5G+智慧工厂的建设内容.docx

5G+智慧工厂的建设内容1 .智慧工厂数字化转型趋势分析为了推动更多的行业和企业参与智慧工厂建设并发挥5G在智慧工厂建设中的巨大 赋能作用，党和国家陆续出台政策，支持和推动5G与工业互联网融合发展。2021年7月， 工信部等十部门印发5G应用“扬帆”行动计划（2021-2023年提出：推进5G模组与 AR/VR、远程操控设备、机器视觉AGV等工业终端的深度融合推动5G应用从生产辅助环 节向生产核心环节逐步渗透2021年11月，国务院印发为“专精特新”中小企业办实事 清单加大中小企业数字化转型和智能化改造支持力度，鼓励运用5G、人工智能、工业互 联网等新一代信息技术，优化工艺流程与装备技术，通过“智改数转”提升管理水平，在 创新发展方面持续发挥示范带动作用。2022年9月4 口，工业和信息化部正式发布5G全 连接工厂建设指南（工信厅信管202223号）目标是启动万家5G全连接工厂建设，建成 1000个特色鲜明的工厂，打造100个标杆工厂，并启动5G全连接工厂种子项目库建设工 作。自工信部组织实施“5G+工业互联网” 512工程以来，在网络、应用、产业方面取得 积极进展。网络方面，工业企业与基础电信企业积极合作，利用5G等技术改造企业内网， 建设“5G+工业互联网”虚拟专网近800个、混合专网近2000个。应用方面，“5G+工业 互联网”己深入到工业设计、制造、管理、服务等各环节，助力工业企业提质增效。“5G+ 工业互联网”建设项目超过3100个，企业实践日益活跃。产业方面，芯片、模组、通用 网关等产品设备的研发和产业化进程不断推进，5G模组供给稳步提升、成本持续下降， 价格相比于5G商用初期下降80%左右，为5G规模化应用奠定基础。随着5G在工业企业落地实践的不断深入，基础电信企业、设备商、行业解决方案供 应商正加速磨合，深入理解工业企业的痛点和需求，不断挖掘、摸索产生相应的解决方 案，推动工业5G信息化升级，促进5G网络、终端、应用、商业走向成熟。2 . 5G重点场景与价值分析5G在智慧工厂中的应用探索成效已经初步显现。5G+智慧工厂融合促进通用型应用发 展。通用型应用主要包括5G与工业VR/AR、超高清视频、无人机、机器人等领域的结合。 国内已取得的示范性应用成果包括信息监测、视频回传类业务（如工业VR/AR巡检、无 人机巡检、机器人巡检、超高清视频监控等）和物流类业务（如采用AGV完成的物料配 送、仓储物流业务等）典型5G+智慧工厂的应用场景有柔性生产制造用I机器视觉远程 运维远程控制41视觉安防、云化AGV、AR远程协作、数字挛生等。（1）柔性生产制造小批量多品种离散型制造企业面临三大矛盾：资产综合有效利用 不高，产能不平衡；自动化投资回报率低，产线常需变更操作，传统模式存在产线浪费，而 自动化投资过大亦导致较低的回报率；专线专用模式下高空间占用和扩产同样存在矛 盾。通过基于5G+开放自动化系统的柔性生产模式(5G+积木式柔性生产单元、5G+开放 控制系统、5G+MEC+PLC自动化)可以解决传统的生产布局模式，根据不同的生产需要， 动态组合产线。(2) AI机器视觉5G机器视觉质检，将5G技术与机器视觉技术相结合，实现机器视觉终端与云端系统 对接，并利用5G网络大连接(mMTC)和高速率(eMBB)的特点，将高清图像实时回传至 质检平台，经过图像识别后进行控制指令快速下发，实现视觉质检远程运维与数据不出 厂，并能进行全天候无死角的检测。5G机器视觉质检在制造流程的应用，能够大幅提高 生产线上各环节原料及成品质量检测效率，降低质检成本。(3)远程运维5G时代，万物互联可同步感知虚拟世界和现实世界，利用VR/AR使得体验不再受时 间和空间的限制，实现“永远在场”，提升设备装配效率，同时还可以突破空间限制，实 现远程专家和线运维人员同时在现场；(4)远程控制机床PLC远控是远程控制的主要应用场景之一,其操作业务对通信连接有低时延、 大带宽、高可靠性的严苛要求，并且作业环境复杂多变。5G以其大带宽、低时延特性实 现设备远程操控，不但能改善操作人员的工作环境，还能有效保障操作人员安全，助力企 业生产的降本增效，从而突破传统方式的局限性，极大地提升自动化车间的运营效率，为 改造提升传统制造注入新动力。(5) AI视觉安防视觉智能安防是实现智慧工厂安全生产、安全管理的重要手段，结合5G、人工智能 等技术，能够实现视频监控智能化，提升智慧工厂安全管理水平。针对智慧工厂车间等行业场景，利用5G视频安防监控终端采集高清视频,并基于AI 视频结构化分析技术进行视频分析处理，打造工业视觉安防系统，实现生产安全行为分析 应用，具体包括工人穿戴检测、危险行为及区域入侵检测、环境及物体识别等。(6)云化AGV5G云化AGV场景主要面向厂内的物流调度环节，尤其是针对企业对更低的硬件成本、 更灵活的场内外AGV调度方案更可靠的AGV传输网络有需求的离散制造企业5GAGV改变 原有AGV的4G或WiFi通讯方式，通过集成5G通信模块，可以与5G网络直接通信，同 时具备扩展能力，便于二次开发。AGV小车通过视觉、雷达、无线等多种技术进行融合 定位和障碍物判断，经低时延5G网络上传位置和运动信息，实现AGV在接收任务后或 远程控制中执行现场物流运输作业并自动避障，提升产线自动化水平。(7) AR远程协作AR远程协作是基于AR技术的高清音视频通讯工具，适用于各行业领域下的远程专家指导场景，即：技术专家通过画面标注、语音指导、共享白板等方式，辅助现场人员完 成相应工作。通过5G传输网络，能够实现实时、高速、可靠的数据传输，保证生产数据 安全。(8)数字挛生将实物完美再现，超低反馈时延，在5G通信下，数据从发送到接收所需的时间最短 不足1亳秒，儿乎没有延迟，使电脑上构建的数字李生始终保持在最新状态。即使生产线 上出现问题，工人也能立即掌握现场情况并解决问题。数字挛生获得的仿真结果可以当即 反馈给真实机器人案例：5G+智慧工厂实践应用河北某光伏企业是一家专注绿色能源的高新技术企业，涵盖光伏组件、光伏电站、 光伏支架、储能、氢能五大事业板块，致力于系统化的为全球客户提供更具价值的绿色 能源解决方案。目前大太阳能光伏组件生产领域，全球总产能8G肌位列中国光伏企业产 能十强，为进一步提升生产效率，实现光伏组件生产的降本提质增效，该企业启动5G智 慧工厂建设，紧跟5G新技术的应用，在智慧工厂领域与5G紧密结合，围绕5G+大规模数 采，5G+AI质检两大场景，充分利用5G大带宽、低延时、大连接的特性，助力其数字化 转型。将5G与以下技术集成：基于自动化技术和信息化技术，建立数据自动采集模式，结合产品、计划、质量、物 料、工艺等数据，实现工业大数据应用，解决数据散落于各节点的游离状态，消除信息 孤岛，并作为实现人机互联、机机互联、机物互联的必要基础。基于图像处理A【技术，通过与EL设备的互联互通，达到自动识别不良缺陷，提高 质检效率与稳定性目标。打造中控室，实现实时计划达成、实时质量状态、实时物料监控、实时设备状态、实 时现场监控的多维度全方位式立体监控，达到生产异常捕捉、生产决策快速响应的目标。实时现场监控集成，为实景监控、远程诊断、在线指挥提供必要条件。(1)设备数据采集及工艺关联对工厂关键的生产设备深入调查分析，确定设备数据接口以及是否需要添加采集 配件；在设备侧加装5G数采网关，通过5G专网及MQTT协议将设备产量、节拍、告警、核 心工艺参数等数据发送到IOT平台；完成设备关键工艺参数监控和报警；完成设备工艺参数和产品绑定，实现产品生产工艺的追溯。完成工厂的可视化呈现，呈现产能、良率、设备实况、节拍等客户关心数据。听 深度学习的5G+AI视觉智能检测深度学习业RaMfi.智大的于CV8I超法的电港片 定位技术，II法黑事围利用5G网靖，无海新建您心网堵即可适 成本低图3-1智慧工厂5G+数据采集（2） 5G+AT质检及产线联动基于设备技改的逐步投入，完成AI质检系统与设备的关联；基于过程工艺和生产的完全标准，完成全过程工艺与系统的关联；利用5G+AI技术，通过自研深度学习算法，对串焊EL、层前EL、终检EL图像进行监 督学习，贴合海泰新能12大缺陷类型，对虚焊、叉状隐裂、断栅、黑芯片、失效、混挡、 过焊、破片、异物、划伤、污染等不良类别进行自动化AI判定，并与自动化流水线进行 接口对接，形成判定后自动物流流转，并形成完整的质量管控闭环；推进质量数据线上分析等数据整合，实现数据化全过程管理。图3-25G+AI视觉质检3 . 5G+智慈工厂创新融合发展分析5G与智慧工厂结合，构建安全、高质量、低成本的网络。行业客户通过部署专网，可 以让“企业私有数据”内部流通，又能放行普通数据与公网互通，不影响与公网的信息 互联。5G深入工厂，不仅能帮助行业客户实现远程控制、视频采集、智能分析、设备管理 等功能，还能满足数据不出专网区域的需求，最终达到降本增效的目的。部署方式上，主要采用了三种建设模式：与5G公网完全共享、与5G公网部分共享、 独立部署。 5G公网完全共享模式无线和频率与大网共享，采用DNN/QoS优先调度或核心网切片实现高带宽需求。 5G公网部分共享模式在完全共享的基础上将用户面设备UPF或SMF+UPF部署在企业园区内部保证数据不 出场。 独立部署模式无线频谱或基站设备专用，或核心网物理专用，提供高安全隔离及 定制化能力。4 .规模化发展策略建议5G赋能的智慧工厂是一个完整的体系。为更好地推动5G+智慧工厂规模化发展，加 强5G+智慧工厂建设的路径和能力的探索，我们要充分发挥各生产要素的效能，充分探索 工厂运营各个环节的潜能，最大化地发挥“智慧”的作用。5G+智慧工厂的具体推进建议 如下：一是聚焦5G+智慧工厂的顶层设计。5G+智慧工厂的设计要从全局出发,单独地解决某 个痛点，并不能发挥其最大作用。通过智能制造能力成熟度（CMMM）评估，帮助企业在 发展过程中找出自身的不足，确定提高智能制造能力的方向，再根据智慧工厂运营管理的 五个维度:制造资源控制、现场运行监管、物流过程管控、生产执行跟踪、质量工作监管， 详细规划5G+智慧工厂建设方案。图3-35G+智慧工厂运营的五维度二是整合土地、资金、技术、设备、人才等生产要素、组织要素的合力。充分利用劳 动力、土地及资源环境，引导生产要素向先进生产力聚集，优化产业链、供应链布局，增 强工厂运营的核心技术，充分整合劳动力、技术、土地、资本、数据等生产要素。三是促进终端设施与5G工业模组、网关的联网。针对设备品类繁多、专业性强，通 讯标准、协议、接口各不相同带来的设备互联、数据采集难的问题，通过5G工业模组和 5G专网、5G融合组网，降低终端互联的成本，实现产线设备、工业机器人、检测仪器、工业 传感器、智能仪表、PDA等设备的联网。四是发挥数据作为生产运营核心要素的作用，搭建“智慧”中心，以数据驱动生产。 充分利用工厂运营各个环节的数据，通过高效的数据分析与利用，实现:智慧计划调度。科 学计划，智能调度；智慧管控干预。过程管控，自主干预；智慧分析决策。自学习，自决策；智慧处置优化。异常处理，白主调优；智慧运营管理。以数据驱动“人机料法环”的管理。五是推动生产过程生产管理、设备管理、工艺质量管理、仓储物流管理等单点智能。以“从单点智能走向整体智慧，立足生产、物流等各领域各场景的智能化应用探索”为 建设思路，逐步形成可开放共享、可复用的智慧工厂解决方案。六是推动“全面感知、融合协同、自主管控”的整体智慧。全面感知层面，采集“人 机料法环”生产全要素数据和业务数据，实现全过程透明、主动感知变化和要求；融合协 同层面，打通各系统，促进多系统的有机融合，建立供应链一体化协同体系，建立人机协 同机制；自主管控层面，整合异构多源数据，进行数据深度分析与挖掘，以数据驱动生产 各环节科学决策、自主管控。七是搭建5G+工业互联网虚拟专网，推进5G全连接工厂建设。运用不同的5G+融合创 新应用，通过5G+云-+AI能力，构建可灵活部署、泛在接入、智能分析的全云化、数字化工 厂，充分发挥5G技术为智能制造带来巨大动能，推进5G与智能网联AGV,超高消视频、 云端AI识别、机器视觉+工艺联动的融合。