5G+MEC技术在智慧工厂组网中的应用分析

包可乐，沈 东，吕 祎

（1.中国联合网络通信有限公司浙江省分公司，浙江 杭州 310051；2.浙江省信息通信协会，浙江 杭州 310003；3.浙江省通信产业服务有限公司，浙江 杭州 310053）

智慧工厂作为工业4.0的重要组成部分，旨在通过数字化、智能化的手段提高生产效率。传统的工厂组网技术面临着诸多限制，如网络时延、数据安全、能源效率等问题，难以满足智慧工厂的需求[1]。而5G和MEC技术的快速发展，则为智慧工厂组网提供了新的解决方案。以下将分别介绍5G和MEC技术的特点和优势，并结合智慧工厂的应用需求，探讨这两种技术在智慧工厂组网中的应用。

1 5G技术的特点和优势

5G是第五代移动通信技术，相对于4G技术，5G技术具有以下特点和优势：①可以提供更高的带宽和更快的传输速度，支持更大容量的数据传输；②时延很低，可以实现实时通信和控制，支持更多的物联网设备；③可靠性更高，能够应对各种复杂的网络环境，保证通信的稳定性和安全性；④支持更多的连接，可以实现大规模的设备互联。5G技术的特点和优势使得其在智慧工厂组网中有着广泛的应用，特别是在生产流程控制、设备管理等方面[2]。

在生产流程控制方面，5G技术可以通过高速传输和低时延方式，实现实时监测和控制生产流程，提高生产效率。例如，在制造行业中，通过5G网络连接的智能机器人可以实现高效的自动化生产和流水线操作，同时也可以对生产过程进行实时监测和反馈，从而快速响应生产过程中的问题。

在设备管理方面，5G技术可以通过支持更多的设备连接，实现智能化设备管理和维护。例如，在智能工厂中，5G网络可以连接各种工业设备、传感器和物联网设备，实现对这些设备的实时监测和控制，以及对设备状态的远程诊断和维护，提高设备的运行效率和可靠性。

在物流管理方面，5G技术可以通过高速传输和低时延方式，实现智能化物流管理。例如，在物流行业中，通过5G网络连接的智能运输车可以实现实时监测和控制货物的运输过程，从而减少物流成本和提高物流效率。

2 MEC技术的特点和优势

MEC是一种边缘计算技术，旨在将计算、存储和网络服务放置在更接近用户的边缘，从而提高应用性能和响应速度。MEC技术具有以下特点和优势：①低时延。MEC技术将计算和存储资源放置在更接近用户的边缘，可以实现更低的网络时延。②更高的网络安全。MEC技术将计算和存储资源放置在本地网络中，可以减少数据在云端传输的次数，降低数据泄露和遭网络攻击的风险。③更高的网络带宽利用率。MEC技术可以利用边缘计算节点的计算和存储资源，实现更加高效的数据传输和处理。④支持大规模部署。可以灵活地适应不同的业务需求和网络环境。⑤MEC技术是一个开放的平台和生态系统，可以集成不同的应用和服务。

3 5G技术和MEC技术组合在智慧工厂中的应用

3.1 实时监测和控制

通过5G技术和MEC技术的结合，可以实现实时监测和控制生产流程、设备运行和物流管理等。5G技术具有高速传输和低时延的特点，可以实现实时数据的传输和处理，而MEC技术则可以将计算和存储资源放置在更接近用户的边缘，进一步降低时延。这种结合可以实现对生产流程、设备状态和物流运输的实时监测和控制。

3.2 智能化设备管理和维护

通过5G技术和MEC技术的结合，可以实现智能化设备管理和维护。5G技术支持更多的设备连接，可以实现对各种工业设备、传感器和物联网设备的实时监测和控制。而MEC技术则可以将计算和存储资源放置在更接近用户的边缘，实现对设备状态的远程诊断和维护。这种结合可以提高设备的运行效率和可靠性，从而降低生产成本和提高生产效率。

3.3 安全监控和保障

5G技术和MEC技术结合可以实现智慧工厂的安全监控和保障。5G技术提供了更高的网络安全性和可靠性，可以防止恶意攻击和数据泄露。而MEC技术则可以实现设备状态的实时监控和远程诊断，及时发现和处理设备故障。这种结合可以提高智慧工厂的安全性和稳定性，保障生产的顺利进行。

3.4 个性化定制和生产

5G技术和MEC技术结合可以实现智慧工厂的个性化定制和生产。5G技术支持更高速率和更低时延的数据传输，可以实现生产数据的实时采集和分析。而MEC技术则可以实现对生产数据的实时处理和个性化分析，从而根据客户需求进行个性化定制和生产。这种结合可以提高生产的灵活性和适应性，满足客户个性化需求，提高生产效率和质量。

总体来说，5G技术和MEC技术的结合可以实现智慧工厂的实时监测和控制、智能化设备管理和维护、安全监控和保障、个性化定制和生产等方面的应用，从而提高生产效率、降低成本、提高产品质量和客户满意度。

4 5G+MEC汽车制造工厂组网案例分析

5G+MEC组网技术可以应用于汽车制造工厂，实现智能化、自动化和高效化的生产流程。以浙江联通5G虚拟企业专网建设为例，通过对5G智能制造宁波汽车工厂流水线管理的集成，实现智慧工厂内各要素、各环节、各系统、各平台互联互通，支撑企业内业务数据、管理数据、运营数据、生产数据动态交互。汽车制造工厂采用5G+MEC技术组网，如图1所示。

图1 采用5G和MEC技术的智慧工厂组网逻辑拓扑

在架构设计中，与传统的自动化车间相比较，最大的变化是应用5G技术和MEC技术，采用边缘服务器部署网络进行传输控制。在进行网络部署时，首先从覆盖保障的角度，根据某园区实际勘测的地理特点、数据流量的大小等对园区的宏站和室分小站进行合理部署，同时针对智能车间数据传输的上行业务需求，对上行实施速率增强，对进行空口低时延优化。

图1中汽车制造工厂内部部署了多种设备和MEC节点，包括生产线上的机器人、传感器、PLC等，以及位于车间内的MEC节点。这些设备通过5G网络连接到MEC节点，MEC节点完成计算、存储和网络服务的功能，处理和管理从设备传输过来的数据。

MEC节点不仅提供了高效的数据处理和通信服务，还通过5G网络连接到云端，实现对数据的集中管理和分析。同时，利用人工智能和机器学习技术，可以对生产过程中的数据进行实时分析和预测。

为满足汽车制造管理数据不出园区的需求以及支撑机器视觉等5G+工业互联网应用场景，在上述网络之上构建了企业园区5G+MEC无线网络。

同时利用5G切片、5G+MEC和5G专网构建5G虚拟企业生产专网，专网架构上分成不同层级，主要有工厂级、车间级和现场级。工厂级采用SCM、CRM、ERP、MES等不同的应用软件，主要对整个工厂的材料采购、产品合格率等进行整体数据的把握、规划及决策。车间级主要实现不同车间流水线场景应用，实现数据采集、5G+XR、5G+机器视觉、物流装备管控、产线终端以移代等应用，现场级主要实现物理设备进行接入，实现不同的制造工具和人员检测替代装置的接入，同时预留“互联网+”协同制造新模式发展的硬件相关接口。这种5G虚拟企业专网布局方式实现5G终端与汽车制造工业平台互联互通，实现5G 网络、终端能力调用及监测，同时具备承接百万级以上规模终端的接入管理能力。

此外，在整个组网过程中，专网采用了云边协同技术，以保障系统的安全性和稳定性。专网利用5G高带宽技术特点，实现对设备状态、生产进度、生产质量等数据的实时采集、可视化的监测。在装配过程中，利用5G多连接技术特点调度实现发动机、仪表盘、变速箱等部件与车身集成，在自动化流水线完成生产后通过搬运机器人AGV进行运输，这个搬运流程基本可以通过MEC边缘控制工业机器人来实现；最后的汽车质检通过云平台实现设备联网数据采集和设备运行状态监控，生产管理人员在云端根据生产状态集中监控实现动态的管理和统筹。

5 5G+MEC组网技术面临的挑战及解决方案

（1）网络安全风险。由于智慧工厂中存在大量的机器和设备，这些设备和机器通过5G+MEC组网技术进行连接和通信，会面临网络安全的威胁，如黑客攻击和数据泄露等。可以采用多重防御措施，采用身份验证、网络隔离、入侵检测和应急响应等加以应对。此外，加强员工的安全意识和培训，也是保障系统安全的重要手段。

（2）传输延迟问题。5G+MEC组网技术中，MEC网关需要承担计算和存储任务，如果网络延迟过大，会导致数据传输的延迟增加，影响智慧工厂的实时监测和控制。可以通过合理的网络拓扑设计、选择合适的MEC节点、使用优化的数据传输协议等措施来减少传输延迟。

（3）计算和存储资源受限问题。在5G+MEC组网技术中，MEC节点承担了一定的计算和存储任务，如果MEC节点的计算和存储资源受限，会影响智慧工厂的实时监测和控制。可以通过提高MEC节点的计算和存储能力、选择高性能的处理器和存储器、采用分布式计算和存储技术等措施来缓解计算和存储资源受限的问题。

（4）通信网络稳定性。5G+MEC组网技术中，通信网络的稳定性对智慧工厂的实时监测和控制至关重要。如果通信网络不稳定，会导致数据传输的中断和延迟增加，从而影响生产效率和质量。可以通过优化网络拓扑设计、采用网络冗余技术、使用高质量的网络设备和协议、加强网络监测和维护等措施来提高通信网络的稳定性。

6 结束语

5G技术和MEC技术的出现，为智慧工厂的发展提供了新的技术支持。5G网络的高带宽、低时延和广覆盖的特点，能够实现对智慧工厂内部设备和系统的数据高速传输和实时处理；MEC技术将计算、存储和网络服务放置在更接近用户的边缘，可以提高应用的响应速度和用户体验，缓解计算和存储资源受限的问题。因此，将5G技术和MEC技术应用于智慧工厂组网中，能够提高智慧工厂的运行效率、生产质量和生产安全性，同时也有助于提高企业的竞争力和商业价值。

在实际应用中，智慧工厂的组网需要综合考虑网络拓扑设计、通信协议、设备连接、数据处理和安全等多个方面的因素。同时，需要根据实际需求和应用场景，选择合适的5G和MEC技术方案，搭建高效稳定的智慧工厂网络环境。■