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★賽特斯信息科技股份有限公司

 1　目標(biāo)和概述 

隨著5G在工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)領(lǐng)域的應(yīng)用不斷成熟，太陽(yáng)電纜攜手賽特斯信息科技股份有限公司、中國(guó)移動(dòng)南平 市分公司圍繞“5G+工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)”關(guān)鍵技術(shù)與行業(yè)融合創(chuàng)新應(yīng)用開展深入合作，致力于幫助太陽(yáng)電纜實(shí)現(xiàn)全面 信息化升級(jí)，打造福建省第一個(gè)跨區(qū)域5G虛擬專網(wǎng)， 持續(xù)提高設(shè)備數(shù)據(jù)感知與管理效率、提升設(shè)備安全管理 能力、大幅度降低人力成本和管理成本。

本項(xiàng)目旨在打造具備線纜行業(yè)和福建區(qū)域影響力、 可復(fù)制的5G智慧工廠，為福建省乃至全國(guó)線纜企業(yè)數(shù) 字化轉(zhuǎn)型樹立新標(biāo)桿。

 2　方案介紹 

本項(xiàng)目重點(diǎn)打造“5G MEC邊緣云”、“5G智聯(lián) 車間”、“AI透明工廠”、“天車安全監(jiān)控系統(tǒng)”、“視頻質(zhì)量監(jiān)控系統(tǒng)”五大類應(yīng)用場(chǎng)景。基于5G+MEC 融合技術(shù)構(gòu)建一張5G跨區(qū)域虛擬專網(wǎng)，通過MEC邊緣 云技術(shù)把服務(wù)能力和應(yīng)用推進(jìn)到網(wǎng)絡(luò)邊緣側(cè)，提供強(qiáng)大 的本地化計(jì)算和數(shù)據(jù)處理能力，是企業(yè)數(shù)字化升級(jí)的工 業(yè)大腦，是實(shí)現(xiàn)智能制造的核心動(dòng)力。基于5G邊緣計(jì) 算網(wǎng)關(guān)實(shí)現(xiàn)核心車間171套拉絲機(jī)、擠鋁機(jī)、阻水繞包 機(jī)等核心設(shè)備的全智聯(lián)接入、高效數(shù)據(jù)采集與可視化數(shù) 據(jù)呈現(xiàn)，面向后端與管理平臺(tái)進(jìn)行數(shù)據(jù)交互，對(duì)產(chǎn)線工 藝流程進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析，實(shí)現(xiàn)工藝優(yōu)化升級(jí)。基于5G網(wǎng) 絡(luò)實(shí)現(xiàn)工廠核心區(qū)域350余套高清攝像頭的快速接入， 進(jìn)而實(shí)現(xiàn)全景畫面的實(shí)時(shí)采集與同步可視化呈現(xiàn)。通過 AI視頻分析系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)對(duì)異常行為、安防隱患的智能化監(jiān) 管，保障企業(yè)安全生產(chǎn)，同時(shí)通過視頻質(zhì)量監(jiān)控系統(tǒng)對(duì) 攝像機(jī)運(yùn)行進(jìn)行監(jiān)控。通過對(duì)天車的實(shí)時(shí)監(jiān)控和視頻分 析，及時(shí)發(fā)現(xiàn)設(shè)備存在的安全隱患并發(fā)送現(xiàn)場(chǎng)和遠(yuǎn)程報(bào) 警，實(shí)現(xiàn)設(shè)備運(yùn)行本質(zhì)安全的提升。

 項(xiàng)目采用“一張網(wǎng)絡(luò)+一個(gè)平臺(tái)+N個(gè)應(yīng)用”的整體設(shè)計(jì)理念進(jìn)行設(shè)計(jì)和項(xiàng)目落地。

圖1 太陽(yáng)電纜5G智慧工廠體系架構(gòu) 

 （1）一張網(wǎng)絡(luò)： 一張網(wǎng)絡(luò)指5G企業(yè)專網(wǎng)。5G企 業(yè)專網(wǎng)是為企業(yè)構(gòu)建的安全可靠、性能穩(wěn)定、服務(wù)可視 的定制化專屬網(wǎng)絡(luò)，為太陽(yáng)電纜提供網(wǎng)絡(luò)設(shè)備輕量化、 網(wǎng)絡(luò)高可靠、低時(shí)延、易部署、綜合成本低、維護(hù)簡(jiǎn) 單的企業(yè)專網(wǎng)。5G企業(yè)專網(wǎng)可同時(shí)承載工業(yè)數(shù)據(jù)、視 頻、物聯(lián)網(wǎng)等業(yè)務(wù)，專網(wǎng)專用保障工業(yè)互聯(lián)的安全性， 為實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)線智能化、柔性制造、智能制造等目標(biāo)提供 可靠基礎(chǔ)。 

（２）一個(gè)平臺(tái)：一個(gè)平臺(tái)指5G MEC平臺(tái)。隨著 5G+智慧工廠的建設(shè)，5G場(chǎng)景下的高速交互能力得以大 幅提升，從而促使大量應(yīng)用需在網(wǎng)絡(luò)邊緣，即靠近用戶 的本地位置上進(jìn)行計(jì)算與存儲(chǔ)，以滿足超高帶寬、極低 時(shí)延、萬(wàn)物互聯(lián)的極致用戶體驗(yàn)。因此，5G移動(dòng)邊緣計(jì) 算（Multi-Access Edge Computing，MEC）應(yīng)運(yùn)而 生。5G MEC平臺(tái)通過將傳統(tǒng)運(yùn)營(yíng)商5G核心網(wǎng)（5GC） 的用戶面功能（UPF）下沉到網(wǎng)絡(luò)邊緣，根據(jù)太陽(yáng)電纜 的實(shí)際情況，將平臺(tái)部署至太陽(yáng)電纜企業(yè)機(jī)房，將應(yīng)用 數(shù)據(jù)本地分流至邊緣MEC處理，同時(shí)為第三方應(yīng)用提供 開放的平臺(tái)與管理能力，從而可以為運(yùn)營(yíng)商或垂直行業(yè) 用戶提供高效、實(shí)時(shí)、安全的邊緣計(jì)算網(wǎng)絡(luò)服務(wù)。 

（3）N個(gè)應(yīng)用：N個(gè)應(yīng)用指各類不同領(lǐng)域的企業(yè)應(yīng) 用。應(yīng)用內(nèi)容涵蓋車間設(shè)備智聯(lián)、AI視覺應(yīng)用、設(shè)備智 能控制、視頻監(jiān)控系統(tǒng)實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)等多方面。通過不同應(yīng) 用的部署和利用，提升企業(yè)智能制造、高效管理能力。 項(xiàng)目共涵蓋以下五個(gè)方面： 

2.1　5G MEC邊緣云 

 圖2 

 （1）硬件與網(wǎng)絡(luò)部署

 5G MEC邊緣云服務(wù)器與萬(wàn)兆交換機(jī)一同部署于太 陽(yáng)電纜總廠機(jī)房；UPF由運(yùn)營(yíng)商提供，部署于南平移動(dòng) 接入機(jī)房；MEC服務(wù)器通過網(wǎng)線直連與企業(yè)內(nèi)網(wǎng)交換 機(jī)連接，為企業(yè)內(nèi)網(wǎng)提供MEC中的應(yīng)用訪問和使用。 MEC服務(wù)器通過連接萬(wàn)兆交換機(jī)，通過萬(wàn)兆交換機(jī)與 UPF光纖（2根）連接。 

（2）軟件功能 

MEC邊緣云服務(wù)器部署MEC平臺(tái)1套。用于對(duì)當(dāng) 前MEC服務(wù)器進(jìn)行節(jié)點(diǎn)管理（節(jié)點(diǎn)新增、修改、刪 除、IP管理等）、資源監(jiān)控與管理（CPU數(shù)量、內(nèi)存大 小、存儲(chǔ)空間以及CPU、內(nèi)存、存儲(chǔ)利用率情況）、應(yīng) 用全生命周期管理（應(yīng)用容器化部署、升級(jí)、卸載、鏡 像管理、應(yīng)用列表查詢等）。

 2.2　5G智聯(lián)車間 

5G全智聯(lián)工廠通過5G智能網(wǎng)關(guān)，實(shí)現(xiàn)現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備PLC 的協(xié)議對(duì)接，進(jìn)行實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)采集、清洗，導(dǎo)出至MEC邊 緣DC。根據(jù)用戶業(yè)務(wù)需求，對(duì)生產(chǎn)設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)、生產(chǎn) 設(shè)備告警、生產(chǎn)設(shè)備稼動(dòng)時(shí)間、設(shè)備利用率等進(jìn)行全方 位分析，并將各類統(tǒng)計(jì)分析數(shù)據(jù)予以可視化展現(xiàn)。

 圖3 5G全智聯(lián)工廠數(shù)據(jù)中心界面圖 

（1）系統(tǒng)架構(gòu) 

圖4 5G全智聯(lián)工廠系統(tǒng)架構(gòu)圖 

（2）硬件部署 

針對(duì)工廠現(xiàn)場(chǎng)待采集的PLC，部署PLC以太網(wǎng)通訊 模組，通訊模組與千兆交換機(jī)網(wǎng)線連接。每臺(tái)千兆交換 機(jī)網(wǎng)線連接一臺(tái)5G邊緣網(wǎng)關(guān)。每臺(tái)5G邊緣網(wǎng)關(guān)負(fù)責(zé)其各 自連接的千兆以太網(wǎng)所覆蓋連接的PLC進(jìn)行數(shù)據(jù)采集。 

（3）軟件功能

 · 網(wǎng)關(guān)軟件：5G邊緣網(wǎng)關(guān)部署協(xié)議適配和數(shù)據(jù)采集 軟件，以及數(shù)據(jù)清洗、數(shù)據(jù)導(dǎo)出微服務(wù)。將采集現(xiàn)場(chǎng) PLC實(shí)時(shí)開關(guān)量、模擬量數(shù)據(jù)，并進(jìn)行初步清洗轉(zhuǎn)換，導(dǎo)出至MEC邊緣DC。

 · 邊緣DC：邊緣DC（邊緣數(shù)據(jù)中心）包括關(guān)系數(shù) 據(jù)庫(kù)、MQTT消息中心、數(shù)據(jù)接口開放API三部分。關(guān)系數(shù)據(jù)庫(kù)用來存儲(chǔ)采集數(shù)據(jù)、系統(tǒng)業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)、用戶數(shù) 據(jù)。MQTT消息中心用來通過消息的訂閱、發(fā)布完成現(xiàn) 場(chǎng)數(shù)據(jù)采集并導(dǎo)出至消息中心緩存，以及入庫(kù)至關(guān)系數(shù) 據(jù)庫(kù)。數(shù)據(jù)接口開放API，通過發(fā)布方式和標(biāo)準(zhǔn)REST 接口方式進(jìn)行數(shù)據(jù)接口能力開放。

 · 數(shù)據(jù)分析可視化：基于生產(chǎn)設(shè)備采集數(shù)據(jù)進(jìn)行分 析，通過可視化應(yīng)用進(jìn)行生產(chǎn)數(shù)據(jù)、生產(chǎn)設(shè)備狀態(tài)監(jiān) 控、設(shè)備告警等核心指標(biāo)的查詢、統(tǒng)計(jì)分析等功能。

 2.3 　AI透明工廠 

實(shí)現(xiàn)太陽(yáng)電纜一廠、二廠兩個(gè)廠區(qū)核心區(qū)域AR 360 度全景監(jiān)控。實(shí)現(xiàn)業(yè)務(wù)標(biāo)簽數(shù)據(jù)在AR全景園區(qū)的可視化 界面的疊加。實(shí)現(xiàn)核心區(qū)域的畫面監(jiān)控與多畫面播放。 實(shí)現(xiàn)AI視覺分析算法解決生產(chǎn)安全隱患（安全帽識(shí)別、 工裝識(shí)別、設(shè)備開關(guān)門識(shí)別、危險(xiǎn)區(qū)域入侵識(shí)別）。 

（1）系統(tǒng)架構(gòu) 

圖5 AI透明工廠系統(tǒng)架構(gòu)圖 

（2）硬件部署 

本項(xiàng)目新增AR全景相機(jī)兩臺(tái)，分別部署在一廠和 二廠內(nèi)部。 

（3）軟件功能

 · 核心區(qū)域可視化：軟件部署于MEC邊緣云服務(wù) 器。實(shí)現(xiàn)一廠、二廠360度AR全景監(jiān)控和視圖展現(xiàn)，并結(jié)合數(shù)據(jù)采集分析數(shù)據(jù)的能力開放API實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)數(shù)據(jù)圖 層標(biāo)簽疊加實(shí)時(shí)展現(xiàn)。

 · 多畫面播放軟件：軟件部署于MEC邊緣云服務(wù) 器。支持1分屏、4分屏、9分屏、16分屏多畫面播放。 用于播放核心區(qū)域安全帽、工裝、危險(xiǎn)區(qū)域電子圍欄等 場(chǎng)景下的多畫面監(jiān)控直播。視頻流來自企業(yè)總部機(jī)房部 署的NVR。視頻流網(wǎng)絡(luò)通過MEC與企業(yè)內(nèi)部局域網(wǎng)交 換機(jī)連接打通。

 · AI算法應(yīng)用：軟件部署于MEC邊緣云服務(wù)器。算 法應(yīng)用包括三套視覺AI分析算法。算法分別為安全帽識(shí) 別、工裝識(shí)別、設(shè)備開關(guān)門識(shí)別、危險(xiǎn)區(qū)域入侵識(shí)別。

 · 報(bào)警聯(lián)動(dòng)模塊：模塊部署于MEC邊緣云服務(wù)器。基 于AI識(shí)別算法產(chǎn)生的告警，在AR全景工廠頁(yè)面進(jìn)行實(shí)時(shí) 展現(xiàn)，并將告警信息推送至相關(guān)人員的短信、郵箱。 

2.4　天車安全監(jiān)控系統(tǒng)

 通過部署于5G MEC內(nèi)的視頻分析算法，對(duì)天車吊 裝鋼纜和下方吊裝區(qū)域進(jìn)行識(shí)別，確保鋼纜脫軌及時(shí)發(fā) 現(xiàn)和吊裝區(qū)域無人員闖入。相關(guān)異常情況通過現(xiàn)場(chǎng)聲光 報(bào)警和PC查看兩種方式進(jìn)行告警通知，確保異常及時(shí) 發(fā)現(xiàn)、及時(shí)通知和及時(shí)處理。 

（1）系統(tǒng)架構(gòu) 

圖6 天車安全監(jiān)控系統(tǒng)架構(gòu)圖 

（2）硬件部署 

部署在鋼纜扶手旁的線掃相機(jī)實(shí)時(shí)抓拍鋼纜卷軸處 的照片，并通過現(xiàn)場(chǎng)部署的分析主機(jī)進(jìn)行圖像分析，對(duì) 鋼纜脫軌的情形進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)。若發(fā)現(xiàn)異常行為，一方 面通過現(xiàn)場(chǎng)信號(hào)發(fā)送至現(xiàn)場(chǎng)聲光報(bào)警器，另一方面將分 析結(jié)果通過5G邊緣計(jì)算網(wǎng)關(guān)發(fā)送至天車安全監(jiān)控系統(tǒng) 的監(jiān)控平臺(tái)。吊裝區(qū)域監(jiān)控相機(jī)通過網(wǎng)線接入5G邊緣 計(jì)算網(wǎng)關(guān)，將視頻流傳送至5G MEC服務(wù)器。5G MEC 服務(wù)器內(nèi)部署相應(yīng)的算法，對(duì)工作區(qū)域進(jìn)行入侵檢測(cè)， 防止工作區(qū)域內(nèi)非相關(guān)人員進(jìn)入，造成人身傷害。 

（3）軟件功能

 · 天車鋼纜脫軌檢測(cè)：通過安裝于天車上方的攝像 機(jī)，對(duì)鋼纜卷軸表面鋼纜進(jìn)行視頻拍攝，拍攝的視頻實(shí)時(shí)發(fā)送給現(xiàn)場(chǎng)5G AI網(wǎng)關(guān)進(jìn)行分析。天車鋼纜脫軌檢測(cè) 針對(duì)鋼纜未按順序排列以及鋼纜跨出正常工作區(qū)域兩種 類型的脫軌進(jìn)行檢測(cè)。 

· 吊裝區(qū)域入侵檢測(cè)：針對(duì)天車下方吊裝區(qū)域，部 署于天車的視頻相機(jī)實(shí)時(shí)拍攝吊裝區(qū)域情況，視頻數(shù)據(jù) 同步發(fā)送至5G AI網(wǎng)關(guān)。吊裝區(qū)域入侵檢測(cè)算法可識(shí)別 出現(xiàn)場(chǎng)發(fā)生人員入侵吊裝區(qū)域的情況，防止無關(guān)人員進(jìn) 入吊裝區(qū)域。

 · 異常告警：算法發(fā)現(xiàn)現(xiàn)場(chǎng)異常情況后，通過現(xiàn)場(chǎng) 聲光告警、監(jiān)控頁(yè)面告警、短信告警等方式進(jìn)行異常告 警推送。現(xiàn)場(chǎng)發(fā)出報(bào)警信息后，現(xiàn)場(chǎng)工作人員需及時(shí)檢 查鋼纜情況或工作區(qū)域人員入侵情況，第一時(shí)間解除天 車風(fēng)險(xiǎn)。同時(shí)將異常照片保存至MEC服務(wù)器內(nèi)，方便 后續(xù)查看。

 · 報(bào)警及異常查看平臺(tái)：通過統(tǒng)一的查詢頁(yè)面，對(duì) 實(shí)時(shí)報(bào)警和歷史報(bào)警進(jìn)行查看，同時(shí)支持后期數(shù)據(jù)匯總和數(shù)據(jù)分析。

 2.5　視頻質(zhì)量監(jiān)測(cè)系統(tǒng) 

太陽(yáng)電纜工廠已建設(shè)覆蓋一廠、二廠兩個(gè)廠區(qū)完 整的視頻監(jiān)控體系，包含生產(chǎn)區(qū)域、辦公區(qū)域及廠區(qū)周 邊，部署超過一百多個(gè)攝像頭。但是目前無有效的視頻 監(jiān)測(cè)質(zhì)量監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，安防攝像系統(tǒng)處于黑盒運(yùn)行的狀 態(tài)，無法時(shí)刻檢查每個(gè)攝像頭是否在線、攝像畫面是否 正常。當(dāng)攝像頭出現(xiàn)問題時(shí)，由于網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)較為復(fù)雜， 故障定位需要花費(fèi)大量的人力和時(shí)間。 通過部署一套視頻監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，代替人工巡檢，實(shí)時(shí) 檢查各路視頻攝像頭，確保畫面回傳正常，保障NVR 中錄制的錄像視頻質(zhì)量良好，實(shí)現(xiàn)各攝像頭監(jiān)控視頻完整、無缺失、可追溯。 

（1）系統(tǒng)架構(gòu) 

圖7 視頻質(zhì)量監(jiān)測(cè)系統(tǒng)架構(gòu)圖 

（2）系統(tǒng)功能

 · 視頻質(zhì)量評(píng)估：建立數(shù)據(jù)分析指標(biāo)體系，綜合分 析攝像頭業(yè)務(wù)質(zhì)量，全面評(píng)估監(jiān)控視頻質(zhì)量。 

 · 視頻告警：實(shí)時(shí)故障監(jiān)測(cè)，及時(shí)感知攝像頭視頻 業(yè)務(wù)質(zhì)量，按等級(jí)觸發(fā)業(yè)務(wù)中斷/質(zhì)差告警，提高監(jiān)控 效率和應(yīng)急響應(yīng)能力。

 · 視頻故障分析：對(duì)視頻流故障總體情況進(jìn)行評(píng) 估，及時(shí)掌握故障總體態(tài)勢(shì)。對(duì)視頻流故障成因進(jìn)行深入分析，幫助維護(hù)人員確定故障主因，采取有針對(duì)性的 主動(dòng)維護(hù)措施。

 · 故障定位：實(shí)現(xiàn)業(yè)務(wù)端到端故障定位，精準(zhǔn)定位 故障/質(zhì)差發(fā)生具體位置，幫助維護(hù)人員快速定位問題點(diǎn)。

 3　代表性及推廣價(jià)值 

通過本項(xiàng)目的全面實(shí)施部署，一方面提高了企業(yè)的 安全管理能力和生產(chǎn)效率，通過AI視頻分析，提升現(xiàn)場(chǎng) 安全作業(yè)的管理能力，降低生產(chǎn)違規(guī)行為，不斷減少生 產(chǎn)事故，促進(jìn)企業(yè)以人為本理念的落實(shí)。通過遠(yuǎn)程數(shù)據(jù) 采集、智能設(shè)備控制、5G+企業(yè)應(yīng)用，提升工作效率、 降低不合格產(chǎn)品比例，從而降低企業(yè)原料消耗，增加企 業(yè)產(chǎn)值；另一方面為企業(yè)提供生產(chǎn)排產(chǎn)等工作的數(shù)據(jù)支 撐，提升排產(chǎn)合理性和經(jīng)濟(jì)型，提高設(shè)備利用率，從而 縮短生產(chǎn)交付時(shí)間、降低工人工作強(qiáng)度，提升企業(yè)管理 的有序性。 

本項(xiàng)目作為5G智慧工廠的應(yīng)用，部署了大量的 相關(guān)企業(yè)應(yīng)用。針對(duì)工廠的實(shí)際使用情況，不斷完善 5G與數(shù)據(jù)采集、遠(yuǎn)程控制、數(shù)據(jù)交互的相互協(xié)同。 一方面可以不斷夯實(shí)5G與企業(yè)應(yīng)用的深度結(jié)合能 力，催緊5G在行業(yè)內(nèi)的規(guī)模化應(yīng)用；另一方面也能 夠加深企業(yè)對(duì)5G智慧工廠的理解，不斷提高企業(yè)對(duì) 5G智慧工廠能力的利用，為5G行業(yè)應(yīng)用提供改進(jìn)契 機(jī)和“催化劑”，通過循環(huán)優(yōu)化推動(dòng)5G應(yīng)用水平的 持續(xù)提升。

 本項(xiàng)目的實(shí)施需要采購(gòu)一定規(guī)模網(wǎng)絡(luò)設(shè)備，未來這 些設(shè)備還需進(jìn)一步升級(jí)改造，這將刺激國(guó)內(nèi)外設(shè)備制造 企業(yè)更加深入?yún)⑴c5G產(chǎn)業(yè)開發(fā)與運(yùn)營(yíng)；另一方面，本 項(xiàng)目實(shí)施將帶動(dòng)終端的升級(jí)換代，促進(jìn)終端生產(chǎn)企業(yè)及 芯片廠商制造更先進(jìn)、更豐富的產(chǎn)品。

摘自《自動(dòng)化博覽》2023年第2期暨《邊緣計(jì)算2023專輯》