★賽特斯信息科技股份有限公司

 1　目標和概述 

隨著(zhù)5G在工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)領(lǐng)域的應用不斷成熟，太陽(yáng)電纜攜手賽特斯信息科技股份有限公司、中國移動(dòng)南平 市分公司圍繞“5G+工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)”關(guān)鍵技術(shù)與行業(yè)融合創(chuàng )新應用開(kāi)展深入合作，致力于幫助太陽(yáng)電纜實(shí)現全面 信息化升級，打造福建省第一個(gè)跨區域5G虛擬專(zhuān)網(wǎng)， 持續提高設備數據感知與管理效率、提升設備安全管理 能力、大幅度降低人力成本和管理成本。

本項目旨在打造具備線(xiàn)纜行業(yè)和福建區域影響力、 可復制的5G智慧工廠(chǎng)，為福建省乃至全國線(xiàn)纜企業(yè)數 字化轉型樹(shù)立新標桿。

 2　方案介紹 

本項目重點(diǎn)打造“5G MEC邊緣云”、“5G智聯(lián) 車(chē)間”、“AI透明工廠(chǎng)”、“天車(chē)安全監控系統”、“視頻質(zhì)量監控系統”五大類(lèi)應用場(chǎng)景?；?G+MEC 融合技術(shù)構建一張5G跨區域虛擬專(zhuān)網(wǎng)，通過(guò)MEC邊緣 云技術(shù)把服務(wù)能力和應用推進(jìn)到網(wǎng)絡(luò )邊緣側，提供強大 的本地化計算和數據處理能力，是企業(yè)數字化升級的工 業(yè)大腦，是實(shí)現智能制造的核心動(dòng)力?；?G邊緣計 算網(wǎng)關(guān)實(shí)現核心車(chē)間171套拉絲機、擠鋁機、阻水繞包 機等核心設備的全智聯(lián)接入、高效數據采集與可視化數 據呈現，面向后端與管理平臺進(jìn)行數據交互，對產(chǎn)線(xiàn)工 藝流程進(jìn)行統計分析，實(shí)現工藝優(yōu)化升級?；?G網(wǎng) 絡(luò )實(shí)現工廠(chǎng)核心區域350余套高清攝像頭的快速接入， 進(jìn)而實(shí)現全景畫(huà)面的實(shí)時(shí)采集與同步可視化呈現。通過(guò) AI視頻分析系統實(shí)現對異常行為、安防隱患的智能化監 管，保障企業(yè)安全生產(chǎn)，同時(shí)通過(guò)視頻質(zhì)量監控系統對 攝像機運行進(jìn)行監控。通過(guò)對天車(chē)的實(shí)時(shí)監控和視頻分 析，及時(shí)發(fā)現設備存在的安全隱患并發(fā)送現場(chǎng)和遠程報 警，實(shí)現設備運行本質(zhì)安全的提升。

 項目采用“一張網(wǎng)絡(luò )+一個(gè)平臺+N個(gè)應用”的整體設計理念進(jìn)行設計和項目落地。

圖1 太陽(yáng)電纜5G智慧工廠(chǎng)體系架構 

 （1）一張網(wǎng)絡(luò )： 一張網(wǎng)絡(luò )指5G企業(yè)專(zhuān)網(wǎng)。5G企 業(yè)專(zhuān)網(wǎng)是為企業(yè)構建的安全可靠、性能穩定、服務(wù)可視 的定制化專(zhuān)屬網(wǎng)絡(luò )，為太陽(yáng)電纜提供網(wǎng)絡(luò )設備輕量化、 網(wǎng)絡(luò )高可靠、低時(shí)延、易部署、綜合成本低、維護簡(jiǎn) 單的企業(yè)專(zhuān)網(wǎng)。5G企業(yè)專(zhuān)網(wǎng)可同時(shí)承載工業(yè)數據、視 頻、物聯(lián)網(wǎng)等業(yè)務(wù)，專(zhuān)網(wǎng)專(zhuān)用保障工業(yè)互聯(lián)的安全性， 為實(shí)現生產(chǎn)線(xiàn)智能化、柔性制造、智能制造等目標提供 可靠基礎。 

（２）一個(gè)平臺：一個(gè)平臺指5G MEC平臺。隨著(zhù) 5G+智慧工廠(chǎng)的建設，5G場(chǎng)景下的高速交互能力得以大 幅提升，從而促使大量應用需在網(wǎng)絡(luò )邊緣，即靠近用戶(hù) 的本地位置上進(jìn)行計算與存儲，以滿(mǎn)足超高帶寬、極低 時(shí)延、萬(wàn)物互聯(lián)的極致用戶(hù)體驗。因此，5G移動(dòng)邊緣計 算（Multi-Access Edge Computing，MEC）應運而 生。5G MEC平臺通過(guò)將傳統運營(yíng)商5G核心網(wǎng)（5GC） 的用戶(hù)面功能（UPF）下沉到網(wǎng)絡(luò )邊緣，根據太陽(yáng)電纜 的實(shí)際情況，將平臺部署至太陽(yáng)電纜企業(yè)機房，將應用 數據本地分流至邊緣MEC處理，同時(shí)為第三方應用提供 開(kāi)放的平臺與管理能力，從而可以為運營(yíng)商或垂直行業(yè) 用戶(hù)提供高效、實(shí)時(shí)、安全的邊緣計算網(wǎng)絡(luò )服務(wù)。 

（3）N個(gè)應用：N個(gè)應用指各類(lèi)不同領(lǐng)域的企業(yè)應 用。應用內容涵蓋車(chē)間設備智聯(lián)、AI視覺(jué)應用、設備智 能控制、視頻監控系統實(shí)時(shí)監測等多方面。通過(guò)不同應 用的部署和利用，提升企業(yè)智能制造、高效管理能力。 項目共涵蓋以下五個(gè)方面： 

2.1　5G MEC邊緣云 

 圖2 

 （1）硬件與網(wǎng)絡(luò )部署

 5G MEC邊緣云服務(wù)器與萬(wàn)兆交換機一同部署于太 陽(yáng)電纜總廠(chǎng)機房；UPF由運營(yíng)商提供，部署于南平移動(dòng) 接入機房；MEC服務(wù)器通過(guò)網(wǎng)線(xiàn)直連與企業(yè)內網(wǎng)交換 機連接，為企業(yè)內網(wǎng)提供MEC中的應用訪(fǎng)問(wèn)和使用。 MEC服務(wù)器通過(guò)連接萬(wàn)兆交換機，通過(guò)萬(wàn)兆交換機與 UPF光纖（2根）連接。 

（2）軟件功能 

MEC邊緣云服務(wù)器部署MEC平臺1套。用于對當 前MEC服務(wù)器進(jìn)行節點(diǎn)管理（節點(diǎn)新增、修改、刪 除、IP管理等）、資源監控與管理（CPU數量、內存大 小、存儲空間以及CPU、內存、存儲利用率情況）、應 用全生命周期管理（應用容器化部署、升級、卸載、鏡 像管理、應用列表查詢(xún)等）。

 2.2　5G智聯(lián)車(chē)間 

5G全智聯(lián)工廠(chǎng)通過(guò)5G智能網(wǎng)關(guān)，實(shí)現現場(chǎng)設備PLC 的協(xié)議對接，進(jìn)行實(shí)時(shí)數據采集、清洗，導出至MEC邊 緣DC。根據用戶(hù)業(yè)務(wù)需求，對生產(chǎn)設備運行狀態(tài)、生產(chǎn) 設備告警、生產(chǎn)設備稼動(dòng)時(shí)間、設備利用率等進(jìn)行全方 位分析，并將各類(lèi)統計分析數據予以可視化展現。

 圖3 5G全智聯(lián)工廠(chǎng)數據中心界面圖 

（1）系統架構 

圖4 5G全智聯(lián)工廠(chǎng)系統架構圖 

（2）硬件部署 

針對工廠(chǎng)現場(chǎng)待采集的PLC，部署PLC以太網(wǎng)通訊 模組，通訊模組與千兆交換機網(wǎng)線(xiàn)連接。每臺千兆交換 機網(wǎng)線(xiàn)連接一臺5G邊緣網(wǎng)關(guān)。每臺5G邊緣網(wǎng)關(guān)負責其各 自連接的千兆以太網(wǎng)所覆蓋連接的PLC進(jìn)行數據采集。 

（3）軟件功能

 · 網(wǎng)關(guān)軟件：5G邊緣網(wǎng)關(guān)部署協(xié)議適配和數據采集 軟件，以及數據清洗、數據導出微服務(wù)。將采集現場(chǎng) PLC實(shí)時(shí)開(kāi)關(guān)量、模擬量數據，并進(jìn)行初步清洗轉換，導出至MEC邊緣DC。

 · 邊緣DC：邊緣DC（邊緣數據中心）包括關(guān)系數 據庫、MQTT消息中心、數據接口開(kāi)放API三部分。關(guān)系數據庫用來(lái)存儲采集數據、系統業(yè)務(wù)數據、用戶(hù)數 據。MQTT消息中心用來(lái)通過(guò)消息的訂閱、發(fā)布完成現 場(chǎng)數據采集并導出至消息中心緩存，以及入庫至關(guān)系數 據庫。數據接口開(kāi)放API，通過(guò)發(fā)布方式和標準REST 接口方式進(jìn)行數據接口能力開(kāi)放。

 · 數據分析可視化：基于生產(chǎn)設備采集數據進(jìn)行分 析，通過(guò)可視化應用進(jìn)行生產(chǎn)數據、生產(chǎn)設備狀態(tài)監 控、設備告警等核心指標的查詢(xún)、統計分析等功能。

 2.3 　AI透明工廠(chǎng) 

實(shí)現太陽(yáng)電纜一廠(chǎng)、二廠(chǎng)兩個(gè)廠(chǎng)區核心區域AR 360 度全景監控。實(shí)現業(yè)務(wù)標簽數據在A(yíng)R全景園區的可視化 界面的疊加。實(shí)現核心區域的畫(huà)面監控與多畫(huà)面播放。 實(shí)現AI視覺(jué)分析算法解決生產(chǎn)安全隱患（安全帽識別、 工裝識別、設備開(kāi)關(guān)門(mén)識別、危險區域入侵識別）。 

（1）系統架構 

圖5 AI透明工廠(chǎng)系統架構圖 

（2）硬件部署 

本項目新增AR全景相機兩臺，分別部署在一廠(chǎng)和 二廠(chǎng)內部。 

（3）軟件功能

 · 核心區域可視化：軟件部署于MEC邊緣云服務(wù) 器。實(shí)現一廠(chǎng)、二廠(chǎng)360度AR全景監控和視圖展現，并結合數據采集分析數據的能力開(kāi)放API實(shí)現生產(chǎn)數據圖 層標簽疊加實(shí)時(shí)展現。

 · 多畫(huà)面播放軟件：軟件部署于MEC邊緣云服務(wù) 器。支持1分屏、4分屏、9分屏、16分屏多畫(huà)面播放。 用于播放核心區域安全帽、工裝、危險區域電子圍欄等 場(chǎng)景下的多畫(huà)面監控直播。視頻流來(lái)自企業(yè)總部機房部 署的NVR。視頻流網(wǎng)絡(luò )通過(guò)MEC與企業(yè)內部局域網(wǎng)交 換機連接打通。

 · AI算法應用：軟件部署于MEC邊緣云服務(wù)器。算 法應用包括三套視覺(jué)AI分析算法。算法分別為安全帽識 別、工裝識別、設備開(kāi)關(guān)門(mén)識別、危險區域入侵識別。

 · 報警聯(lián)動(dòng)模塊：模塊部署于MEC邊緣云服務(wù)器?；?于A(yíng)I識別算法產(chǎn)生的告警，在A(yíng)R全景工廠(chǎng)頁(yè)面進(jìn)行實(shí)時(shí) 展現，并將告警信息推送至相關(guān)人員的短信、郵箱。 

2.4　天車(chē)安全監控系統

 通過(guò)部署于5G MEC內的視頻分析算法，對天車(chē)吊 裝鋼纜和下方吊裝區域進(jìn)行識別，確保鋼纜脫軌及時(shí)發(fā) 現和吊裝區域無(wú)人員闖入。相關(guān)異常情況通過(guò)現場(chǎng)聲光 報警和PC查看兩種方式進(jìn)行告警通知，確保異常及時(shí) 發(fā)現、及時(shí)通知和及時(shí)處理。 

（1）系統架構 

圖6 天車(chē)安全監控系統架構圖 

（2）硬件部署 

部署在鋼纜扶手旁的線(xiàn)掃相機實(shí)時(shí)抓拍鋼纜卷軸處 的照片，并通過(guò)現場(chǎng)部署的分析主機進(jìn)行圖像分析，對 鋼纜脫軌的情形進(jìn)行實(shí)時(shí)監測。若發(fā)現異常行為，一方 面通過(guò)現場(chǎng)信號發(fā)送至現場(chǎng)聲光報警器，另一方面將分 析結果通過(guò)5G邊緣計算網(wǎng)關(guān)發(fā)送至天車(chē)安全監控系統 的監控平臺。吊裝區域監控相機通過(guò)網(wǎng)線(xiàn)接入5G邊緣 計算網(wǎng)關(guān)，將視頻流傳送至5G MEC服務(wù)器。5G MEC 服務(wù)器內部署相應的算法，對工作區域進(jìn)行入侵檢測， 防止工作區域內非相關(guān)人員進(jìn)入，造成人身傷害。 

（3）軟件功能

 · 天車(chē)鋼纜脫軌檢測：通過(guò)安裝于天車(chē)上方的攝像 機，對鋼纜卷軸表面鋼纜進(jìn)行視頻拍攝，拍攝的視頻實(shí)時(shí)發(fā)送給現場(chǎng)5G AI網(wǎng)關(guān)進(jìn)行分析。天車(chē)鋼纜脫軌檢測 針對鋼纜未按順序排列以及鋼纜跨出正常工作區域兩種 類(lèi)型的脫軌進(jìn)行檢測。 

· 吊裝區域入侵檢測：針對天車(chē)下方吊裝區域，部 署于天車(chē)的視頻相機實(shí)時(shí)拍攝吊裝區域情況，視頻數據 同步發(fā)送至5G AI網(wǎng)關(guān)。吊裝區域入侵檢測算法可識別 出現場(chǎng)發(fā)生人員入侵吊裝區域的情況，防止無(wú)關(guān)人員進(jìn) 入吊裝區域。

 · 異常告警：算法發(fā)現現場(chǎng)異常情況后，通過(guò)現場(chǎng) 聲光告警、監控頁(yè)面告警、短信告警等方式進(jìn)行異常告 警推送?，F場(chǎng)發(fā)出報警信息后，現場(chǎng)工作人員需及時(shí)檢 查鋼纜情況或工作區域人員入侵情況，第一時(shí)間解除天 車(chē)風(fēng)險。同時(shí)將異常照片保存至MEC服務(wù)器內，方便 后續查看。

 · 報警及異常查看平臺：通過(guò)統一的查詢(xún)頁(yè)面，對 實(shí)時(shí)報警和歷史報警進(jìn)行查看，同時(shí)支持后期數據匯總和數據分析。

 2.5　視頻質(zhì)量監測系統 

太陽(yáng)電纜工廠(chǎng)已建設覆蓋一廠(chǎng)、二廠(chǎng)兩個(gè)廠(chǎng)區完 整的視頻監控體系，包含生產(chǎn)區域、辦公區域及廠(chǎng)區周 邊，部署超過(guò)一百多個(gè)攝像頭。但是目前無(wú)有效的視頻 監測質(zhì)量監測系統，安防攝像系統處于黑盒運行的狀 態(tài)，無(wú)法時(shí)刻檢查每個(gè)攝像頭是否在線(xiàn)、攝像畫(huà)面是否 正常。當攝像頭出現問(wèn)題時(shí)，由于網(wǎng)絡(luò )架構較為復雜， 故障定位需要花費大量的人力和時(shí)間。 通過(guò)部署一套視頻監測系統，代替人工巡檢，實(shí)時(shí) 檢查各路視頻攝像頭，確保畫(huà)面回傳正常，保障NVR 中錄制的錄像視頻質(zhì)量良好，實(shí)現各攝像頭監控視頻完整、無(wú)缺失、可追溯。 

（1）系統架構 

圖7 視頻質(zhì)量監測系統架構圖 

（2）系統功能

 · 視頻質(zhì)量評估：建立數據分析指標體系，綜合分 析攝像頭業(yè)務(wù)質(zhì)量，全面評估監控視頻質(zhì)量。 

 · 視頻告警：實(shí)時(shí)故障監測，及時(shí)感知攝像頭視頻 業(yè)務(wù)質(zhì)量，按等級觸發(fā)業(yè)務(wù)中斷/質(zhì)差告警，提高監控 效率和應急響應能力。

 · 視頻故障分析：對視頻流故障總體情況進(jìn)行評 估，及時(shí)掌握故障總體態(tài)勢。對視頻流故障成因進(jìn)行深入分析，幫助維護人員確定故障主因，采取有針對性的 主動(dòng)維護措施。

 · 故障定位：實(shí)現業(yè)務(wù)端到端故障定位，精準定位 故障/質(zhì)差發(fā)生具體位置，幫助維護人員快速定位問(wèn)題點(diǎn)。

 3　代表性及推廣價(jià)值 

通過(guò)本項目的全面實(shí)施部署，一方面提高了企業(yè)的 安全管理能力和生產(chǎn)效率，通過(guò)AI視頻分析，提升現場(chǎng) 安全作業(yè)的管理能力，降低生產(chǎn)違規行為，不斷減少生 產(chǎn)事故，促進(jìn)企業(yè)以人為本理念的落實(shí)。通過(guò)遠程數據 采集、智能設備控制、5G+企業(yè)應用，提升工作效率、 降低不合格產(chǎn)品比例，從而降低企業(yè)原料消耗，增加企 業(yè)產(chǎn)值；另一方面為企業(yè)提供生產(chǎn)排產(chǎn)等工作的數據支 撐，提升排產(chǎn)合理性和經(jīng)濟型，提高設備利用率，從而 縮短生產(chǎn)交付時(shí)間、降低工人工作強度，提升企業(yè)管理 的有序性。 

本項目作為5G智慧工廠(chǎng)的應用，部署了大量的 相關(guān)企業(yè)應用。針對工廠(chǎng)的實(shí)際使用情況，不斷完善 5G與數據采集、遠程控制、數據交互的相互協(xié)同。 一方面可以不斷夯實(shí)5G與企業(yè)應用的深度結合能 力，催緊5G在行業(yè)內的規?；瘧?；另一方面也能 夠加深企業(yè)對5G智慧工廠(chǎng)的理解，不斷提高企業(yè)對 5G智慧工廠(chǎng)能力的利用，為5G行業(yè)應用提供改進(jìn)契 機和“催化劑”，通過(guò)循環(huán)優(yōu)化推動(dòng)5G應用水平的 持續提升。

 本項目的實(shí)施需要采購一定規模網(wǎng)絡(luò )設備，未來(lái)這 些設備還需進(jìn)一步升級改造，這將刺激國內外設備制造 企業(yè)更加深入參與5G產(chǎn)業(yè)開(kāi)發(fā)與運營(yíng)；另一方面，本 項目實(shí)施將帶動(dòng)終端的升級換代，促進(jìn)終端生產(chǎn)企業(yè)及 芯片廠(chǎng)商制造更先進(jìn)、更豐富的產(chǎn)品。

摘自《自動(dòng)化博覽》2023年第2期暨《邊緣計算2023專(zhuān)輯》