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1、中國聯通2023年2月中 國 聯 通 5 G 專 網 賦 能 工 業 數 字 化白 皮 書第1章 工業數字化發展趨勢和5G關鍵價值31.1工業數字化主要發展趨勢31.25G在工業數字化中的關鍵價值5第2章 5G賦能工業數字化的技術和方案 62.15G賦能工業數字化整體架構62.25G工業生產網關鍵技術8第3章 中國聯通5G賦能工業數字化實踐案例113.1施耐德項目多園區專網賦能“5GLAN+集中化PLC”柔性產線123.2重慶長安項目5G網算業整體方案使能C2M柔性汽車制造143.3美的集團項目基于5G專網的家電制造產業鏈高效協同153.4勝利油田項目5G遠程數采和控制助力油田智能化生產173
2、.5廣東仲愷產業集群項目基于共享5GMEC賦能中小企業產業集群193.6長城精工項目5.5GuRLLC承載高要求工業自動控制213.7實踐案例總結22第4章 中國聯通5G專網賦能工業數字化整體體系234.1工業5G專網場景化解決方案234.2行業客戶自服務平臺254.3工業5GMEC應用生態264.4工業5G服務支撐體系28第5章 5G賦能工業數字化產業展望30目 錄總策劃:梁鵬范濟安澹臺新譜劉北陽主編:陳丹荊雷王常玲赫罡范斌齊方紅蔡超辛榮寰楊錦洲史全水顧俊編委員會成員:肖羽傅成龍邱學趙宇王海曹捷蔡慶宇呂濤程景浩李興林陳堅光王振劉潤程李彬關少峰王海征呂軒唐尚禹張艷曹廣山劉凱王建偉付秀寧張倩王世
3、如尹瀚華徐存良苑東平閆麗娜喬雷余暉張亮王保兵何平支持單位:中國信息通信研究院施耐德電氣(中國)有限公司重慶長安汽車股份有限公司美的集團股份有限公司中國石油化工股份有限公司勝利油田分公司保定長城精工鑄造有限公司華為技術有限公司中國聯通5G專網賦能工業數字化白皮書編寫委員會行業5G專網經過近幾年的發展,已經成為行業應用創新的重要技術底座。工業制造是5G賦能行業的重要領域,隨著5G與行業的結合更加深入,5G行業專網也成為了使能工業數字化轉型的關鍵基礎設施。中國聯通在工業5G領域進行了積極的技術探索和深入的項目實踐。中國聯通基于5G行業專網PLUS產品體系、5G LAN、uRLLC等關鍵技術,打造了施
4、耐德、長安等多個業界領先的5G工業數字化項目,實現了工業生產網5G化、5G進生產內網、5G承載工業控制,真正實現了5G承載核心生產環節。5G生產網的商用項目實踐明確了工業生產網5G化所帶來的柔性產線無線化、高靈活性、一網多用、算網一體等價值,幫助企業實現降本增效,推動了企業的數字化轉型進程。此次發布的5G專網賦能工業數字化白皮書基于中國聯通的技術探索和項目實踐,結合技術與實踐,給出了“5G承載工業核心生產環節、賦能工業數字化轉型”的整體發展方向和藍圖。白皮書對5G成為工業數字化基礎設施所涉及的多種關鍵技術和不同類型的專網形態給出了詳細介紹,并以案例分析的方式,分享了中國聯通在不同典型行業項目實
5、踐中所總結出的洞察和經驗。前 言3中國聯通5G專網賦能工業數字化白皮書1.1 工業數字化主要發展趨勢在數字經濟和產業數字化的大潮推動下,各行各業當前都走在數字化轉型的道路上,積極探索新的技術體系、業務模式,以及新的生產關系。在工業制造領域,工業數字化已經成為熱點產業方向,其主要涉及如下幾個方面:第一章工業數字化發展趨勢和5G關鍵價值4中國聯通5G專網賦能工業數字化白皮書 新型工業體系隨著工業數字化深入發展,工業體系架構也不斷演進。主要表現為工業3.0時代基于ISA-95的多層金字塔體系架構正向工業4.0時代的兩層體系架構發展。MES、SCADA與ERP在本地邊緣計算節點上共部署,PLC基于功能
6、和實時性逐漸分化為分布式控制單元DCN和集中化虛擬化PLC,集中虛擬化PLC也部署在本地邊緣云,分布式控制單元逐漸與現場設備融合形成智能化設備。新型工業體系可以更好的支持OT/IT的融合,支持快速靈活的制造過程,從而實現工業體系的數字化轉型。同時,新型兩層架構要求設備端側與邊緣云之間的網絡提供高可靠、低時延等能力,從而保證生產數據采集和控制的要求。融合網絡體系網聯化是實現數字化的前提和基礎。網聯化過程中,不同業務對通信的訴求不同,導致制造企業會部署多套不同網絡系統,包括工業以太網、工業WIFI、UWB、藍牙、RFID等。多套網絡的布線及運維系統引入了復雜性,另外,非授權頻譜無線技術也難以保障生
7、產所需要的穩定性和安全性,因此工業企業對一張兼容各種業務和需求的融合網絡的訴求日益強烈。同時,市場的需求不斷多樣化和定制化,向企業提出了更強的柔性制造要求。柔性產線是柔性制造的一個重要方面,意味著較頻繁的產線重組和換型?!按罘e木”式的快裝方式是柔性產線設計的關鍵,在“搭積木”過程中對電、氣、通信的快速可靠的連接亦是關鍵。為了滿足上述訴求,實現通信的無線化,被認為是實現柔性產線的重要前提。以上需求驅動著企業網絡系統,從多張網向融合一張網轉化,從有線向無線轉化,從非授權頻譜技術向授權頻譜技術轉化,從而形成新型的融合網絡體系。5中國聯通5G專網賦能工業數字化白皮書 協同產業鏈體系工業企業的產業鏈體系
8、是一個協調統一的整體,它由不同地域的供應商、不同地域的客戶、多種類的物料、多樣性的物流鏈等多部分組成。一方面,客戶需求變化性和響應及時性的不斷提高,企業對供應鏈數字化提出了新的要求,例如對供應商生產設備的數據采集和實時監控、統一MES和實時訂單協同等。另一方面,企業也通過預測性維護、遠程服務指導等方式,向客戶提供更加實時、有效的服務支撐。實現協同的產業鏈體系,需要基于廣域的網絡將產業鏈各環節結合成一個有機整體,5G是一個合適的選擇。1.2 5G在工業數字化中的關鍵價值5G作為先進的無線移動通信技術,結合其大帶寬、低時延、廣連接的特性,以及分布式多樣化的基于UPF/MEC的行業網絡架構,成為了行
9、業數字化轉型的關鍵技術底座。5G對工業數字化轉型的支撐,主要體現在如下方面:5G專網支撐新型工業體系5G網絡+MEC邊緣計算的“網絡+計算”的架構,天然與工業4.0二層架構匹配。5G生產網實現從產線工業設備通過5G連接,一跳到平臺,通過UPF/MEC作為數據匯聚和分流節點,與工廠網絡和系統對接?;?G的生產網絡可以簡化工廠網絡系統,建立符合工業4.0新型融合工業體系的工業ICT架構。5G專網實現融合網絡體系5G作為安全可靠的基于授權頻譜的移動無線通信技術,可以作為工廠ICT基礎設施,承擔工業生產網的職責。使用5G網絡替代傳統的有線工業生產網絡,承載核心生產環節及基礎生產系統,包括MES、SC
10、ADA、PLC工業控制,以及機器視覺質檢、智能視頻監控、AGV等。通過一張5G網,替代多張傳統工廠網絡系統,支撐無線工廠和柔性產線的實現。并且,基于5G LAN技術,5G網絡可以與傳統工廠網絡如工業以太生產網無縫融合,統一架構統一拓撲,實現基于5G的OT/IT融合。5G專網打造協同產業鏈體系工業企業在使用5G作為局域的工業生產專網的同時,也可以利用5G的廣域網絡特性,實現產業鏈上下游的聯網整合,從而實現基于5G的融合產業鏈體系。企業可以基于廣域的5G專網,實現對供應鏈企業生產設備數據的采集和監控,以及實現對客戶側的遠程虛擬現場服務和支持?;?G的“移動性、大帶寬、低時延、高可靠”等特性,工廠
11、還可以構建更多的工業數字化創新應用,包括5G機器視覺、5G智能視頻、5G數字孿生、5G預測性維護等,服務自身生產的同時,實現對產業鏈的管理以及對外部的賦能。6中國聯通5G專網賦能工業數字化白皮書2.1 5G 賦能工業數字化整體架構與4G相比,除了時延、帶寬等更加強大的性能,5G的重要價值是其靈活的架構形態?;赨PF/MEC節點多樣化的架構和部署方式,可以根據不同類型工業客戶的需求,構建出不同類型的5G專網。通常來講,大型企業需要使用專用的5G網絡,包括專用的UPF/MEC節點,以承載關鍵的本地化生產類應用。對于中小企業、產業集群、產業園來講,則傾向基于共享式的5G系統獲取服務,以達到低門檻低
12、成本使用5G的目的。適應不同訴求,5G賦能工業數字化整體架構有如下選項。第二章5G賦能工業數字化的技術和方案7中國聯通5G專網賦能工業數字化白皮書 基于獨享5G專網和MEC,實現5G與工業生產網融合對于要求較高的大型企業,或者5G使用程度較深的企業,可以使用獨享的5G專網和MEC,通過本地專用的部署形態,建設5G生產網。根據項目實踐的情況,5G專網從能力到可靠性方面已經達到通常的車間生產網要求,可支持企業構建基于5G的無線化柔性工廠。企業可使用專用5G基站實現車間內部的5G生產網覆蓋,同時使用入駐到工廠機房的UPF/MEC節點,實現所有網絡數據的本地處理,并具備本地化的網絡控制功能。5G化的生
13、產網可以支持常用的MES、SCADA、WMS等生產業務,以及部分工業控制類業務如集中化PLC等。5G生產網基于5G LAN實現5G與企業網絡的無縫對接,以及原生支持各種工業協議承載。其總體架構如下圖所示:基于共享5G專網和MEC,實現產業集群普遍賦能中小企業規模小、業務靈活,不便于使用完全專用的5G網絡。在這種情況下,可以基于共享的5G MEC+工業互聯網平臺和應用,以產業集群和產業園為單位,打造本地5G“連接+計算+業務”一體化使能節點,賦能產業集群或產業園區中的廣大中小企業。8中國聯通5G專網賦能工業數字化白皮書除此之外,也可以基于廣域的5G專網,實現多園區的5G專網架構。以及實現通過5G
14、對接產業鏈上下游企業,實現供應鏈數據統一采集,實現產業鏈數字化。2.2 5G工業生產網關鍵技術工業數字化不斷發展,工業生產網承載著“人、機、料、法、環”多方面連接訴求。5G專網作為融合的工業生產網絡,也需要結合多種關鍵技術,實現對工業級連接需求的支持。這些關鍵技術包括如下幾個方面。2.2.1 工業級組網5G用于工廠生產網,需要在組網能力上匹配生產網的拓撲架構,支持內網融合及高可靠冗余等架構要求。包括:5G LAN工廠車間內部的生產網通?;诙咏M網架構。5G與工業生產網的融合,要求5G具備二層通信能力,才能夠實現與傳統生產網的平滑融合和替代。常用的工業自動化控制所使用的工業以太網協議,也需要二
15、層網絡支持。5G LAN可以支持L2層LAN服務,實現5G在工業生產網中的即插即用,原生支持多種工業以太網協議。5G LAN也支持集群(子網)管理能力,支持不同生產業務的隔離,并且支持子網內的廣播、組播功能。UPF/MEC本地部署5G作為工廠生產網,承載工廠生產制造活動和核心生產環節,需要保障外部網絡事件不能夠影響內部生產網的運行,同時,5G生產網應作為企業生產內網的一部分,統9中國聯通5G專網賦能工業數字化白皮書一架構統一管理?;谏鲜隹紤],需要使用專享的5G UPF/MEC節點在企業側部署,結合本地化的5G控制面功能,實現5G生產網基于大網獲得管理運維支撐的同時,其業務運行不受大網影響,并
16、且實現5G進內網的統一架構。雙機熱備高可靠可靠性是生產網絡的首要考量。為了穩定支持企業的生產活動,需要提供高可靠的5G網絡系統。作為本地5G專網的核心節點,UPF/MEC需要在本地專享部署的前提下,進一步實現基于雙機熱備的高可靠能力,做到即便一臺UPF/MEC發生故障,也可以實現業務的快速倒換,對生產活動的影響最低化。網內算力 MEC5G MEC邊緣計算是5G網內的邊緣算力資源,MEC邊緣計算的部署與UPF結合,可以簡化設備和網絡的部署,也能減少分流點到應用的路徑迂回,實現網絡和算力本地閉環的最優架構。在工業場景中,可利用5G MEC的“網內算力”和“電信級高穩”能力,將MES、SCADA、A
17、GV調度、數據采集與分析等系統部署在MEC,實現從設備與I/O到服務之間的數據傳輸和應用處理全程在5G系統內完成。隨著連接無線化,設備智能化,架構扁平化的演進,越來越多的應用可以從工業現場遷移到邊緣,由邊緣計算平臺提供實時/非實時的混合計算能力,形成算網一體的工廠ICT底座。2.2.2 工業級能力 5G空口低時延高可靠工業系統尤其是工業自動化控制系統對網絡時延有比較高的要求。從3GPP R15開始,5G技術不斷發展,以提升5G確定性低時延能力。5G可以針對低時延需求業務配置獨立的5QI提供差異化服務,優化低時延和空口可靠性?;?QI的上行預調度功能,可以減少由于SR(Scheduling R
18、equest調度請求)流程引入的等待時延。PDCP層承擔著亂序包重排序的功能,避免觸發上層的亂序重排?;谏鲜瞿芰Y合UPF下沉部署,可以實現單向空口時延10ms,已可滿足大量生產網業務時延需求。另外還可基于5QI配置業務差異化IBLER,實現丟包率小于萬分之一,提升數據傳遞的可靠性。隨著5G向5.5G演進,為進一步提升5G uRLLC高可靠低時延能力,引入了雙頻互補TDD技術。通過引入兩段頻率,分別配置為互補的TDD配比,uRLLC業務以類似FDD的方式聯合使用頻率一和頻率二,從而獲得包括1)構建類FDD幀結構,空口零等待;2)兼顧低時延及eMBB共存;3)與公網TDD配比干擾共存等價值,進
19、一步提升5G承載工業控制的能力。5G核心網方面,3GPP 從R17開始規劃5G系統與應用之間建立周期性業務感知,并定義5G核心網的協同調度能力,可以達到提升調度效率、降低調度等待時延的目的。同時,3GPP R18正在研究XSO跨層調度協同技術,增強網絡對于應用的反向調度與同步能力。該技術不僅可以提升多業務流并存下時延的穩定性,還可以通過反向調度實現錯峰,解決并發瓶頸問題。如果工業網絡采用TSN技術10中國聯通5G專網賦能工業數字化白皮書組網,則可以采用3GPP R16開始定義的TSN網絡與5G協同組網方案。在該方案中,利用TSN自身的確定性調度能力,無縫與5G集成對接。實現TSN設備間通信在5
20、G上的傳送。5G 分布式Massive MIMO分布式Massive MIMO技術,將多個普通小區合并為一個分布式Massive MIMO小區,實現更大區域內的無切換,給AGV和掃描槍等移動設備提供最佳體驗?;诜植际組assive MIMO技術,在交疊區域可獲得聯合Beamforming增益,用戶體驗提升50%300%;在非交疊區域可實現空分復用MU-MIMO增益,實現34倍小區容量,大幅提升小區容量,使能高速率大容量業務如CCTV、機器視覺、數據采集等應用。2.2.3 工業級一網多用 5G室內定位5G室內定位主要采用3GPP標準的定位協議流程及UTDOA(Uplink Time Diffe
21、rence of Arrival,上行達到時間差)定位算法,通過對5G終端的無線信號實時測量,調用UTDOA定位解算核心算法,確定5G終端地理位置信息的技術?;?00MHz帶寬,可實現室內13米90%的定位精度。3GPP R18正定義基于200MHz/300MHz帶寬的5G定位功能,從而使5G定位可達到0.30.5m的定位精度。5G室內定位相比于傳統的WiFi定位、藍牙定位、GPS定位、UWB(Ultra Wide Band,超寬帶)定位等技術而言,其具備GPS無法滿足的室內場景定位能力,也有WiFi及藍牙定位沒有的抗干擾強、室外廣域定位能力,對比UWB具有頻段低功率大帶來的定位穿透能力強等
22、優勢。最關鍵的是,5G室內定位技術實現通信定位一張網的能力,即僅需建設一張5G網絡,同時滿足通信和定位能力,提高網絡利用率,有效分攤網絡建設及維護成本。無源物聯(Passive IoT)傳統RFID最早用于服裝和商超零售,之后逐步擴展到工業控制、能源電力、物流運輸等多個領域,典型場景包括制造和物流行業的資產管理。傳統RFID面臨著通信距離受限、部署成本高、讀寫器之間干擾嚴重、不支持粗定位等問題。面向這些挑戰,3GPP從R18啟動無源物聯技術研究和標準工作。無源物聯技術充分利用蜂窩基礎設施和授權頻譜的優勢,通過基站實現對無源標簽的激勵和感知,實現一網多能。借助蜂窩網絡上下行干擾抑制、優化編碼調制
23、方式、實時資源調度、多天線多節點聯合傳輸、移動性管理等技術,實現室外NLOS場景覆蓋大于150m,室內NLOS場景覆蓋大于20m的能力,為無源標簽提供“全程全網”的連接服務。11中國聯通5G專網賦能工業數字化白皮書第三章中國聯通5G賦能工業數字化實踐案例5G作為新基建的一部分,其重要作用就是支撐好產業的數字化轉型。中國聯通以“5G賦能行業”為己任,不斷在各行業領域深入探索,積極耕耘,不僅創新出大量瞄準行業需求的5G技術和能力,也積累了大量實際行業5G項目部署和服務經驗。在工業級5G專網方面,中國聯通已經具備了支撐項目規模復制的能力。下文將對部分典型5G賦能工業數字化的項目案例進行分析,作為行業
24、使用5G的參考。12中國聯通5G專網賦能工業數字化白皮書3.1 施耐德項目 多園區專網賦能“5G LAN+集中化PLC”柔性產線施耐德電氣是總部在法國的全球電氣自動化領域的行業領導者,世界500強企業。其工業自動化業務在離散制造領域全球排名第二,流程制造領域全球排名第四。中國聯通攜手施耐德和華為在全國9個省市、26家工廠進行多園區5G專網覆蓋建設,率先在商用項目中實現5G LAN承載工業控制,服務日常生產。并基于5G積極探索CT和IT、OT深度融合,構建新型生產業務模式與應用平臺,實現產業數字化轉型升級。業務需求:1.柔性產線升級:(1)產線換線復雜,換線效率低,需要實現工島無線化連接;(2)
25、多工島分散控制不良率高,工島間需協同控制適配,需要進行PLC集中化;(3)生產網絡承載核心生產環節,屬于企業內網,需要5G進內網。2.綠色雙碳升級:(1)降耗增效:施耐德集團制定了5年雙碳計劃,需要通過工廠數字化改造,逐步達成降耗增效的戰略目標;(2)企業綠色運營:施耐德總部與各工廠網絡互通管理成本高,需要基于數字化改造,達成總部集中式管理的低能耗綠色運營。3.多園區網絡統一架構統一部署:此次項目涉及全國9個省市26家工廠,需要實現多家工廠多個園區的網絡架構統一,技術能力一致,以簡化架構、降低管理成本,以及便于持續演進。主要場景:柔性產線是施耐德項目的核心訴求和核心價值場景。施耐德項目基于5G
26、 LAN成功承載PLC工業控制,并承載實際日常生產作業?;谥袊撏?G行業專網PLUS創新架構成功實現5G與企業工業生產網深度融合,實現“5G進內網”和“5G深入核心生產環節”。實現PLC集中化,通過5G網絡承載集中PLC對現場設備的控制。此項目實現了5G和PLC南向工業控制的無縫融合,證明了 5G LAN 架構融合、即插即用的特性。工廠使用的應用場景包括:1.5G+PLC工業控制:利用5G+PLC實現柔性產線,降低跨品種產線換型時間,縮短組裝產線的人工工時,從而企業節省投資。2.5G+工業數據采集:利用5G采集工廠內產線上各種設備的配置參數及運行狀態,并上報至數據處理平臺進行實時監控分析,
27、保證產線的穩定運轉。3.5G+AMR:利用5G網絡將機器人無縫對接,打通搬運、對接、揀選、存儲四大場景,可覆蓋物料出入庫、揀選、組裝、原料搬運、產線搬運、回收全環節,滿足施耐德對流程優化、安全生產和效率提升需求。4.5G+AI質檢:利用5G、云計算、機器視覺質檢、AI等技術,實現對產品外觀及外形全自動圖像采集、處理、傳送、智能識別與篩選,進而實現高效質檢和有效品質管控。施耐德工廠將部署至少2000個5G LAN 工業終端來實現上述應用。13中國聯通5G專網賦能工業數字化白皮書 使用的技術:1.定制化5GC多園區專網:中國聯通為施耐德建設了多園區協同的5G專網,具備高SLA能力:空口時延小于15
28、ms、網絡可用率99.95%、無線覆蓋率達到95%。網絡架構從上至下分為運營商網絡、施耐德北京數據中心和各地工廠。中國聯通建設政企客戶專用UDM負責統一開卡,保證網絡安全可靠;施耐德北京數據中心建設簽約數據管理平臺、綜合運維網管、5G專網管家平臺等,實現總部集約化管理;三個平臺使用既有的MPLS VPN專線實現跨廠區互聯;各地工廠部署專用UPF和控制面功能,在運營商統一管理的前提下實現“5G進內網”。2.行業首商用基于5GLAN的5G+PLC工業4.0柔性產線:采用5G專網30ms99.95%高可靠能力和PLC南向集中化設計實現傳統有線產線向無線柔性產線升級。全球首個采用5G LAN商用部署專
29、網項目,與傳統工廠生產網無縫融合,并原生支持工業以太網協議,實現承載工業控制。新智能柔性產線可以極大提升柔性產線的換線效率,減少PLC使用數量,同時簡化工廠整體組網。項目收益:5G+PLC帶來的柔性產線有效解決了施耐德產能不平衡和投資回報率低帶來的矛盾:跨品種產線換型可控制在10分鐘內,組裝產線的人工工時縮短23%,單條柔性產線可替代3條傳統U型線,最終節省47%的投資。5G+PLC南北向打通的成功實踐,也為之后5G+云化PLC的落地起到積極的助推作用。14中國聯通5G專網賦能工業數字化白皮書3.2 重慶長安項目 5G網算業整體方案使能C2M柔性汽車制造中國長安汽車集團有限公司,是中國汽車四大
30、集團陣營企業,全球有14個生產基地,33個整車、發動機及變速器工廠。2021年,長安系中國品牌汽車銷量累計突破2000萬輛。為了更高效、更高質量的滿足客戶交付需求,長安汽車著手建立渝北新工廠,目標打造一個全新、智能、高端新能源汽車制造工廠。業務需求:當前,汽車制造存在以下難點:1.工藝和供應鏈高度復雜;2.生產制造不確定因素多;3.質量要求高;4.產品生命周期長?;谝陨贤袋c,長安汽車希望基于5G,通過“端到端”的全價值鏈運營,引領行業從制造邁向智造,拉通質量、設備、交付等關鍵環節,打造C2M的產業模式,同時推進智能制造利用數智化技術,實現人與機器腦力協同,打造制造核心競爭力。主要場景:1.5
31、G融入制造核心環節:項目不僅實現了5G+數據采集、5G+能耗監測、5G+遠程運維、5G+AGV、5G+工業控制平臺等十多項工廠典型應用場景,還通過5G代替工業以太網深入工業控制,并基于5G邊緣計算進行vPLC的部署。項目實現了基于5G構建工廠生產網絡,替代PLC北向的工業以太網,以及承載PLC南向工業控制,賦能長安汽車產線柔性生產,首次全面驗證了5G融入工業制造核心環節的可行性。2.業務重構:以CPS精益制造體系為基礎,運用價值流4.0理念,從制造愿景、KPI、業務流程、業務指標、物理模型層層拆解細化,構建新工廠業務模式;通過數字化技術賦能,將工廠的業務流程優化并持續不斷深度挖掘數字化業務場景
32、,持續優化流程;不斷抽象通用的業務能力,為業務打破,重組提供基礎,實現業務快速的構建,能力不斷復用。3.系統重構:結合工廠傳統單體系統(包含MES、LMS、MQS、設備管理系統、能源管理系統、法規證書系統、停線管理系統等)打造微服務化、組件化、平臺化的系統能力,以接口、組件等形式共15中國聯通5G專網賦能工業數字化白皮書享給各業務單元使用?;跇I務場景,快速靈活地調用組件服務構建前端數字化應用,打破了傳統系統的煙囪式建設模式,同時抽象系統的組件,開發和開放個接口,為系統提供靈活多變的能力。4.能力構建:根據工廠業務,實現IO與IT的融合,通過了設備與系統應用的能力構建了汽車行業的物模型,更便捷
33、的物模型調用;結合工廠的應用應用場景,建立多種業務模型、算法模型、工藝模型;匯聚工廠所有數據,對數據進行數據的管理、數據的服務、數據的處理,持續挖掘數據不斷賦能工廠業務。5.虛擬工廠賦能:通過虛擬工廠模擬,實物工廠對照驗證的方式,促進業務流程改善進而促進實際運營指標的提高,打造生產制造過程全生命周期的閉環數字孿生平臺。涵蓋六大功能場景:仿真、可視、分析、預測、優化以及控制。使用的技術:1.5G高可靠工業專網:5G代替工業以太網進入工業控制,承載核心生產?;诙说蕉藰O簡組網,故障排查時間縮短50%以上,更好地保障了持續生產;2.5G+MEC工業控制平臺:利用5G極簡網絡、MEC現場交互,微服務架
34、構、快速迭代、容器化部署,支撐業務全調度、全監控和問題全追蹤;3.統一工廠數字底座:基于物聯網平臺、業務中臺、數據中臺、技術中臺、工業智能(AI)五大技術組件構建,以數據中臺為基礎,結合技術中臺提供的服務能力建立數據標準,融合業務,實現核心業務能力服務化和數據在線化,賦能業務創新與應用業務的不確定性。項目收益:此項目基于5G網絡和邊緣計算架構,幫助企業實現了數字化轉型過程的統一規劃部署,解決重復建設、網絡不通、信息孤島、數據獲取不到等問題,滿足企業生產無線化、柔性化、協同化等需求。項目基于5G LAN技術,原生支持二層工業以太網協議并承載PLC工業控制,以5G替代有線,實現端到端工廠生產網極簡
35、組網、網絡即插即用、分鐘級業務上線。通過實施5G生產網,實現了單個工廠生產效率提升10%、平均每年增產5萬輛以上,以每輛收入10萬元計算,項目平均年銷售新增產能50億元以上,單車制造成本減少150元以上,以年產200萬輛計算可增加利潤3億元左右。3.3 美的集團項目 基于5G專網的家電制造產業鏈高效協同美的集團是全球領先的家電制造企業,在全球擁有約200家子公司、35個研發中心和35個主要生產基地。2022年財富世界500強排名第245位。美的集團廚熱事業部順德工廠是全球第一大洗碗機生產基地,擁有近8萬平方米的洗碗機生產廠房,年產量達600萬臺,工廠機器人保有量達到650臺,被評為世界經濟論壇
36、(WEF)“燈塔工廠”。業務需求:隨著美的集團業務的快速發展,利用5G等數字化手段推進智能制造轉型和持續改善的產業協同16中國聯通5G專網賦能工業數字化白皮書體系尤為重要。美的集團急需解決三大核心業務痛點:1、物流過程不可視,錯誤入庫率高;2、供應鏈來料不良率高,退貨返單導致庫存積壓嚴重;3、產線切換慢,設備故障率高?;谝陨贤袋c,美的集團基于5G高精定位、云邊協同、泛在連接等一網融合的特性,實現物流全面透明可視,原料質檢前移至供應商端,縮短供應鏈,設備全連接提升效率。主要場景:1.5G+倉儲融合定位:在美的過往的倉儲物流系統中,夾抱車實時位置信息不可知,車行道易擁堵,貨物入庫后信息流截止,無
37、法確認貨物存放位置。中國聯通和美的集團基于5G+藍牙AOA融合定位的智能倉儲技術是5G融合定位在全球智能工廠中首次應用。應用部署后,工廠倉庫的夾抱車位置信息準確傳送至倉儲系統,與實物信息聯動,系統定位精度達亞米級,目前已上線超400臺物流夾抱車、牽引車、工裝車等物流設備,裝柜效率提升55%,有效降低工廠的倉儲成本。2.5G+ULCL智能貨車自動隨行預約:過往美的物流車輛需要手動預登記進入園區,進入后需要人工指引物流貨車前往指定停車區域停放,人員定期巡檢車輛停放是否規范。通過5G+ULCL智能貨車自動隨行預約,當物流車輛靠近園區定位感知范圍內,進行車輛軌跡跟蹤及自動預約,并導航至對應的卸貨、裝貨
38、車位,停車后自動進行信息上報,及時更新車位信息及車輛??寇囕v信息。目前已實17中國聯通5G專網賦能工業數字化白皮書現3000臺物流車實現全自動預約,年節省物流成本3600萬元。3.5GLAN+鈑金AI視覺檢測:過往供應來料存在不良率高、退貨返單頻次高等問題,且人工檢測存在標準不統一、長時間工作容易錯檢、漏檢等。AI視覺質檢應用的部署,通過5G將照片實時傳輸到MEC上進行AI自動分析、比對,即時將檢測結果下發到產線,輔助人為檢測。應用部署后,使得來料不良率降由4.5%將至1%,節約人工成本35%。使用的技術:1.專享高可靠5G邊緣網關:采用入駐式5G專網,與運營商大網斷聯時可啟用本地5GC控制面
39、功能,確保業務長期穩定運行;2.5G融合定位技術:使用5G蜂窩定位與藍牙、UWB等傳統定位技術融合,提供亞米級高精定位服務;3.5GLAN技術:在終端5G無線連接的組網模式下實現無線二層互聯,滿足組播/廣播、IP自管理等工廠內部二層即插即用的通信需求;4.5GULCL隨行專網技術:針對工廠工作人員,在不換卡不換號的前提下,終端可同時訪問互聯外網及企業內網的需求,實現一機多用。項目收益:5G應用的部署,使廚熱順德工廠生產成本降低24%、交付時間縮短41%、研發時間縮短30%、缺陷率降低51%。以此為范本,復制推廣至美的集團家用空調工廠、電熱電器工廠、環境電器工廠、飲水機工廠等,為美的集團降本增效
40、超億元,同時帶動產業鏈的超300家中小企業數字化轉型,推動家電產業鏈企業高效協作,促進區域經濟發展。3.4 勝利油田項目 5G遠程數采和控制助力油田智能化生產勝利油田是中國石化旗下一家集勘探、開發、生產與集輸一體的大型能源企業。截至 2021 年底,共發現油氣田81個,已累計生產原油12.7億噸。業務需求:勝利油田經過近60年的開采,原油含水量不斷上升、生產成本不斷增加,需要使用數字化手段提質增效。油井具有分布散、面積廣、位置偏遠、環境惡劣等特點,傳統生產方式多依賴人工巡檢和操作,維護工作量大,維護不及時,導致生產和維護成本居高不下。油田的設備類型多、協議不統一,有線網絡建設成本高、部署難度大
41、。窄帶物聯網存在帶寬不足、運行不穩定等問題,網絡抵御風險能力弱。上述網絡問題導致大規模數采、遠程控制、自動巡檢等數字化手段難以推廣應用。針對以上需求,中國聯通與勝利油田展開深度合作,打造油田5G生產網,實現了油區生產管理智18中國聯通5G專網賦能工業數字化白皮書能化、精細化、集約化,助力油氣生產提質增效。本項目已在勝利油田孤東、河口、孤島等多個采油廠應用落地,打造了1700多口智慧油井,部署了4900多個5G終端,是目前全球油氣行業應用規模最大的項目。主要場景:1.5G+大規模數據采集:使用中國聯通自研的工業級5G終端“先鋒者2號”DTU對油井載荷、壓力、溫度以及角位移傳感器等生產數據進行采集
42、、匯聚,通過 5G 網絡+MEC平臺回傳至監控指揮中心,實現對采油廠油井的遠程集中實時監測、異常告警,大幅提升生產效率。并且可以基于采集的海量生產數據,進行大數據分析,為生產運營決策提供輔助依據。2.5G+抽油機遠程控制:基于海量數據采集,通過對每一臺采油機的狀況進行智能化分析,計算出不同工況下的最佳預停位置,通過 5G 對抽油機進行遠程精準控制,避免了抽油機機械死點,實現節能降耗。3.5G+高清視頻監控:利用5G網絡大帶寬、廣連接的特點,將采油現場的多路高清視頻通過 5G網絡回傳至監控中心,實現單個基站覆蓋150口油井的高密度場景下高清視頻(1080P)的穩定回傳,從而實現采油廠成百上千口油
43、井生產數據、監控視頻等全量信息的集約化管理。19中國聯通5G專網賦能工業數字化白皮書 使用的技術:1.基于5G切片的SLA保障技術:針對不同業務,使用5G切片進行不同業務優先級保障。對于遠程控制場景,使用5QI=3等設置保障控制信號傳輸的低時延和高可靠性;對于視頻監控等實時性和安全性要求不高的場景,則使用5QI=8等設置。通過不同5G SLA配置,實現了一張5G網絡同時提供多種生產服務。2.5G大帶寬廣連接:依托5G大帶寬、廣連接特性,實現單個基站覆蓋150口油井的高密度場景下高清視頻(1080P)的穩定回傳,有效實現了勝利油田基于視頻流的安全生產智能分析。項目收益:通過5G智慧油井的應用,減
44、少了人工維護工作量,提升了生產效率,實現了生產管理的精細化、智能化、節能化。5G智慧油井方案助力采油廠設備采集齊全率、設備完好率、數據修正率及視頻上線率等指標明顯提升,促進生產作業高效穩定。通過5G+遠程控制,油井生產控制更加智能化,實現了油井一鍵、批量開井率由90%提升至100%。3.5 廣東仲愷產業集群項目 基于共享5G MEC賦能中小企業產業集群5G和MEC作為工業數字化基礎設施,也可以基于共享的模式,實現面向產業集群和產業園的數字化賦能?;葜菔惺侨蛑匾娮有畔a業基地之一。仲愷高新區是惠州重點電子信息產業區域,創造了全市49%規上電子信息產業產值,全區規上電子信息產業規模超1800億
45、元。中國聯通通過面向集群的5G和MEC針對集成中小企業業務差異大、成本敏感等特點,積極探索5G行業專網極簡化和5G公網專用“小快輕準”方案,進一步降低中小企業的專網建設成本和使用門檻,向集群內不同規模的企業提供連接和計算服務,實現了產業集群數字化賦能。業務需求:仲愷高新區電子信息行業主要存在以下需求:1.精益制造需求加大:面對電子行業個性化定制、小量多樣的生產模式,其產品技術、設計工藝等各個環節越來越復雜,龐大的生產數據對生產管理、網絡設施需求越來越高。2.產品質檢需求加大:電子行業元器件種類多、生產工序復雜,普通人工質檢作業難以滿足對原材料及各生產工序之間的生產質量、判斷標準等進行全程跟蹤、
46、反饋,不能及時掌握產品在線質量狀況。3.能耗管理需求加大:在“雙碳”目標和能耗雙控政策下,越來越多電子制造型企業開始關注自身能耗,用能成本作為生產制造類企業重要成本支出,也是企業重點優化的方向,進一步催生了節能降耗的需求。20中國聯通5G專網賦能工業數字化白皮書 主要場景:1.5G+數據采集:結合5G MEC邊緣云技術及5G切片技術,實現產線設備的泛在連接及時延敏感型業務實時處理、保密型業務本地閉環處理,實現設備全生命周期實時管理和生產管理需求。2.5G+AI質檢:通過5G搭配深度學習算法及AI視覺技術,對人員工藝行為、產品外觀瑕疵實現精準識別檢測,依靠5G MEC邊緣云實現瑕疵樣品本地篩選處
47、理,配合5G大帶寬、低時延特性實現高清瑕疵圖片毫秒級上傳,最終提高產品良率。3.5G+能耗監測:基于5G大帶寬、低時延、海量連接技術特性,解決傳統LoRa傳輸占用帶寬大、同頻干擾嚴重的問題,通過建立能耗監測及分析管理平臺,形成主動、精細、可持續化的能耗管理系統。使用的技術:通過搭建一張行業虛擬專網,統一承接集群5G應用,獨立下沉MEC,實現云邊協同,5G應用直接部署于MEC平臺,實現就近接入,重點面向仲愷電子信息產業集群搭建5G產業集群數字化轉型服務平臺,為集群內的企業提供基于“共享MEC+共享UPF”的5G網絡和業務服務,開創5G+工業互聯網創新產業集群新模式。項目收益:本次集群項目創新的商
48、業模式,通過面向集群的共享技術體系,為企業提供低成本的5G專網升級改造,加速5G與應用融合,從局部場景切入,實現降本提質增效,加快企業轉型升級。目前已在集群內10余家龍頭企業及20余家中小企業落地,從“開源節流”、“挖潛增效”、“質量保證”三個方面實現平均節能率26%、年節省電費超80萬、設備稼動率提升5%、產品良率提升2%、減少故障處理時間65%、提升管理效率20%、節省人工運維成本15%。同步打造產業集群數字化轉型平臺、產業質量檢21中國聯通5G專網賦能工業數字化白皮書測管理平臺,配套5G創新應用中心、建設5G管網運營平臺等,強化產業5G融合技術創新能力,構形成良好5G生態,持續引入多源投
49、資,帶動產業鏈上下游高質量協同發展,構建5G核心產業集群,加快培育經濟發展新動能,實現“留”和“引”兩手并舉抓穩鏈,在強鏈控鏈中推動產業鏈向高端躍升。3.6 長城精工項目 5.5G uRLLC承載高要求工業自動控制長城汽車在全國擁有十大整車生產基地,在海外建設有三大整車生產基地,精工自動化主要負責長城汽車新車型產線技術的研發和產線集成工作,同時也向奔馳、寶馬等知名汽車品牌提供完善的數字化、智能化、柔性化工廠系統集成解決方案。業務需求:目前長城汽車的產線信息采集采用標準以太網,如Profinet、EtherCAT等,協議接口眾多,使用成本大;網絡布線以有線為主,數據采集、工業控制獨立布線,投資成
50、本高,施工周期長。新車型的導入涉及網絡改造、網絡重建,工程復雜,網絡靈活性差,改造周期長,不適應產品的快速迭代。生產過程中由于設備長時間運行、磨損導致的網絡硬線故障,處理困難、解決時間長。目前全年累計因線纜拖拽/磨損導致的停機時間約60小時/工廠,停機時間及相關電纜/插針/repeater等傳統有線設備故障,預估每年影響6億的訂單交付?;谝陨贤袋c,聯通聯合長城精工、華為、勃敖等合作伙伴基于最新的5.5G超可靠低時延創新技術(uRLLC),探索建設首條5G汽車焊裝柔性試制產線,首次將5G技術應用在工業控制核心領域。主要場景:基于5.5G,長城和精工自動化正在建設的“黑燈工廠”,分布在零部件、整
51、車、新能源等車間。包括5.5G+智能物流系統、5.5G+自動化生產系統、5.5G+自動上料系統、5.5G+自動檢測系統等。1.工具切換場景:5.5G uRLLC可實現主PLC和機械臂控制柜對工具的全生命周期實時監測與控制。工具實時在線,減少重啟時間,提升單工位生產節拍500ms。減少插接節點、線纜拖拽所導致的通訊故障。實現主控PLC、機械臂控制柜、閥島、工具之間的扁平化組網。2.滑臺場景:采用5.5G取代與變頻器相連的高柔工業以太網線,減少硬件,降低成本,減少維護工作量;減少高柔工業以太網線的布置,降低了對坦克鏈空間的占用,降低成本;通過5.5G無線通信避免設備水平往返移動運動造成的物理通訊故
52、障(斷線、接頭松動等),提高設備可用率。使用的技術:5.5G uRLLC 替代有線承載PLC南向工業控制OT系統。通過互補TDD技術保障高可靠極低時延4ms99.999%,1年0宕機;支持RT業務和NRT業務一張網,產線扁平化組網,降低組網成本和組網復雜度;利用5.5G承載PROFINET、EthernetNet/IP等工業協議。22中國聯通5G專網賦能工業數字化白皮書 項目收益:5.5G技術的引入,對工業制造帶來的改變體現在三個方面:一是柔性化剪辮子,以5G-A uRLLC替代有線工業控制網絡,適用于不便于有線連接的移動類場景,以及降低產線變更造成的時間/成本投入和減少移動造成的通訊物理故障
53、。二是智能融合組網,5G提供IT非實時與OT實時多業務共用一張網的能力,車間內C2IO通信端到端時延小于4ms并保持高穩。三是工業控制應用創新,5G與工業的融合將加速機器人遠程IO化、云化/集中PLC的應用落地,降低網絡部署成本,云化算力和實時網絡也為工廠的智能化柔性生產夯實基礎。引入新車型時,使用5.5G組網,既可以節省有線投資,也可以節省部署時間,并可提升產能高達3億元/年。以線纜拖拽/損耗為例,每月導致停機48-72小時,平均60小時。按照每分鐘生產1輛車計算,則60小時可多生產3600輛車,提升產能6億/年。3.7 實踐案例總結上述項目實踐案例中,除長城精工項目為前沿技術探索項目外,其
54、余項目均為商用項目、日常生產實用。通過深度的技術探索以及項目實踐,中國聯通已經具備了以5G賦能工業制造數字化的核心能力。在廣度方面,中國聯通服務的行業范圍不斷擴展,典型應用場景涵蓋了國民經濟的52個大類,規模復制到40個大類,落地了1200多個5G全連接工廠。在深度方面,開展5G算網融合等核心技術攻關,助力5G應用從“外圍輔助”向“核心生產”環節持續縱深:基于5G LAN實現了5G+IT/OT架構融合和5G+PLC柔性產線;同時也在科技前沿持續探索,包括亞米級5G融合定位、5G uRLLC、穩定性低時延4ms99.999%等新技術?;谥袊撏ǖ臉藯U項目實踐,可以看到 5G專網使能行業數字化轉
55、型、賦能工業生產網和工業控制,已經完成以創新驗證為主的階段,邁入了以規模商用為主的發展新階段。23中國聯通5G專網賦能工業數字化白皮書第四章中國聯通5G專網賦能工業數字化整體體系5G賦能工業數字化,需要基于增強的5G能力和架構,以“工業5G專網”的形態,向工廠用戶提供一攬子的解決方案?!肮I5G專網”除了5G網絡和計算本身,還需要與完善易用的行業自管理平臺、豐富開放的工業邊緣計算應用生態體系、強大可靠的工業級5G服務支撐體系相結合,從而使得工廠可以基于工業級的網絡、計算、平臺、生態、服務,真正開展關鍵生產活動。下面將對中國聯通在上述幾個關鍵領域中提供的能力進行分別介紹。4.1 工業5G專網場景
56、化解決方案4.1.1 通用5G專網PLUS中國聯通基于5GC 2B“集中一朵云、分布一張網”的立體網絡架構,持續創新5G專網PLUS產品。面向5G全連接工廠“建網”和“聯網”需求,提供虛擬專網、混合專網、獨享專網三種工業5G專網PLUS 產品形態,包含卡、基站、傳輸、5GC等基礎產品和切片、5G LAN、5G融合定位等網絡增值能力、網絡服務、客戶自服務、MEC應用、安全產品等增值產品兩部分??蛻艨砂葱栌嗁徆I5G專網場景化解決方案包。24中國聯通5G專網賦能工業數字化白皮書5G虛擬專網:面向產業集群類,腰部或以下中小企業,基于切片、共享UPF/MEC,提供公網專用、資源優先保障的工業5G專網能
57、力,典型案例如廣東惠州仲愷電子城。5G混合專網:面向家電/鋼鐵/港口等局域場景行業客戶需求,基于UPF/MEC下沉至工廠,提供數據隔離、按需定制的工業5G專網能力,典型案例如重慶長安項目。5G獨享專網:面向安全性可靠性要求較高的行業客戶,基于5GC/MEC下沉,提供獨享資源,高安全隔離的工業5G專網能力,同時可提供高可靠UPF、5G LAN等專網增值能力,典型案例如施耐德項目。4.1.2 工業行業專網產品3.0針對工業客戶需求,中國聯通全新升級了5G行業專網產品體系3.0,目前已服務超過3500個專網客戶。中國聯通面向細分應用場景,不斷迭代基線化的網絡方案,定義模板化的配置參數,推出“十大場景
58、化5G專網產品”,涵蓋礦山、鋼鐵、裝備制造、港口等十大垂直行業,實現專網能力三大縱深,筑牢5G算網融合基座。以5G裝備制造專網為例,面向數據業務隔離、設備協同運行要求,專網產品提供集約化運維、承載PLC工業控制等能力,全面賦能裝備制造數字化。5G裝備制造專網種類包含面向通用/精密裝備制造企業業務的標準版/增強版。標準版基礎產品為獨享UPF/MEC+5G基站,增強版基礎產品為獨享5GC/MEC+5G基站;專網增值產品根據裝備制造實際業務應用對專網的差異化需求,搭配業務專屬增值產品包,比如在AI質檢場景中融合AI質檢上行增強包(200Mbps)、AI質檢時25中國聯通5G專網賦能工業數字化白皮書延
59、優化包(100Mbps)、AR輔助數據服務包等。中國聯通場景化專網產品系列創新成果,將協同應用場景深耕、行業終端定制、產業生態融通,持續推動數字技術融合創新,持續引領行業高質量發展。中國聯通5G專網體系3.0“十大場景化5G專網產品”產品手冊鏈接如下。4.2 行業客戶自服務平臺當5G真正進入企業核心生產環節,成為工業生產網的重要組成部分,從行業的角度,需要隨時對5G網絡各個網元及終端的工作狀態進行監控,并且需要有能力對網絡進行一定的自主管理,包括故障定位等。為了實現上述目的,中國聯通打造了5G專網管家平臺,不僅為工業客戶提供自運維、自運營、自管理服務,還為客戶提供豐富的安全、位置服務等能力實現
60、與工業應用的協同,充分賦能工業數字化運營。4.2.1 企業自助運維管理中國聯通5G專網管家著力于以數字化、智能化的方式滿足工業客戶自助運維管理需求,在可視、可維、可管三個維度不斷深入,提供遞進式服務。在可視方面,專網管家通過對無線網、核心網、傳輸網、MEC、專網CPE等各類專網設備信息進行聚合,實現5G專網端到端網絡運行一點可視;針對工業場景提供專屬網絡監控模板,并提供網元級、用戶級、工業業務級的SLA實時監控;此外,面向大型工業集團跨省市的多個工業園區,提供跨域的網絡監控管理服務能力,便捷客戶集約運維。在可維方面,工業用戶可通過一鍵體檢功能迅速了解網絡服務質量與問題點;使用自助撥測與端到端故
61、障定界功能,精準定位工業應用數據傳輸問題范圍,實現快速排障。除此之外,專網管家還提供網絡質差風險預警和網元/用戶/業務級自助重保監控能力,為工業客戶提供智能化自助運維手段。同時,工業客戶可通過5G專網管家獲取聯通內部專家的服務支撐,包括滿足業務咨詢、一鍵報障等需求。在可管方面,5G專網管家可對工業內網、專網終端、無線網、核心網、MEC等設備節點進行端到端網絡管理,支撐客戶實現數字化集約管理和跨設備聯動配置。4.2.2 工業應用能力開放和協同為了更好的支撐工業應用安全高效運行,中國聯通5G專網管家基于網業協同能力,提供了安全、位置、數據、組網等特色服務。安全服務提供了從接入控制、安全傳輸、風險監
62、控、事件處置到安全審計的閉環安全能力。通過接入認證、熱點管控等實現接入安全,通過終端及業務訪問控制實現訪問安全,通過隧道保護等實現傳輸安全,通過網絡威脅監測等實現告警預測,通過違規阻斷實現快速處置,通過攻擊溯源實現安全審計,為行業客戶提供了全流程閉環網絡安全保障。5G專網管家提供基于專網的終端位置服務。一方面提供終端實時位置信息滿足AGV等應用需26中國聯通5G專網賦能工業數字化白皮書求,提供歷史軌跡的集中監控滿足工業生產業務終端的日常管理需求;另一方面提供可自定義安全規則的終端電子圍欄和專網周界安防功能,幫助企業低成本實現對終端位置的精細化管理和對敏感生產區域的安全防護,為企業提供生產安全保
63、障。5G專網管家面向工業數字化需求,提供了三類數據服務,其一是網絡日志回溯支撐設備故障診斷分析,其二是工業協議解析支撐工業數采分析應用,其三是數據報文頭增強/卸載處理等數據處理服務實現專網數據與工業生產融合。5G專網管家為工業客戶提供彈性組網服務支撐柔性生產需求,包括提供彈性的用戶帶寬控制、號卡級的精確路由和業務重定向,實現工業場景的網絡靈活調配和精細化控制。4.2.3 多架構多場景適配為適配工業場景不同的組網需求和工業客戶對數據的個性化管控要求,5G專網管家支持云化、分布式、私有化等多種部署方式,實現工業場景的靈活適配。同時提供標準的能力開放服務,助力工業企業開展網業融合管理。4.3 工業5
64、G MEC應用生態除了通過5G的網絡連接能力和計算能力,提供工業數字化賦能,中國聯通也致力于構建開放的工業5G MEC應用生態,與產業界合作伙伴緊密合作,共同向工業企業提供一攬子的完整數字化轉型解決方案和服務。4.3.1 MEC工業應用能力中國聯通5G MEC工業應用能力涵蓋邊緣異構算力、邊緣場景化組網、邊緣工業應用管理三個主27中國聯通5G專網賦能工業數字化白皮書要方面。邊緣異構算力靈活調用:隨著智慧制造的快速發展,工業應用對算力需求呈現多樣化趨勢,如工業圖形設計、AI類應用需要能提供高算力的GPU云主機來承擔邊緣工作負載,數采類應用需要輕量級且快速啟停的容器來承擔邊緣工作負載。中國聯通5G
65、 MEC算網一體化基座提供CPU/GPU/DPU等異構算力,通過對虛機和容器的統一調度編排,提供良好的彈性資源擴縮能力,為工業多樣化應用提供一致的邊緣算力服務,實現工業領域跨層、跨域一致體驗和協同服務。邊緣場景化組網安全可靠:為適配工業企業多廠區場景,兼顧全連接工廠中對辦公、生產等不同的組網安全需求,中國聯通5G MEC通過虛擬云化網關,以軟件的方式實現交換機、路由器、防火墻等網絡功能,確保邊緣業務靈活開通、快速上線,在全連接工廠中實現邊緣分流、云邊/邊邊協同、邊緣服務訪問、企業專線等全量邊緣網絡服務場景。邊緣工業應用管理場景賦能:中國聯通5G MEC聚焦工業控制、工業數據管理和工業運營管理,
66、承載三類工業應用:工控云化PLC,實現L1L3層的工業控制、監視操作、智能應用等功能,集成傳統工控機和PLC的全部功能,并配套提供IEC61131-3標準圖形化組態編程套件且內置豐富協議庫,輕松實現移動化、智能化、協同化工業控制場景;雁飛格物DMP,實現物聯網設備統一接入、統一管理;工業MEC運營管理,實現5G+工業網絡的智能感知服務,提供AGV調度、工業AI等業務綜合分析能力,并搭建時序數據進行3D建模,打造數字孿生,為工業SAAS應用賦能。4.3.2 MEC工業應用實踐中國聯通充分利用運營商優勢,構建邊緣生態端到端孵化流程,打造MEC生態開放平臺,開放邊緣能力接口,對應用進行全生命周期管理
67、,涵蓋應用開發設計、應用分發、應用運行三個階段:某汽車制造廠商希望通過“5G+機器視覺檢測”實現對不同制造基地內生產車間的汽車五門(四28中國聯通5G專網賦能工業數字化白皮書個車門一個后備箱門)進行誤差不超過0.5mm的縫隙/兩面高度差的外觀檢測,并對車門鎖、門框等部位進行手工縫隙調整。中國聯通MEC生態開放平臺將AI視覺檢測軟件以虛擬機或者容器的方式部署到MEAO上,實現一點分發,多廠區同步檢測。在應用開發設計階段,通過集成開發平臺,聯動OTT廠商、ISV/應用廠商、開發者等不同生態角色,對AI視覺檢測軟件進行適配開發、測試、自動構建和持續集成,孵化出5G+機器視覺檢測鏡像;在應用分發階段,
68、對集成開發平臺生成的鏡像包進行ATP認證、安全掃描和業務認證,上傳至中國聯通MEAO應用鏡像倉庫并進行共享、分發;在應用運行階段,中國聯通MEAO與5GC虛擬沙箱環境進行互聯互通,就近接入不同廠區的邊緣節點,進行應用訪問和后續治理。上述應用孵化,有效減少了人力投入成本,優化了現場調試時間,實現了對汽車零部件車間的產品質量全流程追溯。4.4 工業5G服務支撐體系5G用于工業生產,工業企業也會對運營商提出更高的服務保障要求,以保證其生產活動持續正常開展,故障及時解決。中國聯通圍繞“規建維優?!钡膶I服務和可視、可管、可控、可用、可維的“五可”自服務能力,為客戶提供一站式交付運維支撐服務,保障5G專
69、網業務高質量交付、運維,并滿足客戶自管理自服務的要求。29中國聯通5G專網賦能工業數字化白皮書 網絡規劃服務對工廠網絡進行總體規劃,輸出覆蓋規劃、容量規劃、總體網絡邏輯架構圖、物理網絡組網架構圖。對可用性要求高的客戶,進行高可用規劃,設計設備加固方案、容災組網方案、保護路徑及倒換方案,制定業務隔離策略以及域間安全策略。中國聯通集團自主研發了工廠網絡規劃仿真工具“智能規劃仿真云平臺”,具備現網數字孿生、網絡拓撲設計、業務路由規劃、故障模擬仿真等功能,平臺能夠根據網絡參數,自動進行板卡選型配置,并根據選配的板卡,進行性能模擬計算,具備進行多策略路由規劃能力,如最短時延、最少中繼、最優性能等路由選擇
70、策略,進行多方案量化指標分析比較。業務集成部署服務根據業務規劃和網絡規劃設計方案,提供網絡服務部分的部署集成服務,并提供業務開通集成驗證等服務;為企業或三方提供業務集成方案,業務上線后提供網絡側支撐配合,并制定網絡側驗證方案。網絡優化服務基于中國聯通集團自主研發的無線網絡專家系統,在工廠網絡及生產業務上線后,持續提供網絡優化服務,建立的SLA可視監控體系,根據業務場景進行無線性能分析、核心網性能分析,并根據業務性能監控及測試結果分析、識別劣化指標并進行處理閉環;以及業務變更或新業務上線等變化后提供網絡調優服務。網絡分級保障服務為客戶提供售后7x24小時技術支持業務咨詢和故障處理、巡檢服務、培訓
71、等服務。包括:現場備件服務、駐場服務、網絡托管服務、重大活動保障服務等。30中國聯通5G專網賦能工業數字化白皮書第五章 5G賦能工業數字化產業展望產業數字化是數字經濟的重要方面,而產業數字化的主體就是工業數字化。推動工業數字化轉型,有助于社會生產力完成新的迭代升級,實現更加高效、綠色、低碳,以及高價值的生產活動,并且做到降低人的勞動強度,改善人的工作環境,真正做到以人為本。不論是單個工廠的數字化轉型,還是多個園區的數字化轉型,還是產業集群的數字化轉型,以及產業鏈的數字化轉型,強大、易用、靈活、可靠、安全的網絡和計算系統都是極其重要的基礎設施。沒有聯網就沒有數據,沒有數據就沒有智能,沒有智能,就
72、不會有真正的自動化與數字化。5G作為新型數字化基礎設施的重要組成部分,基于其移動性、高性能、靈活架構等能力,在推動產業數字化轉型的過程中起著不可取代的支撐作用。中國聯通是領先的5G行業專網服務提供商,構建了多個業界領先的5G數字化工廠標桿項目,并將在工業領域持續投入,基于中國聯通先進的5G網絡和技術,以及完備的平臺和支撐體系,做好服務和支撐工業數字化轉型的工作。在此,中國聯通也呼吁5G產業鏈各方,包括芯片、模組、終端、設備、運營,以及工業產業鏈各方,包括應用、集成、工業裝備等,以“建設5G全連接工廠、5G賦能工業數字化轉型”為共同的目標,建立健康活躍的5G工業數字化產業體系,緊密合作,共同開創
73、基于5G的工業數字化新時代!31中國聯通5G專網賦能工業數字化白皮書縮略語縮略語全稱ARAugmented Reality:增強現實CAGClosed Access Group:封閉接入組CNCore Network:核心網CSACommunication Service Availability:通信服務可用性CSMFCommunication Service Management Function:通信服務管理功能DIYDo It Yourself:自助DNNData Network Name:數據網絡名稱DTUDistribution Terminal Unit:配電終端FlexEFle
74、xible Ethernet:靈活以太網IIoTIndustrial Internet of Things:工業物聯網KPIKey Performance Index:關鍵性能指標LANLocal Area Network:局域網MECMulti-access Edge Computing:多接入邊緣計算MTNMetro Transport Network:城域傳送網NFVNetwork Function Virtualisation:網絡功能虛擬化NSMFNetwork Slice Management Function:網絡切片管理功能NSSMFNetwork Slice Subnet M
75、anagement Function:網絡切片子網管理功能PDCPPacket Data Convergence Protocol:分組數據匯聚層協議PLCProgrammable Logic Controller:可編程邏輯控制QoSQuality of Service:業務質量RANRadio Access Network:無線接入網RBRadio Block:無線塊SLAService Level Agreement:業務等級協議TDMTime Division Multiplexing:時分復用TNTransport Network:傳輸網TSNTime Sensitive Network:時間敏感網絡UPFUser Plane Function:用戶面功能uRLLCUltra Reliable Low Latency Communication:高可靠低時延通信VNFVirtualised Network Function:虛擬網絡功能VRVirtual Reality:虛擬現實OTOperational Technology:操作運營技術V2XVehicle-to-everything:汽車和其他相關設備的通訊AGVAutomated Guided Vehicle:自動導引運輸車