基于5G+工业互联网驱动制造业数字化转型

张智尧

（中国联通徐州分公司 江苏 徐州 221000）

引言

今年面对疫情，全球经济发展面临复杂的国内外情势。一方面，新基建企业发展以5G、工业互联网、AI、大数据为代表的技术创新，新基建向实体市场经济领域中深入探索，通过这些改变千行百业的发展观念，带来产品服务质量的一次质的飞跃。徐工在全球工程机械领域内始终保持强势增长，徐工借助“一带一路”的发展战略以及现有疫情过后的复工复产，加速中国乃至全球的产能提升，进一步完善销售服务体系，2020年底并未受疫情的影响，全球工程机械排名第四位。

当前企业对工业互联网的诉求主要聚焦在工业内、外网的改造、设备联网、智能化系统升级及工业智能制造能力上，加速实体经济向数字化转型。

5G+工业互联网对整个行业的发展具有里程碑的意义。一是解决企业的高成本，5G+工业互联网的部署可以帮助徐工提高效率，提升人员生产效率，进一步降低企业成本，扩大企业产能。二是推动产业数字化发展，加快5G+工业互联网技术应用推广，有助于推动整个产业链的智能化拓展、延伸和改造，进而可以带动整个行业向高端化迈进。三是推进企业创新，5G+工业互联网的发展，演进出网络协同化、规模定制化、服务延伸化等新的创新模式，推动先进制造业和现代服务业深度融合，促进产业和企业开放融合发展，在提升徐工在全球产业发展能力的同时，打造新的数字经济不断增长的空间。

1 工业互联网体系

为进一步推进工业互联网的发展，基于工业互联网的网络、数据、安全三大体系，由工业互联网产业联盟提出，聚焦打造三个闭环优化，即基于生产决策执行的闭环优化，基于生产设备运行的闭环优化，基于产品销售服务体系的闭环优化。

在工业互联网中，数字孪生体依赖服务的接口，调用各种模型的计算结果和原始数据。通过数字模型、三维模型、可视化模型把生产、运营这些事情做好，但工业互联网也面临挑战，不断优化算法进行模型，对建模进行深入的演算，而且工作量庞大[1]。

工业互联网是对通过海量的数据采集后，算法模型导入，分析后获得生产设备运行状态，融合了传统工业、信息通信、计算机软硬件、数据科学等诸多领域的最新技术与产业实践。

2 网络实施框架

工业互联网网络建设目标是构建全要素、全系统、全上下游产业链互通的新型基础设施。从架构来看，在设备底层和应用层共同建设企业内部网络，建设企业信息网与园区专网，在网络层通过运营商构建信息交互体系。

2.1 生产控制网络建设

生产控制网络的实施目标是在设备层和应用层之间，建设高可靠、低时延、高安全的网络体系，为了支撑智能制造生产环节中的人、机、料、法、环全面的数据采集、远程控制、孪生体监测、自动化管理、大数据分析等。

2.2 企业与园区网络建设

企业与园区网络实施核心在与企业层建设的海量连接、极高可靠、广泛覆盖的企业与园区网络。企业与园区网络主要部署的设备包括：用于连接多个生产控制网络的网络设备、用于办公系统、业务系统联通的通信设备、用于实现企业/园区全面覆盖的无线网络（4G/5G、WiFi等）、用于企业与园区的SDN网络设备、用于企业内数据汇聚分析的数据服务中心、以及用于接入工厂外网络的路由器[2]。

企业与园区网络建设的基本要求是大带宽、低延时高可靠、高安全的网络，关键是实现敏捷的网络管理、无死角的网络覆盖、无缝的边端云的协同运作。

3 工程机械企业基于5G的应用场景

3.1 基于5G的机器视觉检测

面向外观质量要求高的产品或外观检测难度大的回转齿轮提供整体解决方案服务；基于机器学习和图像分析技术帮助客户进行外观的质量检测，进一步为客户提高质量、降本增效。如图1所示

3.1.1 工程机械企业的痛点

回转支撑齿轮光洁度不符合要求，肉眼很难识别，对于安装后发现不合格的产品，需要二次返厂人工打磨。

3.1.2 解决方案

利用机器视觉检测系统对上述工序进行自动识别，对于不合规的产品现场返修。

3.1.3 为什么用5G

基于5G的大带宽技术将工业相机拍摄的高清照片上传至服务器，经计算分析比对再利用5G低时延特性将检测结果反馈至现场。一方面减少了人工操作产生的差错，另一方面大大提高了生产效率。4G的网速和时延不能满足要求，WIFI的稳定性难以保证长时间频繁处理使用的要求。

3.1.4 效益分析

借助机器视觉检测可以给企业节省每年400万设备返修的人工费和运输费。

3.2 基于5G的AI高清视频人员行为分析

3.2.1 工程机械企业的痛点

①人员在生产过程中的行为管理不规范会直接导致人身安全或生产事故；②人员的生产效率无法精确统计。

3.2.2 解决方案

通过5G+AI技术的超高清摄像头对人员行为分析及工作效率统计。

3.2.3 为什么用5G

基于5G的大带宽技术将超高清相机拍摄的高清监控视频上传至服务器，传统的WIFI或4G无法满足大带宽的需求，现有4K/8K高清摄像头依赖超大上行量，目前5G的大带宽特性是最佳无线解决方案[3]。

3.2.4 效益分析

通过AI高清摄像头部署，大幅减少人员的危险行为和安全生产，员工作业效率提升67%。

4 智能制造的预期效益目标

通过徐工5G+工业互联网的实践，企业在“数字化”转型上取得了初步应用成果。

①生产管控数字化应用逐渐成熟，实现降本增效。生产效率提升25.8%，运营成本降低24.4%；②资产管理的数字化大幅提升，保障设备能源效率。产品查找周期降低32.6%，一次交验不合格率下降23.3%，能源利用率提升12.8%；③产业链价值链一体化探索进展显著，提升经济效益。通过5G专网的打造，提升产品生产全流程的监控，产品质量的把控，每年增产约540辆工程机械车辆，增效3.5亿元[4]。

5 结语

整个疫情结束后，我国的经济补缺式快速发展，尤其是数字经济及其产业加速推进。特别是像5G、工业互联网、智能制造、人工智能、大数据等新基建带动了整个产业链条。

新基础设施不同于以往的传统基础设施模式，而是以5G创新业务为主导，以5G为基础，以技术改造为革新，面向国家和企业高质量发展的迫切需要，提供全面的数字化转型、智能化制造、创新一体化等服务体系基础设施。整个中国工业经济体系内工业发展互联网技术得到拓展，实现了企业全要点、全产业、全价值的良性循环，并将极大地提高我国企业文化产品的设计研发、智能制造、服务销售等各环节的生产管理效率，实现一个企业资源配置的最优化。

依托前期在徐工开展的5G应用场景，和工程机械企业联手打造工业互联网平台、工业大数据、机器视觉检测、人工智能、4K/8K高清视频、数字孪生体等5G应用，打造江苏省首个5G+工业互联网标杆智慧工厂，同时也是打造全国首个工程机械行业的标杆。