5G+邊緣計算在智能物流應(yīng)用領(lǐng)域的探索——訪南京音飛存儲電控部總監(jiān)尹慧

文 / 本刊記者 喜崇彬

在我國大力推動智能制造的大背景下，制造企業(yè)依托5G+工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)以及人工智能技術(shù)，對制造業(yè)進行“數(shù)字化改造”實踐，提升數(shù)據(jù)賦能水平成為制造業(yè)升級發(fā)展的一個重要方向。在2020年，工信部推進了一個重要項目——面向典型行業(yè)的工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)“5G+邊緣計算”服務(wù)平臺，南京音飛儲存設(shè)備（集團）股份有限公司（以下簡稱“音飛”）深度參與，主要承擔了“工業(yè)級5G+智能搬運機器人”示范項目。本文將介紹音飛公司參與本項工作的進展和取得的成果等情況。

尹慧南京音飛存儲電控部總監(jiān)

通過邊緣計算結(jié)合5G網(wǎng)絡(luò)能力，為企業(yè)進一步簡化網(wǎng)絡(luò)復(fù)雜度，增加產(chǎn)線柔性和可持續(xù)升級能力，為企業(yè)各類應(yīng)用提供網(wǎng)絡(luò)和應(yīng)用管理的綜合性服務(wù)。

工信部推動“5G+邊緣計算”在制造行業(yè)應(yīng)用

在2020年，中華人民共和國工業(yè)和信息化部信息通信管理局推出一個關(guān)于5G技術(shù)應(yīng)用的重要項目——面向典型行業(yè)的工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)“5G+邊緣計算”服務(wù)平臺。這個項目推出的背景是多樣化的工業(yè)應(yīng)用對工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)的網(wǎng)絡(luò)和計算能力提出了新的需求和挑戰(zhàn)，不僅包括網(wǎng)絡(luò)帶寬、連接實時性、可靠性、安全性等多方面要求，此外，網(wǎng)絡(luò)還需根據(jù)應(yīng)用特征提供隨時按需調(diào)用的計算、存儲等能力。此外，由于不同場景工業(yè)智能設(shè)備集成的傳感器不同，計算能力需求不同，和流程系統(tǒng)交互協(xié)作要求不同，會造成工廠自動化系統(tǒng)及信息系統(tǒng)的集成困境，進而影響各類工業(yè)應(yīng)用的正常運行。針對上述挑戰(zhàn)，項目致力于實現(xiàn)面向多樣化網(wǎng)絡(luò)需求的工業(yè)應(yīng)用，建設(shè)“5G+邊緣計算”服務(wù)平臺，通過邊緣計算結(jié)合5G網(wǎng)絡(luò)能力，為企業(yè)進一步簡化網(wǎng)絡(luò)復(fù)雜度，增加產(chǎn)線柔性和可持續(xù)升級能力，實現(xiàn)自主管理，網(wǎng)絡(luò)劃分，帶寬動態(tài)分配，計算能力橫向擴展，遠程管控，應(yīng)用部署和管理等功能，支持應(yīng)用驅(qū)動控制工業(yè)設(shè)備能力及工業(yè)應(yīng)用驅(qū)動的網(wǎng)絡(luò)資源動態(tài)調(diào)整能力，為企業(yè)各類應(yīng)用提供網(wǎng)絡(luò)和應(yīng)用管理的綜合性服務(wù)。

項目具體建設(shè)內(nèi)容是通過建設(shè)“5G+邊緣計算”服務(wù)平臺，實現(xiàn)由工業(yè)應(yīng)用驅(qū)動的工廠內(nèi)外資源網(wǎng)絡(luò)化自動配置能力，形成新型工廠現(xiàn)場邊緣計算應(yīng)用架構(gòu)和模型。針對目前中小企業(yè)在邊緣計算和5G方面應(yīng)用困境，通過典型行業(yè)的邊緣網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用創(chuàng)新示范，形成應(yīng)用模板和解決方案，推動工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)在中小企業(yè)的應(yīng)用落地。項目建設(shè)成果包括但不限于“5G+邊緣計算”工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)架構(gòu)和實施模型；行業(yè)標準草案或具有影響力的工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)產(chǎn)業(yè)聯(lián)盟團體標準草案；示教平臺和測試環(huán)境，能夠為企業(yè)提供咨詢培訓服務(wù)；實現(xiàn)基于“5G+邊緣計算”的“生產(chǎn)優(yōu)化、質(zhì)量檢測、協(xié)同生產(chǎn)、柔性制造等”4種以上典型邊緣網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用創(chuàng)新；通過“5G+邊緣計算”實現(xiàn)生產(chǎn)優(yōu)化、質(zhì)量檢測、協(xié)同生產(chǎn)、柔性制造等4種以上典型邊緣網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用創(chuàng)新，帶動技術(shù)發(fā)展和產(chǎn)業(yè)應(yīng)用；支持接入主流設(shè)備和工業(yè)控制器，支持包括物流、倉儲、機器人、機床等20種以上設(shè)備類型，支持編程語言進行實時控制編程。

項目實施的主要目的包括：1.在知識產(chǎn)權(quán)和標準化方面，通過共同研制標準引領(lǐng)行業(yè)發(fā)展方向，形成自主知識產(chǎn)權(quán)，推進項目涉及的各項創(chuàng)新技術(shù)在平臺項目中的落地。同時大力推動平臺的各項創(chuàng)新技術(shù)進入國家工業(yè)和產(chǎn)業(yè)標準以及國際標準化組織3GPP標準。2.開發(fā)出國產(chǎn)基于5G的物聯(lián)網(wǎng)芯片，打破國外芯片壟斷，并成功部署到工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)場景下的終端設(shè)備，如AGV、可移動工業(yè)機器人等。3.建設(shè)一套完整的5G網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)，驗證為“5G+邊緣計算”服務(wù)平臺相關(guān)工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用場景提供網(wǎng)絡(luò)通信及計算能力，可以很好的支撐eMBB、uRLLC及mMTC等工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)場景，包括AR指導(dǎo)、云化AGV、柔性生產(chǎn)、機器視覺、替代有線等，在帶寬、時延、連接數(shù)等方面均滿足平臺相關(guān)功能、性能、可靠性等技術(shù)要求。4.在工業(yè)生產(chǎn)環(huán)節(jié)，完成機械裝備核心部件的協(xié)同制造、整機組裝、質(zhì)量驗證、施工現(xiàn)場遠程調(diào)優(yōu)和作業(yè)調(diào)度控制方面的全過程精細管理。5.在工業(yè)應(yīng)用環(huán)節(jié)，完成施工基建項目立體施工中多機種協(xié)同作業(yè)和設(shè)備遠程智能運維管理的應(yīng)用推廣。6.形成“5G+邊緣計算”解決方案及應(yīng)用模板，為工業(yè)企業(yè)實現(xiàn)邊緣計算與企業(yè)內(nèi)網(wǎng)融合提供參考。7.通過多個企業(yè)多種應(yīng)用，不同類型的“5G+邊緣計算”應(yīng)用創(chuàng)新的示范帶動技術(shù)發(fā)展和產(chǎn)業(yè)應(yīng)用。8.提供技術(shù)咨詢、培訓等公共服務(wù)。

改造中的穿梭小車，加裝5G芯片模組

音飛參與項目情況及承擔工作

據(jù)音飛公司電控部總監(jiān)尹慧介紹：音飛公司主要參與的是這個大項目之中的一個子項目——“工業(yè)級5G+智能搬運機器人”示范平臺項目。該項目是一個聯(lián)合體項目，投標人聯(lián)合體十家單位由南京理工大學牽頭，參與單位包括中國聯(lián)合網(wǎng)絡(luò)通信有限公司江蘇省分公司、浙江大學、中國科學院計算技術(shù)研究所、中國電子技術(shù)標準化研究院、北京中科晶上科技股份有限公司、北京計算機技術(shù)及應(yīng)用研究所、中化巖土集團股份有限公司、天津新松機器人自動化有限公司、南京音飛儲存設(shè)備（集團）股份有限公司。南京理工大學將與各單位共同開發(fā)基于全新技術(shù)的5G邊緣計算服務(wù)平臺，并在聯(lián)合體內(nèi)三家業(yè)內(nèi)知名的制造型企業(yè)：中化巖土集團股份有限公司、天津新松機器人自動化有限公司、南京音飛儲存設(shè)備（集團）股份有限公司進行部署推廣。同時，聯(lián)合中電標準化研究院建立健全行業(yè)標準體系，制定相關(guān)標準。十家單位通過產(chǎn)學研用聯(lián)合，覆蓋項目所涉及的5G網(wǎng)絡(luò)部署、工業(yè)5G芯片應(yīng)用、標準制定、集成、落地實施與培訓推廣。

工業(yè)級5G通訊技術(shù)應(yīng)用在設(shè)備密集的車間，使倉庫具有更優(yōu)的抗干擾能力

關(guān)于音飛具體參與的工作，尹慧介紹到：在研發(fā)初期，音飛與中科晶上進行了充分的調(diào)研和詳盡的分析，一起論證了各種車型與工業(yè)級5g的結(jié)合方案，設(shè)計了小步快跑、快速迭代的演進方案，第一代產(chǎn)品是將5G通信和智能搬運機器人的作業(yè)調(diào)度進了粗放式的融合，經(jīng)過長時間的全面的測試去驗證方案的可行性、可靠性和穩(wěn)定性，再投入到實際產(chǎn)線?；诘谝淮a(chǎn)品研制過程中沉淀的經(jīng)驗，加上對產(chǎn)品的一些新的創(chuàng)新思路，目前在進行第二代產(chǎn)品的研制：包括優(yōu)化智能搬運機器人內(nèi)部的結(jié)構(gòu)，提高通信與控制的集成度，削減了內(nèi)部原有的一些板卡，進而實現(xiàn)在進一步提升產(chǎn)品品質(zhì)的同時，還能很好控制產(chǎn)品的生產(chǎn)成本。

音飛接下來的工作就是通過把中國聯(lián)通和中科晶上的5G終端（基站和芯片）布置到音飛生產(chǎn)的搬運裝備和生產(chǎn)測設(shè)部門內(nèi)部，然后在生產(chǎn)環(huán)節(jié)，質(zhì)量的檢測、移動設(shè)備搬運等環(huán)節(jié)進行測試工作，包括：測試晶上芯片運行的穩(wěn)定性；進行數(shù)據(jù)分析，分析5G通訊方案對比普通WIFI通訊方式性能提升到底有多少；提出物流智能搬運裝備在實際生產(chǎn)應(yīng)用中可操作性和可執(zhí)行的方案；參與制定相關(guān)的行業(yè)標準。尹慧認為，通過項目的推進和研究，最終能夠?qū)崿F(xiàn)物流智能搬運裝備在5G+邊緣計算技術(shù)賦能下為客戶提供更豐富的設(shè)備功能和解決方案，給客戶更多的選擇。

音飛測試5G穿梭車的貨架

音飛倉庫設(shè)內(nèi)設(shè)置的工業(yè)級5G基站

“工業(yè)級5G”和“邊緣計算”帶來的價值

工業(yè)級5G是新一代網(wǎng)絡(luò)信息技術(shù)與制造業(yè)深度融合的產(chǎn)物，是實現(xiàn)產(chǎn)業(yè)數(shù)字化、網(wǎng)絡(luò)化、智能化發(fā)展的重要基礎(chǔ)設(shè)施。具體指通過人、機、物的全面互聯(lián)，全要素、全產(chǎn)業(yè)鏈、全價值鏈的全面鏈接，推動形成全新的工業(yè)生產(chǎn)制造和服務(wù)體系，成為工業(yè)經(jīng)濟轉(zhuǎn)型升級的關(guān)鍵依托、重要途徑、全新生態(tài)。尹慧介紹到：在之前的工業(yè)制造或倉儲物流生產(chǎn)現(xiàn)場，通訊數(shù)據(jù)連接的主流方案是WiFi，但由于其在抗干擾能力、安全能力等方面的不足，網(wǎng)絡(luò)連接的確定性上的表現(xiàn)并不穩(wěn)定，難以滿足工業(yè)場景中對網(wǎng)絡(luò)傳輸質(zhì)量的需求，如可能造成物流搬運設(shè)備運行的卡頓。隨著工業(yè)級5G信息通訊技術(shù)的成熟，考慮采用5G網(wǎng)絡(luò)技術(shù)將設(shè)備端采集到的數(shù)據(jù)傳輸?shù)讲渴鹪谲囬g的邊緣網(wǎng)關(guān)。基于工業(yè)級5G低延時、廣覆蓋、大連接、以及抗干擾特點，“智能搬運機器人”將會更直觀、更及時、更精確地獲取相關(guān)數(shù)據(jù)信息；進行智能識別、計算、分析；繼而執(zhí)行操作命令，迅速連接入庫端、出庫端、管理端。這意味著“智能搬運機器人”將更加智能化，能夠處理更加復(fù)雜的數(shù)據(jù)信息，適應(yīng)更加多樣化的應(yīng)用場景。

而邊緣計算技術(shù)是在靠近物或數(shù)據(jù)源頭的網(wǎng)絡(luò)邊緣側(cè)，融合網(wǎng)絡(luò)、計算、存儲、應(yīng)用核心能力的開放平臺；其實作為新型的數(shù)據(jù)計算架構(gòu)和組織形態(tài)，邊緣計算擴展了網(wǎng)絡(luò)計算的范疇，將計算從云中心擴展到了網(wǎng)絡(luò)的邊緣，為用戶就近提供智能服務(wù)，在制造業(yè)數(shù)字化、網(wǎng)絡(luò)化、智能化的轉(zhuǎn)變過程當中，邊緣計算可以滿足用戶在敏捷連接、實時計算、數(shù)據(jù)優(yōu)化、應(yīng)用智能、信息安全與隱私保護等方面的關(guān)鍵需求。邊緣計算能有效解決連接性問題。工業(yè)行業(yè)涉及的領(lǐng)域眾多，行業(yè)碎片化導(dǎo)致設(shè)備連接協(xié)議眾多，造成設(shè)備互聯(lián)困難。通過引入數(shù)據(jù)抽象層，使得不能直接互聯(lián)互通的設(shè)備基于邊緣計算平臺實現(xiàn)互聯(lián)互通，邊緣計算平臺的低延遲性能可以保證設(shè)備間的實時橫向通信。邊緣計算由于具有豐富的連接性和靈活的部署能力，可以提供多種輕量級的解決方案，在不對自動化裝備進行大規(guī)模升級的情況下，通過增加邊緣網(wǎng)關(guān)和必要的邊緣數(shù)據(jù)采集終端等，可以有效提高工廠的數(shù)字化水平，加強數(shù)據(jù)在制造系統(tǒng)各個環(huán)節(jié)間的流動，實現(xiàn)各種基于數(shù)據(jù)的智能應(yīng)用。邊緣計算平臺可以實現(xiàn)實時工業(yè)軟件開發(fā)的軟硬件解耦。智能工廠的運行依賴于智能裝備和智能流程，需要大量的實時軟件支持。目前很多裝備實時應(yīng)用軟件過度依賴于具體的控制系統(tǒng)硬件，難以遷移到不同的系統(tǒng)?；谶吘売嬎闫脚_的架構(gòu)，可以將大量實時規(guī)劃、優(yōu)化排版、設(shè)備監(jiān)控、故障診斷和分析、自動導(dǎo)引運輸車（Automated Guided Vehicle，AGV）調(diào)度等功能封裝在邊緣應(yīng)用程序上，實現(xiàn)了軟件與硬件平臺的解耦，降低了開發(fā)難度，提高了軟件質(zhì)量，通過邊緣計算平臺可進行邊緣應(yīng)用程序的靈活部署。

尹慧介紹到：與國外相比，國內(nèi)柔性制造仍處于初級階段，目前許多制造企業(yè)可以采集到大量生產(chǎn)線的數(shù)據(jù)，但系統(tǒng)相對封閉，造成數(shù)據(jù)信息孤島問題。5G通信技術(shù)可以降低網(wǎng)絡(luò)時延，提高網(wǎng)絡(luò)傳輸帶寬的利用率，實現(xiàn)高效穩(wěn)定的數(shù)據(jù)傳輸。邊緣計算利用容器技術(shù)實現(xiàn)對不同設(shè)備異構(gòu)數(shù)據(jù)的實時采集，提供彈性計算資源承載深度學習模型。同時邊緣的計算資源配置可以滿足小區(qū)域數(shù)據(jù)離線處理和分析，保障各類數(shù)據(jù)的安全傳輸和處理。邊緣端可將處理完成的數(shù)據(jù)上傳至云端進行數(shù)據(jù)分析與建模，為故障預(yù)測等場景提供數(shù)據(jù)基礎(chǔ)。

“5G+邊緣計算”給智能物流裝備帶來的改變

音飛已基于中科晶上的工業(yè)級5G終端基帶芯片等技術(shù)打造自己的“智能搬運機器人”系列產(chǎn)品。據(jù)尹慧介紹：音飛目前是采用終端設(shè)備加裝5G芯片模組的方式進行融合。由于5G模組芯片體積小，集成方便，幾乎完全沒有增加設(shè)備的生產(chǎn)難度和制造成本。因此，采購5G智能搬運設(shè)備與傳統(tǒng)型號設(shè)備價格差異不大，但是建設(shè)5G基站和核心網(wǎng)的成本可能有些高。如果企業(yè)已經(jīng)先行鋪設(shè)了5G核心網(wǎng)和基站，那么再增加或替換使用搭載5G芯片的物流裝備，這個替換成本非常低。5G智能搬運機器人與傳統(tǒng)搬運機器人相比，可以賦予越來越多的功能，除了可以調(diào)度得更靈活外，可能還加裝新的功能特性，比如在搬運過程中完成稱重、外觀檢測等工作，讓它更智能，更好地適應(yīng)智能工廠的需要，因此，在用法上，大大延伸了搬運和智能的使用范圍。在產(chǎn)品性能上，可以在車體本身實現(xiàn)進一步精益化得到提升外，在連接和通信層面將得到了更好的改善。由于融合的是工業(yè)級5G技術(shù)，它除了擁有超大帶寬，良好的可靠性、穩(wěn)定性，適應(yīng)大連接場景的有點，還具有很好的抗干擾能力特點，很好地規(guī)避了因為采用Wi-Fi制式帶來的延時抖動大、不穩(wěn)定等問題，同時也可以滿足車間、倉儲數(shù)量高達數(shù)百輛AGV一起協(xié)同作業(yè)的需要。

談到5G智能物流裝備未來的發(fā)展，尹慧希望能讓每個智能搬運機器人單體能更智能，具有自己更高智商的大腦。音飛和中科晶上也在進一步探討，在芯片級的合作可行性，把算力、通信和業(yè)務(wù)控制融合在一個芯片里，降低成本的同時，卻能讓智能搬運機器人更加智慧、靈動。相信音飛基于5G+邊緣計算技術(shù)在智慧物流領(lǐng)域應(yīng)用的的先行探索，對物流裝備智能化的發(fā)展具有指導(dǎo)性和示范作用，對未來打造全新物流體系建設(shè)，提升我國物流技術(shù)水平和運作效率都將將產(chǎn)生積極意義。