截至2020年底,全球已经在57个国家和地区商用了142张5G网络,全球5G终端连接数达到2.3亿。其中中国5G的发展尤其令人瞩目,2020年中国累计建成5G基站将近72万座,实现了重点区域的连续覆盖,5G终端连接规模全球占比超过了85%。在这些数字的背后,5G在行业市场的应用发掘和发展也是市场焦点。5G走向行业的核心是ICT的数字要素与OT技术的深度融合和再次升级,生产要素的变化驱动生产力和生产关系的变化。
未来10年,将是中国产业互联网最值得期待的10年。5G技术作为驱动产业互联网发展的重要因素,这既是一个新的机遇,同时也存在着巨大的挑战。我们欣喜的注意到行业客户在从信息化、自动化向数字化、智能化转型的过程中都在积极的拥抱5G技术,也在思考如何利用新的连接和服务能力更好的为企业赋能,目前中国5G赋能行业方面的探索如火如荼,包括在商业化模式上,并取得了很多宝贵的经验。
《中国5G垂直行业应用案例2021》
一、5G智能电网南方电网成立于2002年12月29日,供电范围包括广东、广西、云南、贵州、海南五省区,并与越南、泰国、缅甸、老挝等国家、地区电网相联。供电面积超100万平方公里,供电人口达2.54亿,占全国人口的18.2%。
南方电网、中国移动、华为强强联合,从2018年开始开展了5G+智能电网应用创新,从技术到业务等方面取得重大突破。5G为智能电网带来安全隔离、高可靠的虚拟专网并实现8项全球第一:
南方电网8个全球第一
从顶层设计、国际标准、关键技术、现网试点到业务运营,全面打造5G行业应用标杆。提升电网自动化与巡检的效率,节省建设成本,同时为运营商增加行业收入,建立良好的行业生态,并持续孵化商用产品和商业模式。三方在“发–输–变–配–用”五大电力业务应用领域的53个场景持续探索应用,并在广深现网率先开通了全业务示范区,实现小规模试商用。计划2021在中国南方五省规模复制商用。
1、行业挑战电力系统的流程并不复杂,从电厂发电,经过主电网大容量高电压输送到用电中心,然后分配到千家万户。未来的智能电网将向海量连接、安全高效、末梢延伸发展,主要应用业务场景为:
输电领域:输电网覆盖面积大,既有城市的地下电缆,又有高压线路,输电领域遇到的最大问题在于其广袤覆盖,监测故障非常困难,以前主要靠人力,工作效率非常低。比如南方电网全网有超过30万公里的线路,11万座以上的铁塔,多年来企业一直尝试如何用高新技术解决长线运维的问题,例如用红外线等方式实现无人机探测,采用通信手段将数据传送回来,无线高速传输可大幅度提高传输效率。5G技术可以实现数据及时高速回传,再通过边缘云AI进行判断,能够大幅度提高问题判断的准确性,大幅度提高运维效率。
变电领域:人们比较常见的变电站需要其具备在线监测和移动巡检功能,5G能够提高其工作效率和实现设备运维状态的准确判断。
配电领域:面向智能电网发展需要实现海量连接、安全高效、向末梢延伸,配网环节面临的挑战最突出。配电网相当于通信网络中的接入和汇聚层,由于成本高企业自己很难实现全域的光纤覆盖。目前主网已经实现光纤覆盖,但是电网末梢神经的配网,目前属于“盲调”状态,因为数量大,光纤全覆盖成本高、时间长、维护难(15万/km)。南方电网共有30万个电房,这些电房感知能力和控制水平主要受制于通信手段,特别是在控制方面,难以实现实时控制。南方电网在这方面做了大量工作,例如PMU和差动保护等,这些技术对通信要求高,采用5G技术((10毫秒时延和1us精准授时等)就可以极小地控制故障范围,并且快速恢复对用户的供电,大大提高了用户的供电可靠性,降低建网成本。
在用电方面,南方电网有超过9000万用户,需要进行抄表工作。今后的发展需要分布式能源接入具有互动能力,这是4G满足不了的,而5G就可以实现,为用户创造价值打开了一扇门。
2、解决方案和价值5G+AI为电网提供了安全灵活的智能虚拟专网服务,极大的助力了南方电网的数字化转型战略。在配电场景,通过5G高精度授时和低时延,实现配网差动保护,降低建网成本50%;在输变电场景,通过5G+AI实现智能巡检,工作效率提升80倍。通过端到端切片技术和芯片加密技术,保障了电网业务的安全隔离。
目前已经在广州深圳小规模商用,并将在2021年广泛推广至南网五省,规模千万级以上,社会效益、经济效益50亿元以上。未来,将进一步将5G推广至用电等其他综合环节,应用到千万乃至亿级电力终端,有效降低停电时长,全面提升供电效率,降低人民用电成本,避免社会经济损失、节省电网运营成本。
电网是一张无处不在的网络,需要运营商为其提供一张广域虚拟专网。本项目定义了运营商广域切片服务的标准,目前南方电网、移动和华为已经完成南方五省的切片顶层架构设计,并根据不同的服务等级设计出专有切片和通用切片计费模式。未来将向其他行业复制。
5G是南方电网数字化转型战略的关键技术,经过近3年的联合探索,三方联合项目工作组,针对每一个应用场景进行深入研究,明确网络和参数如何满足对业务场景的支持,尤其是网络切片的资源分配和性能表现在商用环境下对于电网业务的支持。目前在输–变–配–用等环节的小规模试点表明5G网络能够更好地满足电网业务的安全性、可靠性和灵活性需求,带来生产效率的提升和运维成本的降低。
依托国家新基建项目,南方电网、中国移动、华为将持续强强联合,采用5G+AI+云助力南方电网数字化转型。三方将持续联手在广州南沙和深圳打造5G+数字电网示范区,并在南方五省规模推广,努力推动从技术验证到规模化的应用,共同培育5G+数字生态繁荣。
二、5G+MEC智慧商业数字孪生平台商业综合体是现代城市商业新布局,是现阶段典型的城市人流和零售多业态聚集地,也是畅通国内大循环、促进新型信息消费和推广5G消费级应用的重要布局。中国电信积极推动“门店裂变、运营聚变、销售智变”渠道“三变”创新,以客户为中心加快构建线上线下一体化、数字化、生态化的新型营销服务渠道体系,2020年率先发布5G+MEC智慧商业数字孪生平台,2021年推出千家5G+MEC智慧商业综合体合作计划,加速打造数字化营销新场景,赋能流量一站式转化。中国电信愿与产业各方一道积极创新,共享渠道价值,共筑5G生态,共创智慧生活。
2020年新冠疫情严重冲击传统商业经济,加速了商业综合体数字化转型步伐,重构商业场景、打造线上线下深度融合的新型信息消费模式成为行业共识。中国电信率先打造全国首个5G+MEC智慧商业数字孪生平台,为实体商业构筑5G新基建数字能力底座。平台依托中国电信全球领先的云边协同5GSA网络,拥有高精度点云地图及空间三维重建等核心技术,依托自主研发边缘计算平台将用户侧应用能力下沉到商业综合体就近边缘节点,提供低时延、高带宽、云渲染的算力保障。
平台现已落地赋能合肥万象城、北京西单大悦城、上海正大广场、广州正佳广场、苏州吾悦广场、杭州银泰广场、成都宽窄巷子、福州苏宁广场等100余家头部商业综合体、商业步行街和自贸港,惠及两万余家零售商户,助力实体商业加速新型基础设施建设和数字化转型,帮扶商户培育扩大线上线下融合的信息消费模式,推动客流回暖,加速消费复苏。
1、行业挑战一方面,疫情之下商业综合体、商业步行街客流锐减、营收受到较大冲击,如何在做好疫情防控下提升客流和销售转化,实现营收回暖增长成为当务之急。另一方面,面对消费升级的时代,将文化气质、情感内涵、社交体验、生活情境融入消费场景,成为重构人与商业连接的关键。商业综合体作为匹配消费者需求场景化的连接点,纷纷加速全域数字化融合创新。通过新技术拓展数字触点,丰富消费场景、提升消费品质,与用户建立深度互动,产生情感共鸣和社交分享,持续提升用户满意度和客户精细化运营效率。
然而目前仍存在诸多挑战,如多数商业综合体缺乏数字化运营平台,综合体及商户数据未贯通,商户客流经营及精准营销能力弱;线上线下融合购物场景缺失,无法满足年轻客户消费需求,私域流量汇聚手段单一;商业综合体实体空间较大,但空间功能未充分挖掘,沉浸式消费场景不足,活动体验感知、迭代速度和消费转化效率低。
5G+MEC智慧商业综合体建设及应用探索实践表明,这些关键挑战性问题的解决,亟需5G赋能。中国电信与头部商业综合体强强合作,开展千兆5G、千兆宽带、千兆WiFi“三千兆”网络建设,大幅升级基础连接能力,为商业综合体构建“数字孪生平行世界”,在虚拟现实空间成功部署5G云XR数字景观、5G云XR虚拟导购、5G云XR红包探宝、5G云XR娱乐空间、5GAI虚拟人直播、5G+AI大数据分析等一系列5G应用,为商业综合体及商户创造全新导流导购及数字化营销场景,加速实体商业人、货、场数字化升级,也为消费者带来全新的沉浸式、娱乐化购物体验。
2、解决方案和价值5G数字孪生空间。5G+MEC智慧商业数字孪生平台通过对商业综合体等线下商业场景进行数字孪生基座的采集重建,将现实空间解析再编程,建立物理空间的数字孪生世界映射,进而在其中创作有趣的逛街、消费、社交、互娱体验,消费者通过手机、平板APP、小程序及AR眼镜等XR交互终端,在真实场景访问虚实融合的商业互娱平行世界,打通会员积分、品牌营销与商业闭环,通过XR场景智能引擎让线下商业可以像游戏一样运营。
为商业综合体打造5G数字孪生空间,通过点云地图部署虚拟景观道具,经过简单操作即可完成内容发布
5G云XR数字营销。5G云XR数字营销包括5G云XR数字景观、5G云XR导航导览、5G云XR红包探宝、5G+AI智能停车、5G超高清云直播,围绕商业综合体零售场景打造从“引流入场”到“场内停留”再到“离场后触达”全流程智慧解决方案,为消费者提供了全新游购体验。5G+AI智能停车系统通过3D扫描建模和车辆智能识别,帮助顾客停车寻车,解决停车场管理痛点,结合大数据分析实现精准会员服务推送。消费者走近商场即可收到实时卡片推送,了解美食、停车及最新会员权益服务。中国电信5G未来大使将带消费者穿越时空旋转门进入XR数字孪生平行世界。
在平台部署实践和规模推广中,实体商业将数字孪生空间作为线上流量入口,商户进行线下流量变现。通过基于5GXR应用的数字化活动、5G直播等数字化传播、大数据+人工智能数字化营销,打造了“商业运营方+电信运营商+零售商户+顾客”的B+B+b2C商业新模式,形成了前后向一体化的变现流程,持续带来长效收益。
三个典型案例:在文旅行业,成都宽窄巷子打造5GXR全景宽窄,店铺全景体验日均人数超万人,街区客流增幅33%,并荣膺商务部全国示范步行街。在贸易领域,打造海南自贸港酒店免税商品沉浸式购物新体验,为中免商城降低近15%的运营成本,使酒店客房价上涨近50%。
在商业地产领域,合肥万象城打造国内首家5G+MEC智慧商业综合体,全面升级数字化引流和沉浸式娱乐消费体验,客流增幅环比提升15%,百余户商家营业额环比增长30%。以上技术标准与应用场景已被编入2020年5G应用产业方阵发布的《5G+五星购物中心行业白皮书》,并在加快推动5G在商业领域的标准化建设和深度融合。
平台2021年计划赋能全国千家商业综合体和10万家零售商户,深入探索在数字零售领域的应用场景,深度融入商业运营及营销流程,加快推动线上线下融合的信息消费扩容提质升级。
三、5G+智能矿山新元煤矿隶属于华阳集团,煤碳年产量270万吨,可采储量7.13亿吨。5G发展伊始,华阳集团就积极拥抱5G应用,希望借助这个工具,合作探索基于5G技术的煤炭产业智能化发展之路,实现企业生产效率、生产能力的变革,提高企业盈利能力,不仅如此,通过行业标杆试点,也能从一点到面,未来推动煤炭行业装备升级改造。
2019年5月25日,华阳集团、中煤协会组织多方专家召开5G技术矿井应用研讨会,项目启动。2019年9月5日,华阳集团、中国移动、华为公司成立“5G通信煤炭产业应用创新联盟”,项目进入实质推动阶段。2019人工日常巡检多为了监测巷道的压力变化,煤矿部署了大量的矿压监测传感器,现在主要采用人工抄表,效率低实时性差,如何实现自动抄表。
另外,煤矿中的机械设备部署有传感器,一般每台机械上部署几个到十几个,数据传输对网络需求显著。2020年11月18日,实现全国首次5G基站煤矿井下测试,单基站井下覆盖距离400米。2020年4月29日,华阳集团联合山西移动、上海山源、华为公司在江苏常州中国煤炭科工集团联合获取全国首个5G基站煤安认证。2020年6月18日,5G智慧矿山联盟成立,山西省省长林武宣布我国首座5G煤矿在山西华阳集团新元公司正式落成。
目前新元矿与山西移动合作,采用隔爆和煤安认证的基站设备,第一期已经部署14台RRU,第二期部署64台RRU,为保障煤矿数据安全,还在新元矿部署了MEC/UPF,保障数据不出园。
1、行业挑战安全生产:安全生产是煤炭企业的第一要务,针对井下生产环境中高瓦斯、高煤尘、水害渗水等情况,以及员工井下工作时间长、劳动强度大(24小时3班倒)等问题,如何利用移动通信技术,改善劳动生产环境。
人工日常巡检多:为了监测巷道的压力变化,煤矿部署了大量的矿压监测传感器,现在主要采用人工抄表,效率低实时性差,如何实现自动抄表。另外,煤矿中的机械设备部署有传感器,一般每台机械上部署几个到十几个,数据传输对网络需求显著。
烟囱式网络多:井下之前为配合不同生产系统建设了多种制式的网络,如何通过一张统一的5G网络承载不同类型的业务需求,同时也解决企业要求的数据不出园的安全问题。
2、解决方案和价值基于统一的5G网络,该项目目前主要开展了以下4个方面的5G应用探索:
(3)、掘进面无人操作。利用5G网络的高可靠、大带宽、低时延的特点,通过井上对井下设备的远程控制,减少掘进岗位人员数量。
(4)、数据采集。利用矿用NBIoT网络,实现水文、瓦斯等采集信息的无线回传,减少传输施工和维护难度。
由于煤炭行业安全生产对环境的严苛要求,项目组主要集中力量围绕以下三个方面开展课题攻坚工作:
1、定制矿用5G基站,针对井下煤矿防爆的要求,联合行业合作伙伴,打造全球首个5G矿用基站。
5G+智能矿山价值
首个5G煤矿落地,坚定了5G加速能源综改的决心,增强了企业应用5G的信心,凝聚了行业5G创新的恒心。作为“新动能推动中国经济新发展”的典型案例,改变了社会对煤矿员工传统工作环境的印象,煤矿工人可以在舒适的地面操作中心远程采煤,实现从黑领到白领的转变。
展望未来,以5G为基础的一张基础网络,结合云计算、AI和行业应用的综合优势,多方还将持续在无人驾驶、AR运维、精准定位等方面持续探索,从井下的煤炭生产逐步扩展至地面的洗煤,选煤,煤炭运输等领域,最终实现构建5G+智能矿井的标准体系,进一步推动煤矿产业的智能化发展。
四、5G+AI技术的质检车间2020年,是5G规模建设的一年。江苏移动从本省实际出发,在工业制造领域积极探索“5G+工业互联网应用”。江苏省有发达的制造业产业集群,但也存在生产效率难提升,数字化水平不足,生产安全难保障等痛点。江苏移动以5G网络为基石,工业智能应用为切入点,已拓展了200多个5G垂直行业项目,其中与72个行业客户联合开展了“5G+工业互联网”的探索。中国移动通信江苏有限公司常州分公司(以下简称“常州移动”)联合常州微亿智造科技有限公司(以下简称“微亿智造”)和中兴通讯,打造5G+AI质检示范车间端到端方案,成功在江苏精研科技有限公司落地。
1、行业挑战江苏精研科技有限公司,是一家专业的金属粉末注射成型(MIM)产品生产商和解决方案提供商,是国内MIM行业内首家上市公司,主营业务为消费电子领域和汽车领域提供高复杂度、高精度、高强度的定制化MIM核心零部件,为该细分行业排名第一的企业。公司重视产品技术研发,副总裁邬均文先生参与完成的“高性能特种粉体材料近终形制造技术及应用”项目荣获2019年度国家技术发明二等奖。公司产品现已最终应用于微软、Fitbit、三星、VIVO、OPPO、联想和本田等国内外知名消费电子和汽车品牌。
在精研科技实际生产环节中,3C产品零部件质检部分的工作需要投入大量的人力,客户对品质要求严格,每个零部件需要人工借助工业电子显微镜,耗费30秒至1分钟才能完成质检,为此精研在质检车间投入近3000名工人,占全厂总人数二分之一,每月支出的人工成本超过2500万元。而对于整个制造企业而言,工业质检领域一直面临人工检测质量不稳定、招工难、留人难、培训难、成本高等难以解决的痛点。尤其在2020年新冠疫情的形势下,招工尤为困难,另一方面企业面临着苹果等品牌天量订单交付的压力,如果不能按时交付,将会面临巨额的赔款。
为此,常州移动、微亿智造和中兴通讯等单位进行联合创新,立项开发“5G+AI缺陷检测”解决方案。本项目依托微亿智造在国内AI缺陷检测领域领先的技术优势,联合常州移动和中兴通讯在精研科技质检车间部署5G+MEC专用网络,共同开发5G+AI质检机产品、打造5G+工业大数据云平台,形成端到端解决方案,服务于制造企业质检,不断提升工作效率。
2、解决方案和价值质检机回传多张高清照片到AI算力平台,根据照片数量不同,需要网络提供的上行网络速率在150~300Mbps,传统基于2.6GHz的4G移动网络,由于上行时隙配比较小,不能满足质检机需求。中兴通讯根据实际业务需求,设计了5G+MEC专网方案。中国移动拥有4.9G100MHz频谱资源,适用于专网部署。另一方面,行业专网通常对上行速率要求远高于下行速率,通用的2.5ms双周期帧结构,上行时隙占比低,不能很好满足需求。针对这种超大上行的应用场景,中兴通讯研发实现了2.5ms单周期,3U1D的时隙配比的4.9G基站版本,大大增强了上行传输速率,单用户峰值速率达700Mbps,满足质检机的上行速率需求。
一期项目成效:智能化升级价值初现,前景广阔。5G+AI质检系统一期项目落地运行后,商业价值逐步显现。第一,质检工作效率有了近30倍提升,单台质检机可以取代30个工人,可以节约大量的质检人工支出,同时也能解决招工难,人工质检不稳定的难题。整套系统的投资当年就可以收回成本,之后将持续创造价值。
精研科技质检车间项目抓住了金属粉末注射成型(MIM)行业质检流程中用工难,招工难的痛点,深度融合5G+AI新技术,将5G的大带宽、低时延的特性充分发挥,实现了AI质检机算力上云,大大节省了单机成本,为工业互联网给予了有力赋能。同时5G+AI的质检车间为企业节省了大量的用工支出,良好的投入产出比使得企业有意愿跟合作伙伴签订合同,最终实现多方共赢。一期项目总共投产22台质检机,累计可替换工人600个左右,当年即可回收投资。
此外,常州市钟楼区政府与江苏移动、微亿智造共同搭建5G+工业大数据云平台,平台主要由“制造执行大脑”、“弹性算力平台”两部分构成。计划在未来几年,为更多的生产制造企业会提供“弹性算力”的能力。企业无需购买任何设备,无需支付后续的维护升级费用,算力按需使用,费用按需支付,使得更多的中小企业也能用得起。同时结合中兴通讯提供的5G技术,为生产企业提供更快捷方便的弹性算力输出,降低生产企业使用人工智能及大数据技术的成本,加快企业的数字化转型,实现产业升级。
五、5G+智能制造5G+智能制造项目主要在美的集团微清事业部展开。广东美的厨房电器制造有限公司(微清事业部)位于马龙的生产基地,规划总占地面积50万平方米,建筑面积42万平方米,员工数量超过9000人,主要生产微波炉、大烤箱、小烤箱、蒸汽炉等产品群,现有总装线59条,年产能超过4000万台,2019年实现营业收入129亿元。
项目主要面向美的微清事业部在柔性生产中面临的产线升级改造问题进行服务,整个项目共分为三个阶段建设实施:
美的集团5G项目三个阶段
1、行业挑战企业柔性制造需求较大,产线调整频繁,设备技改及生产能力提升过程中会频繁发生产线、设备、物流布局的变动,网络部署也要随之改动,涉及的网络变动建设费用投入超过600万/年。
采集密集的产线、设备机台区,WiFi网络易掉线,跨AP切换掉线严重,业务系统采集、刷新速度慢,用户体验不好。
智能制造业务痛点
2、解决方案和价值2020年6月起,项目针对美的微清事业部生产园区内智慧仓管/物流、5G的云化PLC、园区安全监控、生产巡检机器人、5G机器视觉AI、5G产线设备AR辅助、扫码枪管理、生产MES看板、生产数据采集管理等业务场景进行深入研究,并根据场景需要进行5G网络覆盖,开展以上新应用场景的5G工业运用。
智慧仓管/物流。美的成品仓货架共有五层,需高位叉车用于货品的上架、下架,现有20多台高位叉车。因货物运输频繁,每台高位叉车需与WMS(仓储管理系统)进行信息交互。叉车上配置定制化PC终端,通过5G网络实现叉车作业系统与WMS通信,实现物流调度信息的实时同步。
仓库内AGV路径
基于5G的云化PLC。当前PLC现状“一高两难“:布线成本高,运维困难,工业控制协同难。以码垛机为例一层楼只有2个码垛机线,一出问题,导致整个生产停下来;5个大机柜,工控PC机4台,连线复杂,成本高,散热困难,不敢关门;PLC-SCADA-MES多级架构交互复杂,编程和调试都困难,容易出问题。
现在通过云化PLC,实现“无线自动化产线”,解决“一高两难”。无线化产线:布线简单,成本低,占用空间小;产线调整快:根据业务需求,快速调整产线布局;业务协同简单:云端统一PLC编程,效率高,数字化。
5G+园区安全监控
5G生产巡检机器人。美的微清制造园区占地50万平米,厂区每次巡逻需30分钟,夜晚或节假日期间,保安人员收到警报后需在最短时间内赶到现场确认警报真实性。工作量大;制造车间的生产设备和物流设备众多,需要定期安排巡检人员到各个制造车间现场巡检和维护,确保生产线和物流线的各类问题及时解决,潜在运行故障风险及时排除;另外,家电制造车间面临噪音大、异味、高温、空间狭小、设备多而复杂,视觉环境差、作业面积广等问题。
通过集成5G的巡检机器人实现了移动部署,利用巡检机器人代替工人对产线运行情况进行巡检,节省人力,同时可以保证7*24小时全天候巡检,提升车间故障解决效率,避免恶劣生产事故发生。
MEC处理能力要求:假设AI图像推理计算时间为0.1s,MEC上GPU算力需求要相应匹配;可靠性要求高。
5G+机器视觉AI
基于5G的AR辅助点检。美的集团微清事业部生产设备需定期点检,确保隐患和缺陷能够得到早期发现、早期预防、早期处理。
点检工作覆盖各个车间,每天例行进行两次。点检项目多(如钣金车间,设备80多台,每台设备点检项10多个,共有800多个点检项目),细节多,容易错检、漏检;
点检且存在环境恶劣、安全风险高、易疲劳问题,容易出现点检员疏忽或者随意应付的情况;
点检过程和结果基于传统工单,无流程记录,难以取证。
基于5G的AR机器维修辅助。磁控管是微波炉的核心器件,磁控管厂的生产制造大量依赖于自动化设备。自动化设备故障率高(各类设备一天内故障的总数为40次),在晚上或周末时间,由于值班工程师数量有限,且同时负责其他工作内容,产线工人缺乏快速有效的指导对故障进行快速恢复,导致停线,影响生产效率。
现场问题/故障处理成本高时效性差:专家资源有限,无法快速满足现场支撑需求,且相应及时性差,现场人员无法及时准确获取被巡检设备的实时状态,同时专家到现场的差旅成本高,占用专家资源时间长。
5GAR远程维护指导应用场景主要是产线工人佩戴AR眼镜,将现场情况和设备情况第一视角传到不在现场的工程师,工程师实时看到现场画面,可通过实时标注方式,协助指导问题快速解决。相关数据实时上传记录,工程师可实现1对多的支持。
六、5G智慧工厂华菱湘钢始建于1958年,产品涵盖宽厚板、线材和棒材三大类400多个品种,具备年产钢1400万吨的综合生产能力。目前已经发展成为了湖南单体规模最大的国有企业,也是全球最大的宽厚板制造基地。
华菱湘钢拥有钢铁全流程的先进技术装备和生产工艺,但在效率提升和降低能耗方面都遇到了瓶颈,同时钢铁厂的高温高危环境也让年轻人不愿意进入钢铁厂工作。为进一步提升生产力、降低能耗、改善工作环境,并提高员工的工作幸福感和获得感,华菱湘钢下定决心要充分利用5G、AI、大数据、云计算等ICT技术进行全流程、全业务的数字化升级,打造钢铁行业的智能工业互联网平台。
一方面推动华菱湘钢的高质量发展,另一方面也推动钢铁行业向智慧钢铁、绿色钢铁方向发展。
2019年9月,湘钢、湖南移动、华为公司“拥抱5G时代,共建智慧工厂”合作协议签约仪式在湘钢举行。湖南移动为湘钢实施“三大基础工程”,建设“三大智慧平台”,打造跨界合作智慧工厂标杆案例。2020年6月,湘钢、湖南移动、华为公司三方在五米板厂二期项目中继续探索5G应用,充分证明了行业客户对5G在钢铁行业发挥的现实作用的认可,以及未来持续提升行业效能创造价值的信心。
1、行业挑战一线操作自动化/无人化:钢铁生产流程中有很多岗位,环境恶劣、强度大、高温危险。对于这些操作岗位,实现机器替人,或者无人化,对于安全、人文关怀等方面都是有益的。
连接未连接:冶金核心设备对于生产的安全性和稳定性极为关键,常规采用的定修点检制,既降低了生产效率又增加了检修人员的工作强度。受限于传统安装条件和带宽所限,一些震动、旋转设备上并没有安装传感器,或者传感器信息量较少。若在核心设备都装上传感器,多设备的实时工作状态、参数都上平台进行集中监控,点检员可以通过手机等设备时时检查,及时准确了解设备的工作状态。
网络连接是工厂数字化、智慧化的前提:连接由有线为主向无线为主过渡,由多种接入方式整合为以5G+光纤共存的模式为主,共同打造低时延、高可靠的基础网络。连接是实现全要素各环节深度互联的前提。
2、解决方案和价值5G+智慧天车。天车集装卸、搬运、运输功能于一身,是钢铁生产最主要的设备之一,也是决定钢厂高效运转的关键因素。天车经常运行在厂房内的高空,过去需靠人工在天车操作室里操作,不但效率低,且工作环境恶劣、危险。为了提高效率,消除作业风险,发展无人化天车系统已是必然趋势。
5G+多元工业数据采集。为了满足钢厂业务长期、稳定、可靠的运行,需要在钢厂各关键设备布放多种类型的传感器,实时监控震动、温度、湿度、气液体流量等关键信息,从而能够及时发现并且解决问题。不同的传感器采用不同的工业协议,网络传输方式和架构也不一致,很难对采集的数据进行统一的管理。
为此,采用5G数采方案,能够通过统一的边缘计算网关,基于丰富的工业接口,实现工业场景下多类型传感器数据的采集和协议转换,一站式解决企业IoT设备接入问题。利用5G低时延无线传输(
5G+多元工业数据采集
5G+AI机器视觉。随着工艺发展以及人对质量诉求越来越高,钢材表面质量检测已经变成必备工作。例如汽车面板的的表面缺陷不能大于2处,家电钢板更要求表面“0”缺陷。
现阶段工业品的质量检测基于传统人工检测手段,稍微先进一点的检测方法是将待检测产品与预定缺陷类型库进行比较,上述方法的检测精度和检测效率均无法满足现阶段高质量生产的要求,缺乏一定的学习能力和检测弹性,导致检测精度和效率较低。而且由于计算能力较弱,4G的时延过高、带宽较低,数据无法系统联动,处理都在线下进行,耗费极大的人力成本。
基于5G的大带宽低时延,通过5G+AI+机器视觉能够观测微米级的目标,获得的信息量是全面且可追溯的,从而大幅提升产品质检的效率和准确率。
七、基于5G独立核心网宝钢湛江钢铁有限公司是“宝山钢铁股份有限公司”四大基地之一,位于广东省湛江市东海岛,厂区占地面积12.58km。湛江钢铁全面贯彻习近平新时代中国特色社会主义思想和党的十九大精神,响应国家供给侧结构性改革要求,实施创新驱动发展战略,推进智慧制造和清洁生产,努力成为钢铁业高质量发展的示范基地。
我国钢铁行业面临着“去产能、提质量、优结构”的转型目标,通过智能制造,实现由钢铁大国迈向钢铁强国的转型是发展主流趋势。广东联通结合湛江钢铁的智慧制造整体规划和生产管理具体需求,联合5G行业生态为其度身定制了全球首个以5GC独立核心网构建的工业专网,通过独立下沉的核心专网,实现园区内生产数据与个人数据的物理隔离,并在高质量专网基础上,验证孵化5G工业终端,持续研发5G工业生产应用创新。该案例在国内首创了配置企业级专网自服务自运营平台,进一步释放专网的自服务,自配置,自管控,自规划等运营能力,实现用户对专网的全方位管理。通过5G网络,助力湛江钢铁打造成世界一流智慧钢厂。
1、行业挑战钢铁生产是一个将资源,空间,时间,温度约束融为一体的动态复杂生产系统,在这种复杂的生产过程中,伴随着高温,高压,高粉尘,易燃易爆等综合高危场景。这对生产网络的规划和建设提出挑战:
1.网络安全稳定要求高:钢铁行业标准要求高,安全指标苛刻,对5G网路的可靠性和稳定性提出严苛要求,在钢铁行业全面快速推广有较大难度。
2.工业级5G终端发展慢:钢铁行业作业地区多数都有高危、高温、高粉尘、易爆的环境特性,因此传统的5G终端无法稳定持续地保持工作续航,稳定可靠的5G工业终端。
3.5G行业应用孵化周期长:基于钢铁流程生产的连续特殊性,对5G应用在真实生产场景下孵化实践处于谨慎的状态,每一个应用都需要较长时间的验证才可以进行测试上线,应用孵化时间长,不利于5G应用在行业上的快速推广。
2、解决方案和价值根据湛江钢铁智慧制造业务场景及厂区员工的需求,广东联通为湛江钢铁制定了5G工业专网的方案,方案有如下两种可选方案:
(1)、下沉MEC,共用运营商公网核心网。此方案网络的主要架构是核心网与运营商大网共享,MEC下沉到工业园区。员工用户和工业用户都使用联通配置的公网卡(配置PLMN1),用户鉴权都由运营商公网核心网进行,都具备公网数据、语音、短信能力;
工业用户数据业务直接通过园区的MEC分流到企业内网服务器,确保数据不出园区。
下沉MEC
(2)、园区独立5G核心网,与大网隔离。此方案网络的主要架构是园区建立独立专网核心网与运营商公网完全隔离。用户终端要接入通信网络进行业务需要先完成用户鉴权,用户鉴权由终端读取SIM卡中的参数(PLMN、IMSI、秘钥等)并与对应的核心网互相鉴权。所以两个隔离的核心网必须使用对应的用户卡才能接入网络,使用服务。
员工用户使用联通配置的公网卡(配置PLMN1),用户鉴权由运营商公网核心网完成;正常使用公网数据、语音和短信业务。
工业用户都使用宝钢专网配置的专网卡(配置PLMN2),用户鉴权直接由宝钢专网核心网完成;具备数据业务能力,数据流直接通过宝钢专网与企业内网服务器对接,数据不出园区。
独立5G核心网
通过5G工业专网的搭建,湛江钢铁实现了与大网物理隔离,确保了生产数据的安全,同时在国内首创了配置企业级专网自服务自运营平台,进一步释放专网的自服务,自配置,自管控,自规划等运营能力,实现用户对专网的全方位管理。
基于成熟的网络和与合作伙伴共同研发工业级5G终端,广东联通与湛江钢铁共同探索5G在钢铁行业应用,目前已经规划应用场景约51个。其中大型鼓风机在线监测,一级高危检修监测、5G+AR智能巡检等共5个工业应用已规模上线。
5G大型鼓风机在线监测。大型鼓风机作为钢厂作业中重要的设备,其安全稳定运行对炼钢流程有重要作用。风机的运作产生巨大的数据,过去传统4G无法做到实时数据传输及在线监测,只能依靠人工每天定时巡检,由于巡检质量的不可控,发生故障的时候排障效率较低。现在,利用5G大连接特性实现全厂鼓风机在线检测诊断。
5G价值:提升故障预警率达90%,提升运维时效达50%;
5G一级高危施工实时监测。大型钢铁厂区有大量的日常户外作业和巡检维修,大部分作业为移动性作业,且作业环境大多为高温,高危,高空等,施工人员的作业安全为安全生产带来极大威胁。传统4G网络带宽不足以支撑高清实时监控,仅可以作为事故后原因回溯,项目通过针对全厂152个一级高危作业点,5G全程在线监控,可实现平台化实时监测,后续将进一步通过集成AI行为检测,当施工人员出现违规动作时,将会对后台与施工人员本身发出预警,有效降低安全事故的发生。
5G价值:将安全事故预警提升30%。
5G价值:大大降低现场检修人员的技术要求等级,优化人员生产力,实现园区设备智能巡检,排障成功率提升65%。
5G价值:提升了巡检效率,排障效率提升60%。
5G厂区环境粉尘实时监控。厂区炼铁厂烧铁区因生产需要,会排出大量的粉尘,对厂区环境造成一定的影响,针对这一问题,湛江钢铁在烧铁区搭建粉尘检测仪,通过5G网络对环境进行实时监测。5G价值:有效实时控制厂区环境粉尘含量,助力实现绿色生产的严格要求。
八、5G+智慧油田2019年全国原油产量同比增长0.8%,近4年来首次实现正增长,营业收入增速1.3%是4年来新低。世界原油价格持续低迷,推行降本增效是各石油公司面对油价下跌的一致选择。当前来看,油气行业面临着以下挑战:
5G+智慧油田行业挑战
胜利油田孤东采油厂前期采用无线网桥、光纤和4G三种网络,长期使用过程中遇到多种问题,如光纤部署不方便、4G传输带宽较小(重点体现在上行速率不够)、无线网桥无线频谱非标、产业链不丰富、综合维护成本高等,通过5G专网改造,解决了客户多年来遇到的网络维护及成本问题。利用5G将远程启停井技术运用至低产低效井间开管理上,在选取的26口不同油藏特征的油井中创效16口,平均提液日单耗下降2.23kwh/m3,累计节约电费15.4万元。
5G专网整体解决方案
胜利油田孤东采油厂通过“5G+MEC专网”解决方案,解决了无线网桥、光纤、4G在油井监控画面及生产作业数据回传方面存在的多种问题,E2E保障带宽、时延、可靠性,以及业务快速上线,达成预期目标。
九、5G智慧化工园区2020年3月,东营港经济开发区召集山东移动、华为、北京大恒等供应商与区域内应急、环保、消防、安监等部门和部分重点企业,就实现“以现代信息技术为支撑的智慧化工园区建设有效提升化工园区管控水平,为园区安全运行提供有力保障”展开讨论,将5G、云、AI等信息技术与各类园区内应用场景相结合,联合确定了5G+智慧园区解决方案,聚焦5G专网、使能平台、应用三大部分:
5G专网方面,山东移动东营分公司联合华为在开发区建设5G站点30多个,目前已实现重点区域的5G网络连续覆盖,另外结合开发区对数据安全、业务处理时延的需求,在园区内部署边缘计算(MEC)设备,实现数据就近处理、不出园区。
应用方面,涵盖了化工园区智慧化管理中涉及5G+应急指挥、5G+智慧环保、5G+智慧安监等多类典型应用场景。
本项目为业界首次将5G、AI、边缘计算、大数据、物联网等信息技术在化工园区智慧化升级中的综合运用,该项目已入选中国移动集团5G+龙头示范项目、应急管理部5G+安全生产试点示范项目。
1、行业挑战中国是全球化工产业第一大国,山东是国内化工产业第一大省,全省各地市拥有大量化工企业。针对企业安全生产这个最大的痛点问题,山东省正在全力推进化工企业“退城入园”行动,要求各类化工企业尽快完成向全省85个重点化工园区的搬迁,同时全省还有120多个重点监控企业,急需提升园区的信息化、智慧化水平,将园区打造成为化工项目承接的主要载体和新旧动能转换的主战场,进一步提高产业发展集中度和主体安全水平。
除了通信技术需要升级换代之外,当前行业还长期存在重要痛点,即后端的数据处理主要依赖于人,缺乏AI等新一代信息技术赋能。园区希望充分利用5G技术的综合优势,探索实现百万级传感器的信号采集,并应用大数据和人工智能技术进行分析预判,全面提升园区的安全与管理效率。
2、解决方案和价值同时结合三维地理信息GIS平台,在地图上更加直观的展示各业务模块的预警报警,及时有效的发现问题并进行有效的处置,通过可视化监控中心,对数据进行分析和发展趋势预测,为政府领导及园区管理者提供可靠的数据参考和辅助决策支撑。
营港应急指挥中心实景
5G+智慧环保:
1、5G+可移动环境监测。5G+智慧可移动监测系统,可根据需要,将传感器放置到需要监管的场地中,不再受固定传感器对于监测地点的限制,保证在高效、准确的前提下,对不同的施工环境进行实时监测,并且对当前环境安全、施工安全、环境影响做出评估。
3、5G+治污设施用电监测。通过对治污设备的用电情况进行监测,获取治污设备实时负荷,和额定功耗进行对比,可得知设备当前运转情况,进而可得知企业是否按照规定进行减排、减产等,主动精准识别超标排污、治污不利、限产不达标企业。
5G+智慧安监:
1、5G+重大危险源监测。通过5G+重大危险源检测系统,实现数据定时自动读取、自动上传、自动比对,异常数据自动报警,在解决人工抄表费时费力的同时,也避免了因仪表安装位置不合适无法现场抄表或人员现场抄表危险的问题。
2、5G+管廊监测。通过全光纤管廊监控,实现管道全线振动、温度变化情况的实时监测、报警、定位。监控主设备,通过5G无线路由与监控中心连接,将线路的实时情况在系统中显示出来。
智慧安监(PX项目):
2、5G+电子封闭与智慧工地。可移动布放5G+可移动电子封闭与智慧工地应用模块,实现对工地现场危险信息的可移动监控,自动识别施工工地的周界闯入、高危区域闯入等非法行为,及时、实时上报预警,现场触发声光报警器进行报警提醒现场人员,排除不安全因素,避免由于人员管理缺位而造成的人员伤亡。
5G+智慧化工园区将5G技术与人工智能技术深度融合,为化工园区的安全环保和节能增效带来重要意义。5G可支持化工园区全面覆盖和信息的实时采集,人工智能实现了风险的智慧化分析与预警,从而为真正实现化工园区的“深度覆盖,实时监测,有效管控”提供了技术基础。
人工智能和大数据在化工园区的意义与价值:人工智能和大数据的引入,可以根据化工园区操作规范对关键场景如重大危险源、监控室、危险装置,实现人工智能分析,对违规行为进行实时监测并报警,从而整体促进园区和企业规范化操作,从本质上提升安全水平。人工智能的引入,还可以大幅度降低人力成本,提升效率和质量。目前需要大量人为参与的操作场景,如管廊巡检、危险源巡检,以及各种数据采集、报表整理等,可以由5G+人工智能替代,实现数字化智慧化转型,每个园区每年可以节省服务运维费用数百万。
十、5G智慧港口宁波作为国际港口名城,素有“港通天下”之美誉,历史悠久、全球最大的港口宁波舟山港就位于此。港口作为经济的晴雨表,是现代经济的血液,在促进国际贸易和地区发展中举足轻重,全球贸易中约90%的贸易由海运业承载,港口是其中重要的一环。
在中国,宁波舟山港是国家的主枢纽港之一,货物吞吐量连续十一年位居世界第一,集装箱吞吐量位居全球第三,是我国大陆重要的集装箱远洋干线港、国内最大的铁矿石中转基地和原油转运基地。随着我国5G时代和“新基建”大潮的来临,宁波舟山港的发展也掀开了新篇章。2020年5月15日,浙江省海港集团、中国移动浙江公司、上海振华重工以及华为技术有限公司四方,共同签署了《宁波5G+智慧港口》战略合作协议,以打造全球5G智慧港口常态化投产样板点,建设世界一流强港。
1、行业挑战经过多年发展,宁波舟山港面临降本增效的巨大压力,希望利用5G、AI、云等数字化技术,打造“绿色、环保、高效”智慧港口,实现自身运营的快速转型。经过多年发展,宁波舟山港面临降本增效的巨大压力,希望利用5G、AI、云等数字化技术,打造“绿色、环保、高效”智慧港口,实现自身运营的快速转型。
值得一提的是,港口对效率提升的诉求最为旺盛。港口作业以效率为王,大型船舶每天租金高达数十万美元,多等待或多作业一小时,即浪费上万美元,真可谓时间就是金钱。所以,对于宁波舟山港这样的重要港口来说,在追求全年全天候不间断作业的基础上,提升作业流程自动化水平和作业效率一直是最大的诉求。
5G智慧港口业务,几乎包括了港口主要的核心作业流程,以港口卸货为例,包含了5G智能理货、5G无人集卡自动物流以及5G轮胎吊远程操控这三大应用。
其识别准确率达到95%以上,而且识别速度很快,一秒内就能完成一辆集卡相关数据和状态的识别,不会影响集装箱装卸进度。5G让智能理货实现了3个改善:环境改善:由恶劣码头现场到舒适办公室远程。效率提升:工作效率由“一人一路岸桥”提升为“一人多路岸桥”。识别率提升:高清图像结合基于AI的机器视觉,能对破损箱号也实现95%以上的识别率。
2、5G无人集卡自动物流,全程自动物流如老司机,提升运输效率和安全。在5G智慧港口,偌大的一个集装箱港口,来往穿梭的卡车,不需司机驾驶,全是无人驾驶,这就是现代化港口的5G无人集卡自动物流的愿景。5G无人集卡有着超级“5G+AI大脑”,待岸桥把集装箱放置好在车上并确定货车正确,无人集卡自动启动,无人操控的方向盘便自动转动起来,如“老司机”一般识别周围的集装箱物体、机械设备、灯塔等,可以自主做出减速、刹车、转弯、绕行、停车等突发状况的各种决策,提供最优运行路线精准驶入轮胎吊作业指定位置,从而实现满足港口封闭区域内水平运输的需求。
5G无人内集卡实现的2大改善:1)有效替代人力,降低成本:以梅山港为例,200多台内集卡三班倒的司机约有800人,比梅山港正式员工还多300人,每个司机人力成本按12万元/年,一年司机成本就要1亿元;2)解决司机短缺、疲劳驾驶问题,提升运营效率,降低安全风险,实现港口由劳动密集型产业向自动化、智能化、无人化的全面升级转型。
如今,宁波舟山港经过长达1年多的低时延可靠性测试、长时间耐久测试、多台轮胎吊并发测试等一系列的生产验证,完成了全球首个5G轮胎吊远程操控规模商用验证,并作为首个港口进入常态化投产阶段。
宁波舟山港的5G智慧港口商用落地,真实做到降本增效的巨大效果,体现了5G赋能千行百业的巨大价值。5G正在新基建大背景下快速改变社会,5G未来还将应用在更多港口,在更多行业中发挥其重要的价值,我们呼吁业界紧密合作,使用先进的5GSUL上行增强等创新技术,加速全球5G智慧港口产业的规模商用。
过去的两年多,宁波舟山港的5G智慧港口发展一直表现的走得早、走得快、走得坚决,必将走得更远。
在“走得快”方面,如今宁波舟山港5G网络覆盖完善,从5G示范案例快速走到真实部署使用,切实起到提升港口效率、降低通信系统运维成本的效果。
5G技术在宁波舟山港的应用实现了业界三项首创:一是业界首个完成5G轮胎吊远程操控验证并常态化投产,已完成6台基于5G技术的轮胎吊改造和验证,验证了5G可同时满足多台轮胎吊远程操控所要求的大上行带宽和稳定的低时延。
二是业界首个5G网络切片应用港口,保障港口重要业务SLA。部署了5GRAN、承载网、核心网、工业级CPE、CSMF(通信服务管理功能)、NSMF(网络切片管理功能)等端到端网络切片,打造首个5G商城,使能5G智慧港口。
实测表明,该上行增强创新方案通过灵活使用2.6GHz和1.8GHz频谱资源,单用户上行峰值可达310Mbps以上。在网络覆盖范围内,上行速率整体提升30%~100%,能够支持9台轮胎吊,完全满足当前港口业务需求。尤其在小区边缘,上行速率提升了1~3倍,大幅提升小区边缘上行性能。
在“5G应用走的远”方面。今年新基建的政策中已经将5G技术列为重要方向。而5G智慧港口又是“新基建”重点推动的七大行业工程应用之一。政策东风带来的红利,已经来到宁波舟山港。宁波舟山港的5G智慧港口商用落地,真实做到降本增效的巨大效果,体现了5G赋能千行百业的巨大价值。5G正在新基建大背景下快速改变社会,5G未来还将应用在更多港口,在更多行业中发挥其重要的价值,我们呼吁业界紧密合作,使用先进的5GSUL上行增强等创新技术,加速全球5G智慧港口产业的规模商用。
十一、5G全连接柔性生产线贵州轮胎股份有限公司是国内领先的工程机械轮胎企业,是中国工程机械轮胎生产出口基地之一,50%以上产品出口海外,1996年在A股上市,简称”黔轮胎“。2020年8月,以贵州轮胎创新产线为载体、中国联通提供云网边端全流程解决方案,华为提供5G网络技术,联合相关工业设备商共同打造贵州轮胎“5G全连接柔性生产线”项目,以5G专网传输技术为核心,采用5G专网技术支撑一条完整生产线,实现全工序、全场景的无线工业互联及车间生产调度,将生产每道工序生产数据化,实现数字化工厂生产“人、机、料、法、环、测”要素全面互联管控。
1、行业挑战贵州轮胎生产园区是大型生产园区,单体车间面积为10万平米,主要生产大型工程轮胎。随着产品迭代加快和产品品类的多样化,现有产线需要生产的品类越来越多,品质要求也越来越高,需要产线具备较强的柔性生产能力。企业为实现柔性制造、精益生产过程中,面临网络改造和生产线柔性编排两大挑战。
挑战一:现场网络条件复杂。多网并存:厂区现有网络采用以太网、WiFi、ZigBee等众多信息网络传输方式,多网并存,适配转换困难,规、建、维、优成本高。以太网扩展性差:现有网络以传统的有线以太网为基础、维护和改造成本高,周期长;WiFi网络性能不足:因为车间内存在复杂的钢架结构,抗干扰能力差、终端漫游困难;传输网络安全性弱:WiFi存在较大的安全漏洞,对于生产制造存在安全生产隐患。
系统扩展能力弱:随着产品不断迭代升级,产线也要同步扩展改造,现有的以太网、WiFi、工控机、PLC、单片机等孤立的子系统,都不支持弹性扩展能力。综上,贵州轮胎要建设面向未来的柔性产线,首先需要建设一张高性能、可扩展、可维护的融合网络及算力平台。采用5G专网+现场级MEC融合解决方案,提供打破信息孤岛的,支持多接入方式和大规模设备连接的高稳定高可靠高安全性的局域无线网,实现云网边端协同,与企业柔性生产、精益生产需求非常吻合。
5G专网替代传统WiFi:轮胎全线制造流程中AGV以往采用WiFi方式,由于企业每单个厂区的生产区面积非常大超过10万平方米,WiFi网络存在局部覆盖弱、网络不稳定、安全性差、运维困难,拓展能力弱等诸多弊端,致无线传输基础网络不稳定,生产线隐患大、效率低。
5G专网替代传统WiFi
为了保障园区内数据分离,数据自主可控管理的同时保障网络可拓展性与兼容性,采用5G+MEC混合专网的方式替换WiFi组建轮胎厂无线传输网络系统。5G混合专网是以5G数据分流技术为基础,通过无线和控制网元的灵活定制,构建一张增强带宽、低时延、数据不出园的基础连接网络。用户面网元UPF/MEC私有化部署,无线基站根据客户需求灵活部署,为AGV、RFID系统提供部分物理独享的5G专用网络切片,不仅能够满足AGV低延时无缝衔接的同时保障生产制造流程环节不受公众网络系统影响,进一步提高少人化产线生产制造安全。
稳定的无线传输神经网络系统是构建智能化工厂的基座,提升系统与系统间数据传输分析一致性,低延时能够让系统与系统间无缝协同工作,广联接为工厂持续不断接入设备提供冗余,网络接口一致性为系统柔性拓展升级奠定基础,降低升级拓展成本。
5G多系统融合柔性协同:根据轮胎厂实际生产流程情况,对RFID系统与AGV系统进行5G无线化升级,通过一张网数据高效交互融合,提升工厂协同生产。
5G多系统融合柔性协同
RFID系统共计50套,贯穿于轮胎整条生产线,部署于各个生产流程,RFID系统能够实时、追溯产品在各个流程环节生产进度与情况,通过MES/MOM系统进而调度管理AGV以及其他生产产线。
AGV系统在轮胎整条生产线共90台,覆盖炼胶车间、部品车间、成型车间和模具库等,是产品生产流转的执行者。由于覆盖几乎所有生产环节,所以厂区内存在多种类型AGV,执行协同需要稳定可靠的传输体系与感知体系作为保障。
5G设备融合突破协议界限。贵州轮胎所采用的AGV为国外品牌,受限于AGV系统传输协议无法识别的问题,若采用传统传输方式,系统拓展升级的难度非常大。通过基于Linux开源系统的5G工业网关连接AGV信息传输接口,对AGV原始运行数据进行采集,经二次编码后,通过5G基站、5G工业网关以及专网系统组成的无线+专网传输链路,实现低延时、大带宽、高稳定的数据传输。在运行数据的传输机制上,采用“1*N”方式,即1条信令,多帧冗余传输,以此作为提升系统稳定性的保障措施之一。
冗余信令经平台前置解析处理后一同传入AGV原生调度系统,用以支撑车间AGV的指挥调度。系统运行原生数据的直接传输,解决了协议格式无法识别而导致的数据无法采集或传输不全面,无法支撑调度系统正常调度作业的问题;同时同信令冗余传输及冗余判定的机制也提升了系统运行的可靠性。在5G专网强大的数据传输能力的加持下,采用该方法,能够保障AGV小车与调度系统之间的信息传输时延在20ms左右,完全满足业务使用需求,完美解决工业场景中底层数据传输协议的适配难题,大大提升设备5G改造的兼容能力,打破传统生产设备升级壁垒,为5G应用提供低成本、易部署的方案之一。
贵州轮胎5G全连接柔性生产线的应用,不仅提升产线生产效率,提前预测设备运行工况,同时降低近三分之一运维成本,实现少人化产线敏捷柔性,缩短产线调整周期满足多种类轮胎柔性生产。预计协助轮胎厂实现12000万元销售收入,新增轮胎产能约12万条。目前该方案已复制贵州凯星液力传动机械有限公司5G+MA系列液力变速器装配线等项目进行推广应用。
5G设备融合
经验总结与后续计划:5G全连接柔性工厂核心是实现生产制造自动化、数字化、模型化、决策科学化、可视化和集成化。结合覆盖全厂的生产管理系统,使得企业能够对整个生产工艺做出实时的监测与规划。生产的数字化,企业借助全厂的互联网平台实现机器、人员的互联,实现生产数据与人员的无缝对接,生产管理人员借助系统采集数据,进行现场的全感知和强管控。通过打造5G专网实现全连接柔性工厂能够将生产设备无缝连接,并进一步与设计、采购、仓储、物流等环节打通,将使生产更加扁平化、定制化、智能化,从而构造一个面向未来的智能制造网络。
2021年,贵州轮胎、中国联通、华为将继续进行5G创新合作应用,合作内容包括:与AGV、RFID协同的工业视觉检测系统、无线设备运维平台等内容。不断深化产品标准化、模块化工作,将项目产品打造成稳定、可靠、规模化可快速复制的产品。
2021年下半年,规划基于贵州轮胎厂区需求打造智慧园区5G专网试点应用,包括人员管理、能耗管理、安消一体化等智能应用,旨将智慧园区管理与5G全连接柔性工厂有机结合起来,深入挖掘数据融合应用,为打造一体化全连接综合管理现代化工厂奠定基础。
2021年后续基于MEP边缘算力平台的应用试点,逐步替代现场的大量孤立的工控机、PLC、单片机系统,实现边缘算力柔性扩展。
十二、智能网联车路协同系统2018年,在厦门市交通管理部门的牵头下,中国信科集团旗下的大唐移动通信设备有限公司与厦门市交通运输局、厦门公交集团签署5G智能网联战略合作协议。基于全国领先的厦门市BRT道路资源,共同打造国内领先的5G智能网联车路协同系统,同年9月联合厦门公交集团、中国联通集团正式推动厦门5GBRT智能网联车路协同系统项目实施落地。该项目是国内首个面向5G的城市级智能网联应用。
截至2020年8月,项目已经完成了厦门市60公里BRT道路和5个红绿灯路口的智慧化改造以及50辆BRT公交车的智能网联改造。2020年8月,厦门公交集团组织专家组,通过外场实车考察和会议答辩的形式对整个项目进行了验收评审。验收的顺利通过也标志着该项目正式成为国内第一个经过成熟商业模式验证的智能网联车路协同项目。
BRT智能网联公交车
厦门5GBRT智能网联车路协同系统实现了车路、车车、车云通信,依靠路侧感知、协同感知等手段为BRT车辆驾驶员提供更丰富的辅助驾驶信息,一方面以主动安全的方式降低了BRT车辆发生追尾或在交叉路口发生碰撞的事故发生率,另一方面通过在5GMEC边缘计算平台上部署大数据、节能优化算法、高精度地图、智能路径规划等技术提高整个BRT系统的运行效率并提高能耗利用率,此外,通过5G与高精度定位技术的结合还实现了BRT公交入站时的安全精准停靠站等定制化应用。
通过将5G、C-V2X、MEC(Multi-accessedgecomputing)等先进网联技术与单车智能驾驶技术相融合,通过部署在BRT车辆上的5G车载融合网关构建了车内、车际、车云“三网融合”的车联网系统架构。
车内网:通过5G车载融合网关接入车辆内部总线网络,与车内传感设备相结合,为驾驶员和车辆的决策控制系统提供更丰富的辅助驾驶信息,同时通过网关内置的安全加密芯片保证车辆与外界通信的信息安全;
车际网:通过5G车载融合网关实现V2V、V2I通信,实现车辆与车辆、车辆与路侧基础设施(包括红绿灯信号机等)的信息交互和控制;
车云网:通过5G车载融合网关内置的Uu口通信模组实现车辆与边缘云、中心云的交互通道,将MEC边缘云平台部署在靠近用户侧,提供路径行驶规划、节能减排策略、区域高精地图下载等应用。
5G三网融合车路协同方案
二是实现绿波通行,路侧设备在接入路口信号机系统后可实时获取路口信号灯的灯态信息和时长信息发送给车辆,同时系统也可对前方路口的信号灯进行控制,从而保证BRT车辆在路口的优先通行,提高公交运输效率。经测算,平均可减少15%以上的线路通行时长。
实时车路协同业务
智能车速策略业务
安全精准停靠:厦门BRT公交站站台较高,驾驶员驾驶车辆入站时一旦停靠站台过远就极易发生行人下车踩空的事故。通过在MEC平台上部署高精度地图、融合感知算法、路径规划等策略,MEC将这些大数据量的信息实时下发给车端,车辆根据这些策略,进站时调整行驶轨迹,实现厘米级的精准停靠站台。为了保证项目中MEC平台获取的定位信息的精度,在BRT沿线还部署了一台高精度定位基站。经测算车辆入站时车门与站台间距可控制在10cm以下,保证乘客上下车辆的安全。
安全精准停靠业务
超视距防碰撞:在同一条车道同向行驶的两辆BRT公交车辆,车车之间实时交互通信,实现彼此的速度、位置、航向角等驾驶信息的共享。当存在前车慢速、紧急制动、停止或后车加速等情况下,且两车行驶间距小于定义安全行车距离,存在发生碰撞危险时,后车基于TTC碰撞时间,提前主动采取平缓刹车减速或刹车停止,同时车内显示装置伴有语音提示安全预警,保障车辆行驶安全。基于车车通信的防碰撞可以不受视距的影响,不受雨、雪、雾霾天气对能见度的影响,同时相较于依靠单车传感器实现的防碰撞,一方面大幅提高了感知距离,最远超过450米,另一方面也可降低单车实现防碰撞的成本。
在2020年完成了60公里的智慧化道路建设和50辆BRT公交车的智能网联升级改造后,项目从初期的实验验证阶段进入了整体运营阶段,由于在全国范围内都没有如此大规模的智慧公交的运营项目可供借鉴,因此本项目在开始全面运营后也面临了诸多挑战。
首先从单车运营的角度看,每一辆车在经过智能网联升级之后为驾驶员带来各种便利的同时也需要重塑驾驶员的驾驶行为和驾驶习惯,这方面目前已经制定了相关的培训课程并已经完成了150余位BRT公交驾驶员的培训。不但提高了驾驶员的整体业务水平,也为未来相关单位制定智能车辆驾驶员认证标准积累了丰富的经验。
5G智能网联车路协同系统支持技术上的分阶段实施与部署,同时支持前向兼容和后续演进,是一套成熟和稳定的系统,目前已经在全国多地进行示范建设,在厦门、杭州等地已经完成部署并上线运营,建设方案和运作方式可以快速在全国各地进行复制。不仅可以应用于BRT场景下,还可以部署于普通公交系统、出租车和网约车系统、客货运输系统,并逐步推广至私家车领域,成为智慧交通的必备支撑系统。综上,厦门5GBRT智能网联车路协同系统项目作为突破车路协同应用场景和商业模式的一次成功的尝试和示范,具有推动技术创新、产业创新、商业模式创新的积极意义,未来在构建智慧交通产业创新生态、培育车路协同产业集群等方面也将发挥更大的作用。
十三、基于5GMEC的分布式通用机器视觉平台本项目由中国电信和中兴通讯联合打造,深度结合了5GMEC及机器视觉优势,利用中国电信丰富的网络和计算资源及专业运维能力,叠加机器视觉算法,为工厂提供高效稳定的云化工业级机器视觉方案,助力行业升级。项目将工厂的机器视觉系统部署在中国电信自研的MEC平台上,基于5G无线和MEC边缘云计算能力,简化检测识别现场的工控机方案和现场设备,提供软/硬件加速,加快数据传输及视觉算法的优化,同时保障园区数据安全。
1、行业挑战随着计算技术、存储技术以及传感器技术的发展,机器视觉迅速发展为一门新兴的实用科学技术,它代替人眼对目标进行识别、跟踪、测量、检测,以及为一些特殊人群进行导航,取得了极好的效果。目前,在全球范围内,机器视觉已突破百亿美元产值。在国内,得益于政策、技术、市场需求等因素,机器视觉市场规模也在以每年超过20%的速度快速增长。
机器视觉应用于工厂,可有效帮助工厂提高生产、检测效率,加强对工厂人员、物料、环境及安全的管理。但是传统的机器视觉方案在工业视觉检测上存在明显短板,如:基于工位部署,采用有线组网方式,每个工位上除相机/光源外,还需要部署工控机,较难工程实现;工位间系统独立运行,图像数据难以聚合;工位算力有限,且无法云化共享;
方案强定制,算法难以自优化等等。5GMEC能够很好的解决以上难题。首先,基于5G无线部署,替换原来的有线网络,可极大简化现场设备和工控机方案,使机器视觉有更灵活的部署方式,且无需调整网络布线就能快速实现对已有产线的技术改造。其次,5GMEC网络具有大带宽、低时延、高算力优势,可以充分满足机器视觉检测场景对带宽、时延和算力的需求。项目基于5G和边缘云技术,将机器视觉的检测、识别任务部署在MEC平台上运行,为视觉检测、识别,提供更为强大的计算能力和存储能力,同时加快算法的迭代和优化,可有效提高工业生产/检测效率,推动工业生产智能化。
2、解决方案和价值分布式通用机器视觉平台设计方案
分布式通用机器视觉平台5GMEC组网模式
项目应用:项目通过聚合算法商店引入大量通用性实用算法,可快速集成匹配场景的机器视觉解决方案,满足一般聚类客户需求。目前,项目已在湖南、江苏等地的工厂完成落地,并逐步向其他企业推广。
(一)南京滨江工厂AAU(ActiveAntennaUnit)视觉检测解决方案。中兴通讯协同南京电信,通过5G网络切片、MEC技术为南京滨江工厂打造安全可靠的5G智能车间。通过5G+机器视觉赋能智能制造,实现AAU产品的螺钉及点胶质量的前端检测,可以同时检测204个对象,准确率达97%,极大提高了车间装配效率。
(二)中兴长沙工厂机器视觉质检解决方案。中兴通讯长沙智慧工厂协同湖南电信综合应用5G+MEC+高清工业相机,用于垫片、上盖、包装盒等产品外观检测。应用5GMEC机器视觉系统后单次检测时间在0.5秒左右,检测准确率达到了95%,可有效代替人工目检,解决传统质检方案效率低、易漏检、错检等问题,降低工业生产/检测成本。
十四、深圳市福田区医联体5G+MEC智慧医疗2019年以来,福田区医联体、中国移动、华为等单位联合在深圳开展5G+智慧医疗战略合作。通过部署医联体医疗专网,在实现全区医疗机构(7家医院,83家社康)信息高效安全互通的基础上,率先完成5G远程急救、5G远程会诊、5G移动诊疗、5G社康急救指导、5G智慧病房等应用,实现福田区医联体服务的远程化、移动化、信息化快速升级改造。在疫情期间,基于5G+MEC的医疗专网,通过床旁会诊、远程会诊、社康急救切实落实分级诊疗,助力精准疫情防控。
基于医院的实际场景,从技术到业务实现了网、端、业三大创新,包括5G卫生专网建立,5G医疗行业终端研发,覆盖院内、院间、院外的5G智慧医疗全场景应用等,同时,项目创下了5个全球第一:
深圳智慧医疗五个第一
1、行业挑战目前医疗行业信息化主要面临以下几方面的挑战:
(2)、数据存在泄漏风险。医疗信息系统采集病人大量的健康信息,如电子病历、医疗影像等,如何保护病人个人隐私和医疗数据不泄漏,降低病人隐私数据被篡改的风险。
(3)、数据资产冻结共享难。由于各医疗机构医疗信息系统标准不统一,医院内部各部门之间和跨医院之间缺乏临床信息共享和交换,医院的数据整合性不高,医院之间、医院内外健康数据不流通、共享难,医疗数据资源利用率低。
2、解决方案和价值福田区医联体5G智慧医疗项目以5GMEC和切片技术为底座,部署区域5G卫生专网,涵盖院内、院间、院外三大场景,满足医疗业务数据不外出、高带宽、低时延、灵活接入等需求。
整体架构:围绕5G卫生专网建立,5G医疗行业终端研发,全场景5G创新应用等方面进行探索和实践,在高速稳定的5G专网环境下,实现多平台协作,打造面向移动诊疗、分级诊疗、智慧病房的5G全场景应用。
网络:区域级5G卫生专网,涵盖医疗业务和公共卫生。区域级5G卫生专网:涵盖福田医联体7家医院+83个社区康复中心,创新性的设计区域级5G卫生专网,MEC共建共享。
公网专网:在福田医联体项目中,基于“5G公网专用”体系架构,采用5G+MEC+切片技术建设虚拟专网。通过“公网专用”模式,兼顾医疗行业应用与医院公众用户通信需求。具有低成本、高性能、广覆盖、安全可靠的优势:
低成本:专网的建设和维护成本都是一些区属医院、社康中心无法承受的。5G公网建设和运维由运营商负责,借助5G“公网专用”的模式,可以帮助医疗行业低成本快速建设专网。
广覆盖(服务范围广):运营商网络天然具有覆盖优势,公网覆盖的地方均可提供专网服务,能够满足专网广覆盖和移动性的要求。在中大八院项目中,5G卫生专网打通院内院间院外网络,构建医院与社康二级联动的区域急救体系、分级诊疗体系,推动急救过程前移,极大延伸医疗服务半径。
安全可靠:借助5G切片+MEC等新技术,可以提供网络的安全隔离,实现专网用户与公共用户的业务隔离,互不影响。运营商网络设备严格遵循3GPP的安全标准,医疗终端设备专卡接入,无线、传输到核心网设备都需严格的入网认证,运营商MEC机房符合等保3级安全标准,MEC到医院数据中心通过电路专线连接,为专网提供端到端的物理隔离和安全保障。
MEC(边缘计算技术):是5G卫生专网方案中的关键使能技术,下沉的MEC边缘计算,实现医疗数据不外出,保障了低时延业务的实时交互。
SA独立组网端到端切片:深圳移动目前已经建设1.5万个5G基站,实现5GSA独立组网全覆盖,为端到端网络切片技术的应用创造了基础条件,5GSA端到端切片保障通信高峰期医疗业务带宽、时延的稳定,为医疗业务提供稳定的网络环境。
借助5G广覆盖、5G卫生专网无缝对接医院内网的便利,中大八院项目一期实现5G家庭远程照护平台、智慧区域急救平台、远程会诊平台、智慧病房交互平台等多平台协作。
5G医疗多平台协作
截止目前,福田区医联体5G智慧医疗项目在中山大学附属第八医院试已经运行了3个月。未来,针对医疗终端全5G接入、公网专用切片管理系统、以及面向物联网的精准定位等应用还将进行持续的推进与探索。
十五、5GMEC切片专网2019年,浙江省全面开展县域医疗卫生服务共同体(简称医共体)建设,促进优质资源下沉、提高基层医院的看病救治能力。新昌县人民医院医共体以新昌县人民医院为中心,为县域内乡镇卫生院开展远程医疗服务,希望运用医疗行业信息化先进技术和5G智慧医疗应用,完善和落实以医共体为架构的分级诊疗体系,提升基层医生读片阅片能力和诊治复杂病情的能力。
浙江联通联合合作伙伴在新昌县人民医院调研后,聚焦医学影像类的拓展应用和远程手术教学指导。2020年5月,项目完成从核心网、承载网到无线网的端到端5G网络切片和MEC环境搭建。首批试点科室,包括脊柱科、手术室、大市聚卫生院等可通过5G终端使用三维影像重建、MR辅助手术规划、AR远程手术指导等创新技术,应用于移动查房、医患沟通、医生之间诊疗方案沟通和临床教学等多个场景。
1、解决方案和价值新昌县人民医院医共体5G网络切片作为浙江联通首个切片应用测试项目,搭建5GSA端到端网络环境,并验证SA网络和切片配置功能,同时还搭建了边缘云计算环境,进行业务软件、应用终端、切片订购的部署,实现了基于“5G+MEC+切片”网络承载的“三维影像重建、MR辅助手术规划和AR远程手术指导”业务。
网络部署及切片配置:根据新昌县人民医院医共体试点科室和卫生院位置区域,采用宏微站结合方式进行SA网络覆盖,通过一网两用的虚拟专网模式,兼顾医疗专业应用与公众用户通信需求。杭州核心机房部署了5G核心网的控制面、管理面、切片管理单元和公共用户面网元等,新昌本地汇聚机房则部署了边缘MEC/UPF。核心网上,分别配置两个切片ID和DNN,区分公共业务和切片业务,对应设置不同路由和QoS,无线侧选用基于5QI的差异化调度方案实现切片设置,承载网选用硬切片方式。
现网测试数据
2、业务应用三维影像重建与三维影像MR呈现:基于5GMEC的医学三维云影像工作站,集高效图像处理、人工智能、混合现实全息可视化和云技术为一体,实现影像数据的获取、传输、导入与保存,支持多专科模块,能够在多个门诊科室应用。通过5G将三维模型推送至移动终端,能够全息显示与全方位观察3D影像数据,并支持3D打印。
在医共体各机构间开展远程医疗时,终端只需访问本地边缘云即可完成数据重建工作,无须额外的本地硬件和网络配置。5G边缘云医疗工作站强大的智能化检索、调用、重建、分割、还原等功能提供了全新的影像资料使用方式,有助于深度挖掘影像数据的使用价值。
5G与MR(混合实现)技术结合,将二维DICOM数据转化成三维影像或动画,并将其呈现在现实空间中,实现影像数据的全息可视化,赋予外科医生“透视眼”,为精准外科的临床、科研、教学培训提供创新型应用影像数据的方案。
MR使用培训
同时,将手术进行中的画面实时直播至教研室或会议室,与会医生可与手术室医生进行实时交流,通过实时远程观摩有效的提高手术教学效率、改善教学质量。针对跨院区之间的医疗协作,可通过5G专网承载的远程医疗业务,采用指导和示教的方式,帮助基层医院提高业务水平,提升就诊率和救治率。
新昌县人民医院脊柱外科示教室
十六、5G+4K/8K制播平台2020年6月,紧密围绕中央广播电视总台的“5G+4K/8K+AI”战略目标,充分利用5G、AI等新技术手段,由中央广播电视总台牵头,中国移动通信有限公司、华为技术有限公司、国家广播电视总局广播电视规划院、广东省超高清创新中心、北京数码视讯科技股份有限公司参与,建设北京总部和上海传媒港4K/8K制播系统,并围绕节目制播需求建设5G网络,扩大超高清节目制播和分发能力,项目总投资4.19亿元。
项目采用室外宏站覆结合室分的建设方式,建设覆盖总台光华路办公区、复兴路办公区、上海传媒港的5G专网,包含室外、演播室、会议室、贵宾厅、办公区、重要走廊等多个区域,总面积超过10万平米,并完成与台内网络的安全对接,助力台内人员通过5G网络实现媒资的处理。
“5G+4K/8K超高清制播示范平台”5G应用示意图
1、行业挑战2、解决方案和价值5G基础网络:总台总部的5G网络覆盖光华路办公区和复兴路办公区,根据业务属性,划分为重点区域和非重点区域,分别部署新型室分和传统室分。上海传媒港的5G网络覆盖室外和室内演播室大厅等技术区域。其中室外覆盖会新建5GNR宏站,实现室外区域5G全覆盖。室内覆盖采用新型室分方式,实现室内区域5G全覆盖。并实现5G网络分别从核心网侧、边缘计算节点侧、空口侧与总台基础网络系统的紧密结合,用于满足总台园区内、上海总站、园区外不同移动场景、不同业务应用所需的网络访问需求。
网络切片整体架构图
智东西认为,5G全面商用化已过去了一年多,作为新一代信息通信技术领域的引领性技术,5G将全面构筑数字基础设施,打通信息流动“大动脉”,成为经济社会转型发展新引擎。2020年是极不平凡的一年,新冠疫情的爆发也加速了5G发展按下了快车键。现在,5G赋能千行百业,不断向垂直行业渗透,为设备赋智、为企业赋值、为产业赋能,推动数字经济实现消费互联网和产业互联网经济双轮驱动。