作，具有以下效益：

創(chuàng )新：促進(jìn)技術(shù)創(chuàng )新，差異化業(yè)務(wù)靈活承載，促進(jìn)工廠(chǎng)制造業(yè)等的智能化建設。

降本：實(shí)現智能化生產(chǎn)及運維，降低運維人員成本；合理利用資源，降低資源成本。

增效：提高運行效率及運維效率、提升用戶(hù)應用體驗。

安全：邊緣計算能力保障數據隱私，提高數據安全性；安全生產(chǎn)，減少生產(chǎn)事故。

2020年2月6日，應國家某疫情防控信息系統建設及部分省市疫情防控應急需求，經(jīng)山東省工信廳批準，浪潮集團智能工廠(chǎng)緊急復工，生產(chǎn)供國家調度的用于防疫的服務(wù)器等信息化產(chǎn)品，為全國疫情防控信息系統建設提供支撐。短短一周時(shí)間完成國家1500臺服務(wù)器訂單任務(wù)交付，依托5G邊緣計算、大數據、人工智能等信息科技手段助力打贏(yíng)這場(chǎng)防疫阻擊戰。

5G網(wǎng)絡(luò )技術(shù)領(lǐng)先是5G成功的基礎，5G應用技術(shù)領(lǐng)先是5G成功的關(guān)鍵。作為有著(zhù)長(cháng)期的行業(yè)數字化轉型實(shí)踐、能夠融合云數智技術(shù)和良好的生態(tài)整合能力“云+數+AI”新型互聯(lián)網(wǎng)企業(yè)，浪潮將加快5G與行業(yè)結合能力，助力行業(yè)數字化轉型。

摘自《自動(dòng)化博覽》2020年3月刊