基于5G+工業互聯網驅動制造業數字化轉型

張智堯

（中國聯通徐州分公司 江蘇 徐州 221000）

引言

今年面對疫情，全球經濟發展面臨復雜的國內外情勢。一方面，新基建企業發展以5G、工業互聯網、AI、大數據為代表的技術創新，新基建向實體市場經濟領域中深入探索，通過這些改變千行百業的發展觀念，帶來產品服務質量的一次質的飛躍。徐工在全球工程機械領域內始終保持強勢增長，徐工借助“一帶一路”的發展戰略以及現有疫情過后的復工復產，加速中國乃至全球的產能提升，進一步完善銷售服務體系，2020年底并未受疫情的影響，全球工程機械排名第四位。

當前企業對工業互聯網的訴求主要聚焦在工業內、外網的改造、設備聯網、智能化系統升級及工業智能制造能力上，加速實體經濟向數字化轉型。

5G+工業互聯網對整個行業的發展具有里程碑的意義。一是解決企業的高成本，5G+工業互聯網的部署可以幫助徐工提高效率，提升人員生產效率，進一步降低企業成本，擴大企業產能。二是推動產業數字化發展，加快5G+工業互聯網技術應用推廣，有助于推動整個產業鏈的智能化拓展、延伸和改造，進而可以帶動整個行業向高端化邁進。三是推進企業創新，5G+工業互聯網的發展，演進出網絡協同化、規模定制化、服務延伸化等新的創新模式，推動先進制造業和現代服務業深度融合，促進產業和企業開放融合發展，在提升徐工在全球產業發展能力的同時，打造新的數字經濟不斷增長的空間。

1 工業互聯網體系

為進一步推進工業互聯網的發展，基于工業互聯網的網絡、數據、安全三大體系，由工業互聯網產業聯盟提出，聚焦打造三個閉環優化，即基于生產決策執行的閉環優化，基于生產設備運行的閉環優化，基于產品銷售服務體系的閉環優化。

在工業互聯網中，數字孿生體依賴服務的接口，調用各種模型的計算結果和原始數據。通過數字模型、三維模型、可視化模型把生產、運營這些事情做好，但工業互聯網也面臨挑戰，不斷優化算法進行模型，對建模進行深入的演算，而且工作量龐大[1]。

工業互聯網是對通過海量的數據采集后，算法模型導入，分析后獲得生產設備運行狀態，融合了傳統工業、信息通信、計算機軟硬件、數據科學等諸多領域的最新技術與產業實踐。

2 網絡實施框架

工業互聯網網絡建設目標是構建全要素、全系統、全上下游產業鏈互通的新型基礎設施。從架構來看，在設備底層和應用層共同建設企業內部網絡，建設企業信息網與園區專網，在網絡層通過運營商構建信息交互體系。

2.1 生產控制網絡建設

生產控制網絡的實施目標是在設備層和應用層之間，建設高可靠、低時延、高安全的網絡體系，為了支撐智能制造生產環節中的人、機、料、法、環全面的數據采集、遠程控制、孿生體監測、自動化管理、大數據分析等。

2.2 企業與園區網絡建設

企業與園區網絡實施核心在與企業層建設的海量連接、極高可靠、廣泛覆蓋的企業與園區網絡。企業與園區網絡主要部署的設備包括：用于連接多個生產控制網絡的網絡設備、用于辦公系統、業務系統聯通的通信設備、用于實現企業/園區全面覆蓋的無線網絡（4G/5G、WiFi等）、用于企業與園區的SDN網絡設備、用于企業內數據匯聚分析的數據服務中心、以及用于接入工廠外網絡的路由器[2]。

企業與園區網絡建設的基本要求是大帶寬、低延時高可靠、高安全的網絡，關鍵是實現敏捷的網絡管理、無死角的網絡覆蓋、無縫的邊端云的協同運作。

3 工程機械企業基于5G的應用場景

3.1 基于5G的機器視覺檢測

面向外觀質量要求高的產品或外觀檢測難度大的回轉齒輪提供整體解決方案服務；基于機器學習和圖像分析技術幫助客戶進行外觀的質量檢測，進一步為客戶提高質量、降本增效。如圖1所示

3.1.1 工程機械企業的痛點

回轉支撐齒輪光潔度不符合要求，肉眼很難識別，對于安裝后發現不合格的產品，需要二次返廠人工打磨。

3.1.2 解決方案

利用機器視覺檢測系統對上述工序進行自動識別，對于不合規的產品現場返修。

3.1.3 為什么用5G

基于5G的大帶寬技術將工業相機拍攝的高清照片上傳至服務器，經計算分析比對再利用5G低時延特性將檢測結果反饋至現場。一方面減少了人工操作產生的差錯，另一方面大大提高了生產效率。4G的網速和時延不能滿足要求，WIFI的穩定性難以保證長時間頻繁處理使用的要求。

3.1.4 效益分析

借助機器視覺檢測可以給企業節省每年400萬設備返修的人工費和運輸費。

3.2 基于5G的AI高清視頻人員行為分析

3.2.1 工程機械企業的痛點

①人員在生產過程中的行為管理不規范會直接導致人身安全或生產事故；②人員的生產效率無法精確統計。

3.2.2 解決方案

通過5G+AI技術的超高清攝像頭對人員行為分析及工作效率統計。

3.2.3 為什么用5G

基于5G的大帶寬技術將超高清相機拍攝的高清監控視頻上傳至服務器，傳統的WIFI或4G無法滿足大帶寬的需求，現有4K/8K高清攝像頭依賴超大上行量，目前5G的大帶寬特性是最佳無線解決方案[3]。

3.2.4 效益分析

通過AI高清攝像頭部署，大幅減少人員的危險行為和安全生產，員工作業效率提升67%。

4 智能制造的預期效益目標

通過徐工5G+工業互聯網的實踐，企業在“數字化”轉型上取得了初步應用成果。

①生產管控數字化應用逐漸成熟，實現降本增效。生產效率提升25.8%，運營成本降低24.4%；②資產管理的數字化大幅提升，保障設備能源效率。產品查找周期降低32.6%，一次交驗不合格率下降23.3%，能源利用率提升12.8%；③產業鏈價值鏈一體化探索進展顯著，提升經濟效益。通過5G專網的打造，提升產品生產全流程的監控，產品質量的把控，每年增產約540輛工程機械車輛，增效3.5億元[4]。

5 結語

整個疫情結束后，我國的經濟補缺式快速發展，尤其是數字經濟及其產業加速推進。特別是像5G、工業互聯網、智能制造、人工智能、大數據等新基建帶動了整個產業鏈條。

新基礎設施不同于以往的傳統基礎設施模式，而是以5G創新業務為主導，以5G為基礎，以技術改造為革新，面向國家和企業高質量發展的迫切需要，提供全面的數字化轉型、智能化制造、創新一體化等服務體系基礎設施。整個中國工業經濟體系內工業發展互聯網技術得到拓展，實現了企業全要點、全產業、全價值的良性循環，并將極大地提高我國企業文化產品的設計研發、智能制造、服務銷售等各環節的生產管理效率，實現一個企業資源配置的最優化。

依托前期在徐工開展的5G應用場景，和工程機械企業聯手打造工業互聯網平臺、工業大數據、機器視覺檢測、人工智能、4K/8K高清視頻、數字孿生體等5G應用，打造江蘇省首個5G+工業互聯網標桿智慧工廠，同時也是打造全國首個工程機械行業的標桿。