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01目標和概述

1.1　面臨的挑戰(zhàn)

我國工業(yè)面臨著科技化轉(zhuǎn)型的巨大挑戰(zhàn)，人口紅利消失導致勞動力銳減，人力成本上升，倒逼制造業(yè)向智能化、自動化方向升級?；诖耍I(yè)互聯(lián)網(wǎng)成為了產(chǎn)業(yè)發(fā)展的一大核心和重點，它通過新技術與制造業(yè)深度融合，實現(xiàn)人、機、物的全面互聯(lián)，構建起全要素、全產(chǎn)業(yè)鏈、全價值鏈全面連接的新型工業(yè)生產(chǎn)制造和服務體系，成為支撐第四次工業(yè)革命的基礎設施，對未來工業(yè)發(fā)展產(chǎn)生全方位、深層次、革命性影響。

目前5G與工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)融合應用尚處于探索初期；目前企業(yè)內(nèi)5G網(wǎng)絡部署架構及網(wǎng)絡建設、運維、管理等模式尚不清晰，國內(nèi)5G和工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)融合應用標準及研發(fā)驗證體系尚未建立，工業(yè)企業(yè)和ICT企業(yè)的5G融合應用的解決方案及設備的研發(fā)還沒有相應研發(fā)網(wǎng)絡驗證環(huán)境的支撐，大大延緩了融合應用的研發(fā)進度。另外，工業(yè)企業(yè)對于5G的認識還處于較淺層次，對于5G網(wǎng)絡能用在工業(yè)內(nèi)哪些環(huán)節(jié)，開展哪些應用尚不清晰，因此亟需建立5G網(wǎng)絡化推廣平臺，為中小企業(yè)5G應用的研發(fā)及部署提供技術咨詢及培訓服務。

1.2　解決方案目標

針對工業(yè)制造企業(yè)內(nèi)部復雜、多變的無線傳輸環(huán)境，面對工業(yè)生產(chǎn)高可靠、高帶寬、高安全、低時延的技術挑戰(zhàn)，克服5G和MEC關鍵技術在工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)中的部署難題，浙江電信提出了5G+MEC的面向現(xiàn)場級工業(yè)控制與倉儲物流的低時延智能化解決方案，打造了“5G+MEC”的工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)平臺和倉儲物流系統(tǒng)，形成一種具有示范推廣價值和行業(yè)復制性的企業(yè)內(nèi)5G網(wǎng)絡部署架構與網(wǎng)絡建設、運維、管理新模式。當前已在桐廬紅獅水泥和杭叉集團落地。

1.3　解決方案總體概述

5G+MEC架構主要是基于通用硬件平臺，可支持MEC功能、業(yè)務應用快速部署。同時支持用戶面業(yè)務下沉、業(yè)務應用本地和網(wǎng)絡切片部署，可以實現(xiàn)用戶面及業(yè)務的分布式、近距離、按需部署。在園區(qū)內(nèi)部署專用基站和MEC實現(xiàn)本地流量卸載以及大帶寬、低時延、高可靠的5G網(wǎng)絡覆蓋。

MEC上部署5G云化視覺技術，實現(xiàn)了工業(yè)產(chǎn)品生產(chǎn)控制與倉儲物流AGV的智能網(wǎng)聯(lián)，在MEC邊緣智能平臺上實現(xiàn)單設備基于視覺的工業(yè)產(chǎn)品質(zhì)量檢測、環(huán)境感知、AGV導航路徑規(guī)劃、自適應避障與跨廠區(qū)多車協(xié)同調(diào)度。邊緣云與中心云對接，利用天翼云大算力集中訓練AI視覺算法，升級邊緣平臺的視覺分析能力。

02解決方案實現(xiàn)功能

（1）“5G+MEC+supOS”工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)平臺

浙江電信基于5G+MEC網(wǎng)絡，攜手浙江藍卓，針對工業(yè)制造企業(yè)內(nèi)部復雜、多變的無線傳輸環(huán)境，面對工業(yè)生產(chǎn)高可靠、高帶寬、高安全、低時延的技術挑戰(zhàn)，克服5G和MEC關鍵技術在工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)中的部署難題，打造了“5G+MEC+supOS”工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)平臺，形成一種具有示范推廣價值和行業(yè)復制性的企業(yè)內(nèi)5G網(wǎng)絡部署架構與網(wǎng)絡建設、運維、管理新模式。

當前已在桐廬紅獅水泥落地。具體應用說明如下：

端到端的5G切片+邊緣計算智慧化工業(yè)現(xiàn)場級監(jiān)控產(chǎn)品：在現(xiàn)代化水泥生產(chǎn)過程中，需要通過水泥進料口的視頻分析保證水泥產(chǎn)出質(zhì)量、預防安全生產(chǎn)事故并提高生產(chǎn)效率。采用工業(yè)級相機對水泥生產(chǎn)進料口原料顏色、顆粒度和擁堵狀態(tài)等進行實時視頻采集，將高速視頻流上傳工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)視覺AI分析平臺進行實時分析，為生產(chǎn)流程提供分析、告警、判決、調(diào)整等決策建議，從而提升工業(yè)生產(chǎn)的數(shù)字化水平。

（2）“5G+MEC+AGV叉車技術”的智能倉儲物流平臺

浙江電信基于5G+MEC網(wǎng)絡，攜手杭叉集團和浙江大學，利用5G、邊緣/云計算、圖像識別、機器學習等技術，結合杭叉集團現(xiàn)有智能AGV叉車技術和系統(tǒng)以及浙江大學在控制和視覺系統(tǒng)的計算技術，打造可視化、一體化的遠程叉車控制解決方案，以實現(xiàn)全場景下叉車的遠程控制和駕駛。

具體應用說明如下：

工業(yè)現(xiàn)場級超低時延叉車控制解決方案：為構建一個自主導航系統(tǒng)，最重要的是獲取無人叉車的位姿信息，這是路徑規(guī)劃模塊和跟蹤模塊等系統(tǒng)正常工作的先決條件。位姿在形式上體現(xiàn)為包含了剛體姿態(tài)和位置信息的矩陣，這里可理解為無人叉車的位置和朝向。該方案在整體方案的基礎之上，定制化地為客戶提供基于視覺里程計以及稀疏視覺地圖的自定位等創(chuàng)新性精細化功能，大大提升了客戶的生產(chǎn)效率。

03解決方案介紹

3.1　解決方案整體組網(wǎng)

本項目在省中心樞紐機房部署了一套基于SA的虛擬化5G核心網(wǎng)。5G核心網(wǎng)實現(xiàn)了網(wǎng)絡功能模塊化以及控制功能與轉(zhuǎn)發(fā)功能的完全分離?？刂泼婕胁渴穑瑢D(zhuǎn)發(fā)資源進行全局調(diào)度；用戶面按需集中或分布式靈活部署，當用戶面下沉靠近網(wǎng)絡邊緣部署時，可實現(xiàn)本地流量分流，支持端到端毫秒級時延。為了滿足杭叉集團及藍卓的業(yè)務需求，本項目在杭叉園區(qū)及藍卓園區(qū)分別部署了一套UPF及MEC。

3.2　解決方案系統(tǒng)架構

中心云部署：倉儲管理系統(tǒng)與AI視覺算法部署在中心云，利用天翼云的大算力集中訓練算法，按需向邊緣升級賦能，實現(xiàn)邊云協(xié)同。

邊緣MEC平臺部署：工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)平臺、AI視覺分析平臺與AGV控制系統(tǒng)部署MEC邊緣云，低時延響應工控設備與AGV叉車行駛中所需的快速感知與反應。MEC下沉科技園區(qū)實現(xiàn)企業(yè)內(nèi)跨廠區(qū)多設備協(xié)同。

3.3　解決方案系統(tǒng)平臺

（1）硬件平臺

• MEC（包括UPF）硬件；

• 終端側(cè)：攝像頭、5G CPE。

（2）軟件平臺

• MEC系統(tǒng)（包括Cloud OS、UPF和MEP）；

• 支持高性能增強型硬件或通用服務器；

• 輕量級IaaS/PaaS適配邊緣機房環(huán)境；

• 支持第三方應用以容器和虛擬機形態(tài)部署；

• AMS(AGV控制系統(tǒng))，視覺識別應用，工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)平臺（SupOS）。
  

04解決方案創(chuàng)新點

4.1　5G網(wǎng)絡切片

（1）基于5G SA組網(wǎng)的多種特性的獨立專網(wǎng)切片：工業(yè)應用場景眾多，不同的應用有著不同移動性，安全、時延、可靠性等要求。通過中國電信浙江公司的5G SA獨立組網(wǎng)技術，為MEC邊緣計算應用提供通物理上獨立的大帶寬、低時延以及廣覆蓋型切片網(wǎng)絡產(chǎn)品，用于eMBB和URLLC的應用場景。

（2）按需快速開通的5G端到端切片：5G端到端網(wǎng)絡切片按網(wǎng)絡資源靈活分配及網(wǎng)絡能力按需組合，通過切片商城，快速訂購滿足客戶需求的切片服務，提供基于一個5G網(wǎng)絡虛擬出多個具備不同特性的邏輯子網(wǎng)。每個端到端切片均由核心網(wǎng)、無線網(wǎng)、傳輸網(wǎng)子切片組合而成，并通過端到端切片管理系統(tǒng)進行統(tǒng)一管理。

4.2　商業(yè)模式創(chuàng)新

傳統(tǒng)的商業(yè)模式為2B or 2C的模式，在本項目中，通過B端客戶——藍卓工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)信息技術有限公司的工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)平臺，應用到B2B客戶——桐廬紅獅水泥有限公司的工業(yè)生產(chǎn)中，形成B2B2B的創(chuàng)新商業(yè)模式。未來可以基于此創(chuàng)新模式，向更多的行業(yè)提供網(wǎng)絡切片及MEC業(yè)務。

4.3　中心云統(tǒng)一智能算法訓練支撐MEC多場景協(xié)同創(chuàng)新

MEC部署在工業(yè)園區(qū)（青山湖科技園），使能跨廠區(qū)叉車集群的并發(fā)調(diào)度，并對叉車回傳的視覺影像做實時分析，低時延響應叉車控制模塊，賦能叉車自適應導航、避障、路徑重規(guī)劃等。同時MEC上傳各廠區(qū)叉車采集的作業(yè)影像至中心云歸檔，集中訓練視覺識別算法，持續(xù)提升邊緣智能平臺的視覺分析能力。同時，中心云歸檔的大量異廠區(qū)多場景數(shù)據(jù)，加速新廠區(qū)MEC按場景快速部署的需求，對異廠區(qū)不場景的邊緣智能平臺（MEC）可做到差異化按需賦能符合該廠區(qū)作業(yè)場景的視覺分析能力。

05代表性及推廣價值

本項目為基于多種5G端到端切片和邊緣計算能力在工業(yè)控制與倉儲物流場景中提供超大上行帶寬、低時延、智能化能力的解決方案領域，在當前階段提供了大量的實踐經(jīng)驗，為5G在工業(yè)領域的應用價值提供了寶貴的方案參考。為基礎設施運營商以及相關技術合作伙伴在后續(xù)5G+邊緣計算產(chǎn)品及方案的演進方向和優(yōu)化提供了有效驗證和啟發(fā)。

5.1　商業(yè)價值

（1）首先是對企業(yè)，據(jù)客戶的測算，整體項目的落地和實施后，對于不同類型的企業(yè)可以降低成本30~40%，減少人力成本40~50%，提高效率20~40%，間接增加效益20~30%。

（2）其次是對于行業(yè)，據(jù)不完全統(tǒng)計，應對不同行業(yè)的實際需求，通過各行業(yè)內(nèi)企業(yè)的升級改造后，能為行業(yè)降低總成本達到千億級。

（3）最后，將提升企業(yè)數(shù)字化和智能化，助力柔性生產(chǎn)，促進工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)發(fā)展，形成企業(yè)效益十億級別，行業(yè)效益千億級，社會效益萬億級。其中企業(yè)新增營收約20億元，國內(nèi)市場占有率達30%，全球市場占有率10%；運營成本降低千億，運營效率提升30%，安全事故降低95%；撬動智慧物流萬億產(chǎn)業(yè)，助力產(chǎn)業(yè)柔性制造，加速全球物流轉(zhuǎn)型。

5.2　社會價值

（1）中國電信作為國家戰(zhàn)略的踐行者，新興領域的開拓者、創(chuàng)新的領跑者，積極踐行央企的責任，積極接應國家5G+工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)的戰(zhàn)略，牽頭并深度研究《工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)企業(yè)內(nèi)5G網(wǎng)絡化改造及推廣服務平臺項目》，通過“產(chǎn)學研用”相結合加快5G建設步伐，進一步打造更具活力的生態(tài)體系，積極探索和驗證的企業(yè)內(nèi)5G網(wǎng)絡部署及管理新模式方案。

（2）本項目開展以5G網(wǎng)絡、切片、MEC等先進技術，打造工業(yè)制造和智慧倉儲物流典型商用案例，在獲取傳統(tǒng)流量收入的同時，通過銷售/租賃邊緣IaaS/PaaS能力和設備維護服務獲取額外的收益，為ToB藍海市場創(chuàng)建行業(yè)模板，在該領域持續(xù)領先、持續(xù)收益。通過為行業(yè)客戶提供標準化網(wǎng)絡和算力兩種能力，制定多維度計費量綱，按照原子能力為最小顆粒度體現(xiàn)商業(yè)價值。未來在工業(yè)制造和智慧物流行業(yè)有數(shù)十億元級的可參與市場空間。

（3）本項目研究成果有力地推動了國家領先的5G無線網(wǎng)絡技術在工業(yè)領域，特別是國家中小企業(yè)中的落地推廣，促進工業(yè)制造生產(chǎn)過程向自動化、智能化方向轉(zhuǎn)型，實現(xiàn)工廠信息數(shù)據(jù)全集成，包括：裝備數(shù)據(jù)、工業(yè)數(shù)據(jù)、智能管理、制造資源等，改善企業(yè)信息系統(tǒng)互通，加強企業(yè)內(nèi)部的協(xié)作性，積累企業(yè)生產(chǎn)經(jīng)驗，有效降低應用開發(fā)成本，發(fā)揮企業(yè)用戶行業(yè)經(jīng)驗。同時通過大數(shù)據(jù)DIY分析，有助于掃除工廠的“數(shù)據(jù)霧霾”，讓數(shù)據(jù)二次增值，提高生產(chǎn)效率和生產(chǎn)質(zhì)量。

本項目通過在工業(yè)制造和倉儲物流中的不同行業(yè)企業(yè)部署5G網(wǎng)絡，并完成驗證和運營，增強我國工業(yè)企業(yè)部署5G網(wǎng)絡的信心，并為中小型企業(yè)后續(xù)開展5G評估、5G網(wǎng)絡建設提供寶貴的參考。同時，智慧物流項目構建的5G網(wǎng)絡化推廣平臺，可以為中小企業(yè)5G應用的研發(fā)及部署提供技術咨詢及培訓服務，并在大量的中小型企業(yè)中推廣應用。

因此，本項目具有廣泛的應用前景，預期經(jīng)濟效益和社會效益非常顯著，為我國智能制造的發(fā)展打好堅實的基礎。

摘自《自動化博覽》2019年增刊《邊緣計算2019專輯》