隨著國(guó)家政策紅利逐漸釋放，工業(yè)能源企業(yè)收入空間也不斷擴(kuò)大，但傳統(tǒng)的工業(yè)能源企業(yè)普遍利潤(rùn)率低，行業(yè)差異化大，呈現(xiàn)區(qū)域性分布，各企業(yè)需求離散度高等問題。隨著5G時(shí)代的來臨，為了利用5G技術(shù)讓工業(yè)能源企業(yè)快速提高生產(chǎn)力，破解5G在垂直行業(yè)應(yīng)用發(fā)展的難題，中國(guó)移動(dòng)（上海）產(chǎn)業(yè)研究院致力于工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)平臺(tái)建設(shè)，開展工業(yè)及能源領(lǐng)域平臺(tái)及端到端解決方案研發(fā)，上海中煙機(jī)械智能制造工廠就是上海產(chǎn)業(yè)研究院落地的典型案例。

圖1：中煙機(jī)械5G智慧工廠AGV機(jī)器人

01傳統(tǒng)制造業(yè)的華麗轉(zhuǎn)型

上海中煙機(jī)械為上海傳統(tǒng)的機(jī)械制造企業(yè)，近年來也逐步開展了智能制造探索，但是工廠在生產(chǎn)、售后運(yùn)維及數(shù)據(jù)安全的三個(gè)方面均存在一定問題。

一是AGV機(jī)器人基本通過WiFi進(jìn)行控制信號(hào)和數(shù)據(jù)傳輸，存在著WiFi信號(hào)同頻干擾、漫游切換易掉線（重連）、覆蓋死角等問題。

二是作為一家設(shè)備制造商，上海煙機(jī)在傳統(tǒng)的售后模式中，需要工程師上門檢測(cè)設(shè)備，加上上海煙機(jī)設(shè)備的用戶遍布全國(guó)，存在售后周期長(zhǎng)，成本高，響應(yīng)速度慢的問題。

三是制造型企業(yè)的核心生產(chǎn)數(shù)據(jù)可以說是企業(yè)中最重要的部分，在過去海量數(shù)據(jù)不能得到有效的保存，存在著數(shù)據(jù)安全問題。

針對(duì)這些問題上海產(chǎn)業(yè)研究院工業(yè)能源研發(fā)團(tuán)隊(duì)利用5G的高帶寬低時(shí)延特點(diǎn)，著手端到端解決方案研發(fā)，實(shí)現(xiàn)了對(duì)車間的多臺(tái)AGV小車任務(wù)調(diào)度，導(dǎo)航，交管等功能，同時(shí)實(shí)現(xiàn)了智能產(chǎn)線5G遠(yuǎn)程控制，在控制中心對(duì)遠(yuǎn)程的設(shè)備進(jìn)行控制，設(shè)備的運(yùn)行狀態(tài)通過參數(shù)和數(shù)字孿生模型實(shí)時(shí)傳回，遠(yuǎn)程監(jiān)測(cè)設(shè)備運(yùn)行故障。研發(fā)團(tuán)隊(duì)還通過5G+邊緣計(jì)算實(shí)現(xiàn)了云計(jì)算本地化部署，數(shù)據(jù)不出廠，在提高計(jì)算能力的同時(shí)，保障了數(shù)據(jù)的安全性。

02?“5G+智慧工廠”超炫來襲

上海中煙機(jī)械工業(yè)及能源領(lǐng)域平臺(tái)及端到端解決方案選取上海煙草機(jī)械西廠區(qū)的智能車間進(jìn)行業(yè)務(wù)的示范測(cè)試，5G基站（BBU）安裝在東廠區(qū)，通過光纖接入西廠區(qū)的第一個(gè)RHUB，第一個(gè)RHUB負(fù)責(zé)了AGV活動(dòng)區(qū)域的7臺(tái)pRRU，同時(shí)串聯(lián)了第二臺(tái)RHUB，也就是ZB415區(qū)域的兩臺(tái)pRRU。

圖2.西廠區(qū)5G通信網(wǎng)絡(luò)拓?fù)?/p>

（一）、AGV的5G組網(wǎng)改造

在設(shè)備側(cè)，AGV機(jī)器人改用網(wǎng)關(guān)加5G CPE的方式取代WIFI組網(wǎng)。在控制端，AGV 服務(wù)器（MES系統(tǒng)服務(wù)器）連接網(wǎng)關(guān)，網(wǎng)關(guān)有線連接本地機(jī)房?jī)?nèi)交換機(jī)進(jìn)入公網(wǎng)，網(wǎng)絡(luò)拓?fù)淙鐖D3所示。利用5G組網(wǎng)，打通了MES服務(wù)器與車間AGV機(jī)器人的實(shí)時(shí)通訊，MES服務(wù)器可通過AGV機(jī)器人對(duì)現(xiàn)場(chǎng)的物料實(shí)現(xiàn)智能調(diào)度。同時(shí)，利用移動(dòng)5G網(wǎng)絡(luò)抗干擾、低時(shí)延、大帶寬的優(yōu)勢(shì)，技術(shù)人員可對(duì)AGV機(jī)器人及生產(chǎn)線進(jìn)行指令實(shí)時(shí)下達(dá)和操控，完成對(duì)AGV機(jī)器人和生產(chǎn)線的精準(zhǔn)遠(yuǎn)程管控。

圖3.AGV通信網(wǎng)絡(luò)拓?fù)?/p>

（二）、ZB415煙機(jī)5G聯(lián)網(wǎng)改造

ZB415煙機(jī)由主機(jī)加輔機(jī)組成，體積龐大。煙機(jī)組旁的機(jī)柜放置工控機(jī)，PLC，交換機(jī)和電源等設(shè)備。機(jī)柜內(nèi)的兩套倍福PLC控制整個(gè)煙機(jī)的運(yùn)行。ZB415煙機(jī)聯(lián)網(wǎng)方案與AGV機(jī)器人的方案相同，采用設(shè)備端與控制端均安裝網(wǎng)關(guān)加CPE方式進(jìn)行通信，選用sniff通訊類型連接。控制中心的操作人員可對(duì)產(chǎn)線進(jìn)行遠(yuǎn)程控制，而產(chǎn)線的各類運(yùn)行參數(shù)會(huì)通過5G實(shí)時(shí)傳回在控制系統(tǒng)里，同時(shí)，數(shù)字孿生模型的應(yīng)用將現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備可視化呈現(xiàn)在控制中心里，大幅提高了遠(yuǎn)程故障定位可行性。網(wǎng)絡(luò)拓?fù)鋱D如圖4所示。

圖4.ZB415網(wǎng)絡(luò)拓?fù)鋱D

圖5：5G CPE及視頻回傳系統(tǒng)實(shí)景

（三）、ZB415產(chǎn)線電機(jī)的AR拆解

基于AR技術(shù)，將儲(chǔ)存模型的應(yīng)用服務(wù)器部署在云端，終端設(shè)備，如pad，與云端服務(wù)器建立通訊，利用終端設(shè)備的攝像頭對(duì)現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備進(jìn)行識(shí)別，增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)技術(shù)可將設(shè)備的數(shù)字模型拆解，最終定位設(shè)備中的故障零件，之后通過拆解引導(dǎo)，協(xié)助現(xiàn)場(chǎng)工程師對(duì)故障的零件進(jìn)行維修或更換。

圖6：基于5G的AR遠(yuǎn)程協(xié)作系統(tǒng)架構(gòu)

（四）、5G+邊緣計(jì)算部

利用5G+邊緣計(jì)算設(shè)備，實(shí)現(xiàn)設(shè)備端到控制端的端到端網(wǎng)絡(luò)切片，建立無線局域網(wǎng)。網(wǎng)絡(luò)切片是5G最重要的創(chuàng)新技術(shù)，上海中煙機(jī)械目前打造的5G智慧工廠應(yīng)用場(chǎng)景區(qū)別于其他項(xiàng)目中通過5G CPE再轉(zhuǎn)WiFi的模式，規(guī)避了WiFi段的不穩(wěn)定和冗余時(shí)延，是真正意義上端到端的5G應(yīng)用場(chǎng)景，也只有端到端的5G應(yīng)用場(chǎng)景才能實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)切片的功能。

03?寫在最后

通過5G實(shí)現(xiàn)工廠多設(shè)備、多車間統(tǒng)一管理、統(tǒng)一運(yùn)維、安全隔離，能夠帶來巨大的經(jīng)濟(jì)效益。

一方面，減少現(xiàn)場(chǎng)有線組網(wǎng)的建設(shè)難度和管理難度，除了少許自動(dòng)控制的場(chǎng)景仍需要硬接線保障安全性和極低的時(shí)延需求，大部分工廠局域網(wǎng)走線可以用5G替代，大幅降低了走線布設(shè)的成本和后期運(yùn)維的難度。

另一方面，降低用工成本，提高生產(chǎn)效率。5G+機(jī)器人的應(yīng)用可以實(shí)現(xiàn)工廠無人化，不僅降低了人員的成本，而且提高了操作的規(guī)范性，現(xiàn)場(chǎng)生產(chǎn)的安全性。將所有生產(chǎn)步驟程序化，提高了生產(chǎn)的效率。

最終，通過5G在智能工廠的應(yīng)用探索出智能工廠的新業(yè)務(wù)、新業(yè)態(tài)和新模式，推動(dòng)行業(yè)制造技術(shù)進(jìn)步，為5G在其他行業(yè)的垂直應(yīng)用提供典范，給社會(huì)經(jīng)濟(jì)與生活帶來革命性的影響。