5G+工業互聯網平臺在彩電制造企業中的應用

倪 凌

(中國電信股份有限公司深圳分公司,廣東 深圳 518000)

1 背景

隨著《國務院關于深化“互聯網+先進制造業”發展工業互聯網的指導意見》、地方政府5G示范、工業互聯網公共服務平臺等政策的落地，極大的調動了傳統工業企業推進工業互聯網平臺建設工作的積極性；同時彩電制造業本身也亟需借助“5G+工業互聯網+大數據+智能制造”的模式來推動自身的不斷創新升級，5G技術及工業互聯網平臺對于賦能企業數字化轉型，助力彩電制造業的“智能化”戰略，具有實質推動作用。

作為典型的制造企業，家電產品具有差異化要求高、技術創新迭代速度快等特點，傳統的制造數據網絡、IT系統不足以滿足消費者不斷追求高端化、服務化、智能化的升級需求。面對這種升級需求，5G與工業互聯網平臺顯示出了極大的必要性。一是5G必要性，在加工、裝配等環節，針對生產制造過程中大量數據通過有線接入復雜、維護成本高等問題，在智能工廠數據傳輸量激增的情況下，要求數據傳輸網絡具有很好的支撐。二是工業互聯網平臺建設必要性，傳統IT架構的信息系統實施時存在較多問題，如傳統單體架構信息系統之間存在信息孤島，數據不互通、擴展升級難等問題；電子裝配制造業制造工藝復雜、工序長，傳統信息系統只進行了局部工序應用、局部車間覆蓋，無法形成完整的制造信息流的問題；傳統信息系統的封閉性，平臺不開放，不能滿足未來柔性化生產要求的問題。

因此，通過5G+工業互聯網平臺實現制造環節信息系統從傳統IT架構向工業互聯網平臺架構轉變、精準的找到數字化升級中的“牛鼻子”問題、為制造環節的生產活動提供一體化全覆蓋的智能應用服務、實現信息系統從數字化向智能化的生產制造優化、助力企業精準升級，已經成為了彩電制造企業數字化轉型的必由之路。

2 平臺建設內容及作用

彩電企業5G+工業互聯網的建設，以數字化制造為切入點，以家電智能工廠為應用場景，搭建工廠級5G物聯網通信網絡，實現廣覆蓋、高可靠、低延時，建立DMSPlat數字化制造系統平臺，形成包括APS計劃排程系、MES制造執行系統、WMS倉儲管理系統、生產可視化系統等的智能應用。同時將數字化孿生技術引入平臺，實現設備模型構建。將AR技術引入平臺，實現基于平臺的設備遠程維護。

2.1 5G工業網絡建設

在生產現場部署5G基站實現工廠級覆蓋，在設備終端植入5G傳輸模塊實現無線通信，通過VPDN隧道技術建立基于5G通信的企業移動虛擬專網確保數據安全，生產數據通過5G VPDN網絡進入園區骨干網絡的數字化制造系統平臺，實現智能應用。搭建工廠級5G工業互聯網網絡，旨在基于5G改造企業內網，以家電智能工廠為應用場景，實現生產設備/設施、儀表儀器、傳感器、控制系統、管理系統、工業應用系統等關鍵要素的泛在互聯互通，實現生產區域廣覆蓋、高可靠、低延時的5G網絡全覆蓋。

2.2 設備的5G無線接入

基于5G工業互聯網網關，采用邊緣計算技術對制造過程設備的多源異構數據解析，重點對生產車間的SPI、印刷機、貼片機、回流焊、AOI光學檢測儀、撕膜卡合設備、視覺檢測、自動包裝等設備的實時數據采集，通過5G網絡接入DMSPlat工業互聯網平臺，與MES系統生產數據聯通，最終實現設備稼動率、作業合格率、OEE分析、節拍分析等綜合應用。

2.3 DMSPlat工業互聯平臺建設

DMSPlat數字化制造平臺基于微服務架構進行搭建，在功能上總體規劃基于5G實現產品制造所需的BI生產可視化、APS計劃排產、MES生產執行、WMS倉儲管理、PMS工藝管理、QMS質量管理、EMS設備管理、FMCS廠務管理、ISS智能安防，OA移動辦公等十大智能應用服務，形成多個工業典型場景集成創新應用，在多個生產環節的優化提升或創新突破。

2.3.1 DMSPlat工業互聯網平臺技術架構

平臺建設主要采用四層核心技術架構，包括數據采集層（Ceres智能控制設備）、基礎服務層（IaaS）、平臺服務層（PaaS）、應用服務層（SaaS），實現了制造過程數據的采集、匯聚、分析、應用。

SaaS應用服務層：面向制造環節生產活動中的典型應用場景，為用戶提供在平臺中定制化開發的智能化工業應用和解決方案。

PaaS平臺服務層：采用SpringBoot+SpringCloud技術，提供一套微服務解決方案，包括服務注冊與發現，配置中心，全鏈路監控，服務網關，負載均衡，熔斷器等組件，實現了一個快速、可擴展、可持久化、高吞吐量、低延遲、高并發，分布式系統。

IaaS基礎服務層：集成了云服務器CVM、云存儲Redis、云數據庫Mysql、負載均衡、彈性伸縮、消息隊列KAFKA、搜索引擎ElasticSearch等功能，提供云服務器安全可靠的彈性計算服務。

邊緣層：主對生產現場的各種類型自動化設備、人員信息、物料信息、環境信息、產品信息等信息進行實時采集，并實現不同協議數據基層匯聚，為智能制造系統提供大量的信息變量。

2.3.2 MES制造執行系統建設

MES可以為企業提供包括計劃排產、生產效率監控、關鍵物料追溯、全制程質量追溯、報表綜合統計、生產數據可視化等功能，為企業打造一個扎實、可靠、全面、可行的制造協同管理平臺。

2.3.3 EMS設備管理系統建設

設備管理系統，對生產車間生產線及其運行設備建立基于5G的基礎數據采集，通過與MES系統的數據交互實現設備的當月產出及設備運行情況查詢及可視化。

2.3.4 數字孿生建設內容

將數字孿生技術接入現有的DMSPlat平臺系統，將工廠的生產管理、3D仿真建模與視頻監控系統進行集成管理，實時對前端各生產線、設備狀態、倉庫動態數據進行情景在現，同時構建故障智能定位與預測模型，精準定位數據中心常見故障。

2.3.5 AR遠程運維建設內容

將AR技術接入現有的DMSPlat平臺系統，搭建可視化與智能修復系統?；贏R眼鏡將超高清視頻傳至后臺，實現設備參數現場自動獲取、推送。專家可以在后臺實時標注指導作業，協助檢修專家準確的、快速的定位問題，指導現場維修人員修復問題，提高檢修效率。

3 價值分析及創新意義

在彩電制造企業中，基于DMSPlat數字化制造系統平臺，將5G技術、數字孿生技術、AR技術結合制造場景進行實際融合，將實現多場景工業系統集成應用試點示范。主要將在以下3個方面開展創新實踐：

（1）5G基站實現工廠級覆蓋，在設備終端植入5G傳輸模塊實現無線通信，生產數據通過5G基站進入數字化制造系統平臺，峰值網絡速率達到10Gbps、網絡時延從4G的50毫秒縮短到1毫秒，滿足100萬量級網絡連接。

（2）DMSPlat數字化制造系統平臺采用微服務架構，具有分布式、高可用、高并發、低時延的處理能力，能夠低成本的快速復制推廣，高效實用推行信息化建設。

（3）基于數字孿生技術、AR技術，通過5G網路實現了制造場景的設備、故障等的遠程運維，同時實現了可視化設備實時運行狀態監視與遠程控制、可視化數據分析成果展示等功能。

在彩電制造企業中，基于5G工業互聯網的多場景工業系統的集成應用，將起到很強的示范意義和可復制推廣作用。主要體現在以下3個方面：

（1）工業場景可推廣性：彩電制造業是傳統家電行業的典型代表，具有很強的行業共性痛點，具有行業典型代表。同時彩電制造企業往往擁有眾多制造基地，可以在內部充分實踐示范后形成較成熟的推廣方案。

（2）系統技術可推廣性：工業互聯網平臺采用微服務架構技術，在PaaS層將形成大量的行業機理模型、工業知識、數據服務和公共服務，通過微服務和數據接口實現快速模塊化選用，在SaaS層實現快速APP開發，可推廣至更多工業場景應用。

（3）平臺開放可推廣性：5G+工業互聯網平臺采用了國內領先的工業云體系，結合spring boot / spring cloud技術，有利于推廣至行業用戶、供應商、開發者的融合建設，系統迭代。

4 結束語

傳統制造企業的數字化轉型，一直是近年來工業領域的重要課題。借助5G的大帶寬、低時延、大連接優秀特性，可以為車間產線現場提供全新的基礎網絡能力升級。同時通過建設工業互聯網平臺，可以有效實現產線相關典型場景如計劃排程、制造執行、倉儲管理、生產可視化等智能應用。5G+工業互聯網平臺的建設思路和建設模式，對于廣大的傳統制造企業的數字化制造轉型，有著深刻的借鑒意義。