5G+工业互联网平台在彩电制造企业中的应用

倪 凌

(中国电信股份有限公司深圳分公司,广东 深圳 518000)

1 背景

随着《国务院关于深化“互联网+先进制造业”发展工业互联网的指导意见》、地方政府5G示范、工业互联网公共服务平台等政策的落地，极大的调动了传统工业企业推进工业互联网平台建设工作的积极性；同时彩电制造业本身也亟需借助“5G+工业互联网+大数据+智能制造”的模式来推动自身的不断创新升级，5G技术及工业互联网平台对于赋能企业数字化转型，助力彩电制造业的“智能化”战略，具有实质推动作用。

作为典型的制造企业，家电产品具有差异化要求高、技术创新迭代速度快等特点，传统的制造数据网络、IT系统不足以满足消费者不断追求高端化、服务化、智能化的升级需求。面对这种升级需求，5G与工业互联网平台显示出了极大的必要性。一是5G必要性，在加工、装配等环节，针对生产制造过程中大量数据通过有线接入复杂、维护成本高等问题，在智能工厂数据传输量激增的情况下，要求数据传输网络具有很好的支撑。二是工业互联网平台建设必要性，传统IT架构的信息系统实施时存在较多问题，如传统单体架构信息系统之间存在信息孤岛，数据不互通、扩展升级难等问题；电子装配制造业制造工艺复杂、工序长，传统信息系统只进行了局部工序应用、局部车间覆盖，无法形成完整的制造信息流的问题；传统信息系统的封闭性，平台不开放，不能满足未来柔性化生产要求的问题。

因此，通过5G+工业互联网平台实现制造环节信息系统从传统IT架构向工业互联网平台架构转变、精准的找到数字化升级中的“牛鼻子”问题、为制造环节的生产活动提供一体化全覆盖的智能应用服务、实现信息系统从数字化向智能化的生产制造优化、助力企业精准升级，已经成为了彩电制造企业数字化转型的必由之路。

2 平台建设内容及作用

彩电企业5G+工业互联网的建设，以数字化制造为切入点，以家电智能工厂为应用场景，搭建工厂级5G物联网通信网络，实现广覆盖、高可靠、低延时，建立DMSPlat数字化制造系统平台，形成包括APS计划排程系、MES制造执行系统、WMS仓储管理系统、生产可视化系统等的智能应用。同时将数字化孪生技术引入平台，实现设备模型构建。将AR技术引入平台，实现基于平台的设备远程维护。

2.1 5G工业网络建设

在生产现场部署5G基站实现工厂级覆盖，在设备终端植入5G传输模块实现无线通信，通过VPDN隧道技术建立基于5G通信的企业移动虚拟专网确保数据安全，生产数据通过5G VPDN网络进入园区骨干网络的数字化制造系统平台，实现智能应用。搭建工厂级5G工业互联网网络，旨在基于5G改造企业内网，以家电智能工厂为应用场景，实现生产设备/设施、仪表仪器、传感器、控制系统、管理系统、工业应用系统等关键要素的泛在互联互通，实现生产区域广覆盖、高可靠、低延时的5G网络全覆盖。

2.2 设备的5G无线接入

基于5G工业互联网网关，采用边缘计算技术对制造过程设备的多源异构数据解析，重点对生产车间的SPI、印刷机、贴片机、回流焊、AOI光学检测仪、撕膜卡合设备、视觉检测、自动包装等设备的实时数据采集，通过5G网络接入DMSPlat工业互联网平台，与MES系统生产数据联通，最终实现设备稼动率、作业合格率、OEE分析、节拍分析等综合应用。

2.3 DMSPlat工业互联平台建设

DMSPlat数字化制造平台基于微服务架构进行搭建，在功能上总体规划基于5G实现产品制造所需的BI生产可视化、APS计划排产、MES生产执行、WMS仓储管理、PMS工艺管理、QMS质量管理、EMS设备管理、FMCS厂务管理、ISS智能安防，OA移动办公等十大智能应用服务，形成多个工业典型场景集成创新应用，在多个生产环节的优化提升或创新突破。

2.3.1 DMSPlat工业互联网平台技术架构

平台建设主要采用四层核心技术架构，包括数据采集层（Ceres智能控制设备）、基础服务层（IaaS）、平台服务层（PaaS）、应用服务层（SaaS），实现了制造过程数据的采集、汇聚、分析、应用。

SaaS应用服务层：面向制造环节生产活动中的典型应用场景，为用户提供在平台中定制化开发的智能化工业应用和解决方案。

PaaS平台服务层：采用SpringBoot+SpringCloud技术，提供一套微服务解决方案，包括服务注册与发现，配置中心，全链路监控，服务网关，负载均衡，熔断器等组件，实现了一个快速、可扩展、可持久化、高吞吐量、低延迟、高并发，分布式系统。

IaaS基础服务层：集成了云服务器CVM、云存储Redis、云数据库Mysql、负载均衡、弹性伸缩、消息队列KAFKA、搜索引擎ElasticSearch等功能，提供云服务器安全可靠的弹性计算服务。

边缘层：主对生产现场的各种类型自动化设备、人员信息、物料信息、环境信息、产品信息等信息进行实时采集，并实现不同协议数据基层汇聚，为智能制造系统提供大量的信息变量。

2.3.2 MES制造执行系统建设

MES可以为企业提供包括计划排产、生产效率监控、关键物料追溯、全制程质量追溯、报表综合统计、生产数据可视化等功能，为企业打造一个扎实、可靠、全面、可行的制造协同管理平台。

2.3.3 EMS设备管理系统建设

设备管理系统，对生产车间生产线及其运行设备建立基于5G的基础数据采集，通过与MES系统的数据交互实现设备的当月产出及设备运行情况查询及可视化。

2.3.4 数字孪生建设内容

将数字孪生技术接入现有的DMSPlat平台系统，将工厂的生产管理、3D仿真建模与视频监控系统进行集成管理，实时对前端各生产线、设备状态、仓库动态数据进行情景在现，同时构建故障智能定位与预测模型，精准定位数据中心常见故障。

2.3.5 AR远程运维建设内容

将AR技术接入现有的DMSPlat平台系统，搭建可视化与智能修复系统。基于AR眼镜将超高清视频传至后台，实现设备参数现场自动获取、推送。专家可以在后台实时标注指导作业，协助检修专家准确的、快速的定位问题，指导现场维修人员修复问题，提高检修效率。

3 价值分析及创新意义

在彩电制造企业中，基于DMSPlat数字化制造系统平台，将5G技术、数字孪生技术、AR技术结合制造场景进行实际融合，将实现多场景工业系统集成应用试点示范。主要将在以下3个方面开展创新实践：

（1）5G基站实现工厂级覆盖，在设备终端植入5G传输模块实现无线通信，生产数据通过5G基站进入数字化制造系统平台，峰值网络速率达到10Gbps、网络时延从4G的50毫秒缩短到1毫秒，满足100万量级网络连接。

（2）DMSPlat数字化制造系统平台采用微服务架构，具有分布式、高可用、高并发、低时延的处理能力，能够低成本的快速复制推广，高效实用推行信息化建设。

（3）基于数字孪生技术、AR技术，通过5G网路实现了制造场景的设备、故障等的远程运维，同时实现了可视化设备实时运行状态监视与远程控制、可视化数据分析成果展示等功能。

在彩电制造企业中，基于5G工业互联网的多场景工业系统的集成应用，将起到很强的示范意义和可复制推广作用。主要体现在以下3个方面：

（1）工业场景可推广性：彩电制造业是传统家电行业的典型代表，具有很强的行业共性痛点，具有行业典型代表。同时彩电制造企业往往拥有众多制造基地，可以在内部充分实践示范后形成较成熟的推广方案。

（2）系统技术可推广性：工业互联网平台采用微服务架构技术，在PaaS层将形成大量的行业机理模型、工业知识、数据服务和公共服务，通过微服务和数据接口实现快速模块化选用，在SaaS层实现快速APP开发，可推广至更多工业场景应用。

（3）平台开放可推广性：5G+工业互联网平台采用了国内领先的工业云体系，结合spring boot / spring cloud技术，有利于推广至行业用户、供应商、开发者的融合建设，系统迭代。

4 结束语

传统制造企业的数字化转型，一直是近年来工业领域的重要课题。借助5G的大带宽、低时延、大连接优秀特性，可以为车间产线现场提供全新的基础网络能力升级。同时通过建设工业互联网平台，可以有效实现产线相关典型场景如计划排程、制造执行、仓储管理、生产可视化等智能应用。5G+工业互联网平台的建设思路和建设模式，对于广大的传统制造企业的数字化制造转型，有着深刻的借鉴意义。