5G+工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)平臺(tái)在彩電制造企業(yè)中的應(yīng)用

倪 凌

(中國(guó)電信股份有限公司深圳分公司,廣東 深圳 518000)

1 背景

隨著《國(guó)務(wù)院關(guān)于深化“互聯(lián)網(wǎng)+先進(jìn)制造業(yè)”發(fā)展工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)的指導(dǎo)意見》、地方政府5G示范、工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)公共服務(wù)平臺(tái)等政策的落地，極大的調(diào)動(dòng)了傳統(tǒng)工業(yè)企業(yè)推進(jìn)工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)平臺(tái)建設(shè)工作的積極性；同時(shí)彩電制造業(yè)本身也亟需借助“5G+工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)+大數(shù)據(jù)+智能制造”的模式來(lái)推動(dòng)自身的不斷創(chuàng)新升級(jí)，5G技術(shù)及工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)平臺(tái)對(duì)于賦能企業(yè)數(shù)字化轉(zhuǎn)型，助力彩電制造業(yè)的“智能化”戰(zhàn)略，具有實(shí)質(zhì)推動(dòng)作用。

作為典型的制造企業(yè)，家電產(chǎn)品具有差異化要求高、技術(shù)創(chuàng)新迭代速度快等特點(diǎn)，傳統(tǒng)的制造數(shù)據(jù)網(wǎng)絡(luò)、IT系統(tǒng)不足以滿足消費(fèi)者不斷追求高端化、服務(wù)化、智能化的升級(jí)需求。面對(duì)這種升級(jí)需求，5G與工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)平臺(tái)顯示出了極大的必要性。一是5G必要性，在加工、裝配等環(huán)節(jié)，針對(duì)生產(chǎn)制造過(guò)程中大量數(shù)據(jù)通過(guò)有線接入復(fù)雜、維護(hù)成本高等問(wèn)題，在智能工廠數(shù)據(jù)傳輸量激增的情況下，要求數(shù)據(jù)傳輸網(wǎng)絡(luò)具有很好的支撐。二是工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)平臺(tái)建設(shè)必要性，傳統(tǒng)IT架構(gòu)的信息系統(tǒng)實(shí)施時(shí)存在較多問(wèn)題，如傳統(tǒng)單體架構(gòu)信息系統(tǒng)之間存在信息孤島，數(shù)據(jù)不互通、擴(kuò)展升級(jí)難等問(wèn)題；電子裝配制造業(yè)制造工藝復(fù)雜、工序長(zhǎng)，傳統(tǒng)信息系統(tǒng)只進(jìn)行了局部工序應(yīng)用、局部車間覆蓋，無(wú)法形成完整的制造信息流的問(wèn)題；傳統(tǒng)信息系統(tǒng)的封閉性，平臺(tái)不開放，不能滿足未來(lái)柔性化生產(chǎn)要求的問(wèn)題。

因此，通過(guò)5G+工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)平臺(tái)實(shí)現(xiàn)制造環(huán)節(jié)信息系統(tǒng)從傳統(tǒng)IT架構(gòu)向工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)平臺(tái)架構(gòu)轉(zhuǎn)變、精準(zhǔn)的找到數(shù)字化升級(jí)中的“牛鼻子”問(wèn)題、為制造環(huán)節(jié)的生產(chǎn)活動(dòng)提供一體化全覆蓋的智能應(yīng)用服務(wù)、實(shí)現(xiàn)信息系統(tǒng)從數(shù)字化向智能化的生產(chǎn)制造優(yōu)化、助力企業(yè)精準(zhǔn)升級(jí)，已經(jīng)成為了彩電制造企業(yè)數(shù)字化轉(zhuǎn)型的必由之路。

2 平臺(tái)建設(shè)內(nèi)容及作用

彩電企業(yè)5G+工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)的建設(shè)，以數(shù)字化制造為切入點(diǎn)，以家電智能工廠為應(yīng)用場(chǎng)景，搭建工廠級(jí)5G物聯(lián)網(wǎng)通信網(wǎng)絡(luò)，實(shí)現(xiàn)廣覆蓋、高可靠、低延時(shí)，建立DMSPlat數(shù)字化制造系統(tǒng)平臺(tái)，形成包括APS計(jì)劃排程系、MES制造執(zhí)行系統(tǒng)、WMS倉(cāng)儲(chǔ)管理系統(tǒng)、生產(chǎn)可視化系統(tǒng)等的智能應(yīng)用。同時(shí)將數(shù)字化孿生技術(shù)引入平臺(tái)，實(shí)現(xiàn)設(shè)備模型構(gòu)建。將AR技術(shù)引入平臺(tái)，實(shí)現(xiàn)基于平臺(tái)的設(shè)備遠(yuǎn)程維護(hù)。

2.1 5G工業(yè)網(wǎng)絡(luò)建設(shè)

在生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)部署5G基站實(shí)現(xiàn)工廠級(jí)覆蓋，在設(shè)備終端植入5G傳輸模塊實(shí)現(xiàn)無(wú)線通信，通過(guò)VPDN隧道技術(shù)建立基于5G通信的企業(yè)移動(dòng)虛擬專網(wǎng)確保數(shù)據(jù)安全，生產(chǎn)數(shù)據(jù)通過(guò)5G VPDN網(wǎng)絡(luò)進(jìn)入園區(qū)骨干網(wǎng)絡(luò)的數(shù)字化制造系統(tǒng)平臺(tái)，實(shí)現(xiàn)智能應(yīng)用。搭建工廠級(jí)5G工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)，旨在基于5G改造企業(yè)內(nèi)網(wǎng)，以家電智能工廠為應(yīng)用場(chǎng)景，實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)設(shè)備/設(shè)施、儀表儀器、傳感器、控制系統(tǒng)、管理系統(tǒng)、工業(yè)應(yīng)用系統(tǒng)等關(guān)鍵要素的泛在互聯(lián)互通，實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)區(qū)域廣覆蓋、高可靠、低延時(shí)的5G網(wǎng)絡(luò)全覆蓋。

2.2 設(shè)備的5G無(wú)線接入

基于5G工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)網(wǎng)關(guān)，采用邊緣計(jì)算技術(shù)對(duì)制造過(guò)程設(shè)備的多源異構(gòu)數(shù)據(jù)解析，重點(diǎn)對(duì)生產(chǎn)車間的SPI、印刷機(jī)、貼片機(jī)、回流焊、AOI光學(xué)檢測(cè)儀、撕膜卡合設(shè)備、視覺(jué)檢測(cè)、自動(dòng)包裝等設(shè)備的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)采集，通過(guò)5G網(wǎng)絡(luò)接入DMSPlat工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)平臺(tái)，與MES系統(tǒng)生產(chǎn)數(shù)據(jù)聯(lián)通，最終實(shí)現(xiàn)設(shè)備稼動(dòng)率、作業(yè)合格率、OEE分析、節(jié)拍分析等綜合應(yīng)用。

2.3 DMSPlat工業(yè)互聯(lián)平臺(tái)建設(shè)

DMSPlat數(shù)字化制造平臺(tái)基于微服務(wù)架構(gòu)進(jìn)行搭建，在功能上總體規(guī)劃基于5G實(shí)現(xiàn)產(chǎn)品制造所需的BI生產(chǎn)可視化、APS計(jì)劃排產(chǎn)、MES生產(chǎn)執(zhí)行、WMS倉(cāng)儲(chǔ)管理、PMS工藝管理、QMS質(zhì)量管理、EMS設(shè)備管理、FMCS廠務(wù)管理、ISS智能安防，OA移動(dòng)辦公等十大智能應(yīng)用服務(wù)，形成多個(gè)工業(yè)典型場(chǎng)景集成創(chuàng)新應(yīng)用，在多個(gè)生產(chǎn)環(huán)節(jié)的優(yōu)化提升或創(chuàng)新突破。

2.3.1 DMSPlat工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)平臺(tái)技術(shù)架構(gòu)

平臺(tái)建設(shè)主要采用四層核心技術(shù)架構(gòu)，包括數(shù)據(jù)采集層（Ceres智能控制設(shè)備）、基礎(chǔ)服務(wù)層（IaaS）、平臺(tái)服務(wù)層（PaaS）、應(yīng)用服務(wù)層（SaaS），實(shí)現(xiàn)了制造過(guò)程數(shù)據(jù)的采集、匯聚、分析、應(yīng)用。

SaaS應(yīng)用服務(wù)層：面向制造環(huán)節(jié)生產(chǎn)活動(dòng)中的典型應(yīng)用場(chǎng)景，為用戶提供在平臺(tái)中定制化開發(fā)的智能化工業(yè)應(yīng)用和解決方案。

PaaS平臺(tái)服務(wù)層：采用SpringBoot+SpringCloud技術(shù)，提供一套微服務(wù)解決方案，包括服務(wù)注冊(cè)與發(fā)現(xiàn)，配置中心，全鏈路監(jiān)控，服務(wù)網(wǎng)關(guān)，負(fù)載均衡，熔斷器等組件，實(shí)現(xiàn)了一個(gè)快速、可擴(kuò)展、可持久化、高吞吐量、低延遲、高并發(fā)，分布式系統(tǒng)。

IaaS基礎(chǔ)服務(wù)層：集成了云服務(wù)器CVM、云存儲(chǔ)Redis、云數(shù)據(jù)庫(kù)Mysql、負(fù)載均衡、彈性伸縮、消息隊(duì)列KAFKA、搜索引擎ElasticSearch等功能，提供云服務(wù)器安全可靠的彈性計(jì)算服務(wù)。

邊緣層：主對(duì)生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)的各種類型自動(dòng)化設(shè)備、人員信息、物料信息、環(huán)境信息、產(chǎn)品信息等信息進(jìn)行實(shí)時(shí)采集，并實(shí)現(xiàn)不同協(xié)議數(shù)據(jù)基層匯聚，為智能制造系統(tǒng)提供大量的信息變量。

2.3.2 MES制造執(zhí)行系統(tǒng)建設(shè)

MES可以為企業(yè)提供包括計(jì)劃排產(chǎn)、生產(chǎn)效率監(jiān)控、關(guān)鍵物料追溯、全制程質(zhì)量追溯、報(bào)表綜合統(tǒng)計(jì)、生產(chǎn)數(shù)據(jù)可視化等功能，為企業(yè)打造一個(gè)扎實(shí)、可靠、全面、可行的制造協(xié)同管理平臺(tái)。

2.3.3 EMS設(shè)備管理系統(tǒng)建設(shè)

設(shè)備管理系統(tǒng)，對(duì)生產(chǎn)車間生產(chǎn)線及其運(yùn)行設(shè)備建立基于5G的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)采集，通過(guò)與MES系統(tǒng)的數(shù)據(jù)交互實(shí)現(xiàn)設(shè)備的當(dāng)月產(chǎn)出及設(shè)備運(yùn)行情況查詢及可視化。

2.3.4 數(shù)字孿生建設(shè)內(nèi)容

將數(shù)字孿生技術(shù)接入現(xiàn)有的DMSPlat平臺(tái)系統(tǒng)，將工廠的生產(chǎn)管理、3D仿真建模與視頻監(jiān)控系統(tǒng)進(jìn)行集成管理，實(shí)時(shí)對(duì)前端各生產(chǎn)線、設(shè)備狀態(tài)、倉(cāng)庫(kù)動(dòng)態(tài)數(shù)據(jù)進(jìn)行情景在現(xiàn)，同時(shí)構(gòu)建故障智能定位與預(yù)測(cè)模型，精準(zhǔn)定位數(shù)據(jù)中心常見故障。

2.3.5 AR遠(yuǎn)程運(yùn)維建設(shè)內(nèi)容

將AR技術(shù)接入現(xiàn)有的DMSPlat平臺(tái)系統(tǒng)，搭建可視化與智能修復(fù)系統(tǒng)。基于AR眼鏡將超高清視頻傳至后臺(tái)，實(shí)現(xiàn)設(shè)備參數(shù)現(xiàn)場(chǎng)自動(dòng)獲取、推送。專家可以在后臺(tái)實(shí)時(shí)標(biāo)注指導(dǎo)作業(yè)，協(xié)助檢修專家準(zhǔn)確的、快速的定位問(wèn)題，指導(dǎo)現(xiàn)場(chǎng)維修人員修復(fù)問(wèn)題，提高檢修效率。

3 價(jià)值分析及創(chuàng)新意義

在彩電制造企業(yè)中，基于DMSPlat數(shù)字化制造系統(tǒng)平臺(tái)，將5G技術(shù)、數(shù)字孿生技術(shù)、AR技術(shù)結(jié)合制造場(chǎng)景進(jìn)行實(shí)際融合，將實(shí)現(xiàn)多場(chǎng)景工業(yè)系統(tǒng)集成應(yīng)用試點(diǎn)示范。主要將在以下3個(gè)方面開展創(chuàng)新實(shí)踐：

（1）5G基站實(shí)現(xiàn)工廠級(jí)覆蓋，在設(shè)備終端植入5G傳輸模塊實(shí)現(xiàn)無(wú)線通信，生產(chǎn)數(shù)據(jù)通過(guò)5G基站進(jìn)入數(shù)字化制造系統(tǒng)平臺(tái)，峰值網(wǎng)絡(luò)速率達(dá)到10Gbps、網(wǎng)絡(luò)時(shí)延從4G的50毫秒縮短到1毫秒，滿足100萬(wàn)量級(jí)網(wǎng)絡(luò)連接。

（2）DMSPlat數(shù)字化制造系統(tǒng)平臺(tái)采用微服務(wù)架構(gòu)，具有分布式、高可用、高并發(fā)、低時(shí)延的處理能力，能夠低成本的快速?gòu)?fù)制推廣，高效實(shí)用推行信息化建設(shè)。

（3）基于數(shù)字孿生技術(shù)、AR技術(shù)，通過(guò)5G網(wǎng)路實(shí)現(xiàn)了制造場(chǎng)景的設(shè)備、故障等的遠(yuǎn)程運(yùn)維，同時(shí)實(shí)現(xiàn)了可視化設(shè)備實(shí)時(shí)運(yùn)行狀態(tài)監(jiān)視與遠(yuǎn)程控制、可視化數(shù)據(jù)分析成果展示等功能。

在彩電制造企業(yè)中，基于5G工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)的多場(chǎng)景工業(yè)系統(tǒng)的集成應(yīng)用，將起到很強(qiáng)的示范意義和可復(fù)制推廣作用。主要體現(xiàn)在以下3個(gè)方面：

（1）工業(yè)場(chǎng)景可推廣性：彩電制造業(yè)是傳統(tǒng)家電行業(yè)的典型代表，具有很強(qiáng)的行業(yè)共性痛點(diǎn)，具有行業(yè)典型代表。同時(shí)彩電制造企業(yè)往往擁有眾多制造基地，可以在內(nèi)部充分實(shí)踐示范后形成較成熟的推廣方案。

（2）系統(tǒng)技術(shù)可推廣性：工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)平臺(tái)采用微服務(wù)架構(gòu)技術(shù)，在PaaS層將形成大量的行業(yè)機(jī)理模型、工業(yè)知識(shí)、數(shù)據(jù)服務(wù)和公共服務(wù)，通過(guò)微服務(wù)和數(shù)據(jù)接口實(shí)現(xiàn)快速模塊化選用，在SaaS層實(shí)現(xiàn)快速APP開發(fā)，可推廣至更多工業(yè)場(chǎng)景應(yīng)用。

（3）平臺(tái)開放可推廣性：5G+工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)平臺(tái)采用了國(guó)內(nèi)領(lǐng)先的工業(yè)云體系，結(jié)合spring boot / spring cloud技術(shù)，有利于推廣至行業(yè)用戶、供應(yīng)商、開發(fā)者的融合建設(shè)，系統(tǒng)迭代。

4 結(jié)束語(yǔ)

傳統(tǒng)制造企業(yè)的數(shù)字化轉(zhuǎn)型，一直是近年來(lái)工業(yè)領(lǐng)域的重要課題。借助5G的大帶寬、低時(shí)延、大連接優(yōu)秀特性，可以為車間產(chǎn)線現(xiàn)場(chǎng)提供全新的基礎(chǔ)網(wǎng)絡(luò)能力升級(jí)。同時(shí)通過(guò)建設(shè)工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)平臺(tái)，可以有效實(shí)現(xiàn)產(chǎn)線相關(guān)典型場(chǎng)景如計(jì)劃排程、制造執(zhí)行、倉(cāng)儲(chǔ)管理、生產(chǎn)可視化等智能應(yīng)用。5G+工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)平臺(tái)的建設(shè)思路和建設(shè)模式，對(duì)于廣大的傳統(tǒng)制造企業(yè)的數(shù)字化制造轉(zhuǎn)型，有著深刻的借鑒意義。