基于5G+8K的新型顯示全連接制造工廠模型研究

張曼華 李廣朋 孫彥竹 朱其盛

（深圳創(chuàng)維-RGB電子有限公司 深圳 518108）

前言

自21世紀(jì)初以來(lái)，科學(xué)技術(shù)的快速發(fā)展，特別是信息技術(shù)的快速發(fā)展，為制造業(yè)提供了深厚的技術(shù)基礎(chǔ)。制造業(yè)的發(fā)展境況與市場(chǎng)需求和國(guó)家政策也發(fā)生了巨大的變化。在此背景下，美國(guó)國(guó)家科委發(fā)布了“先進(jìn)制造國(guó)戰(zhàn)略計(jì)劃”[1]，德國(guó)技術(shù)科學(xué)院提出了“工業(yè)4.0戰(zhàn)略計(jì)劃”[2]，中國(guó)也提出了2015年“中國(guó)制造2025戰(zhàn)略計(jì)劃”[3]。所有這些都表明，智能制造業(yè)已成為產(chǎn)業(yè)變革的一種新趨勢(shì)。要想實(shí)現(xiàn)智能制造，數(shù)字化是企業(yè)必經(jīng)的建設(shè)階段。

近年來(lái)，國(guó)家及各部委近年來(lái)密切出臺(tái)5G﹢工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)融合創(chuàng)新發(fā)展的政策，推動(dòng)智能制造行業(yè)轉(zhuǎn)型升級(jí)。2021年，工信部印發(fā)《工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)創(chuàng)新發(fā)展行動(dòng)計(jì)劃（2021-2023年）》中，對(duì)加大5G賦能智慧工廠做了系列部署，提出到2023年，在10個(gè)重點(diǎn)行業(yè)打造30個(gè)5G全連接工廠[4]。未來(lái)5G將滲透到工業(yè)生產(chǎn)制造的各個(gè)環(huán)節(jié)，全面提升數(shù)字化水平。然而如何將目前前沿的科學(xué)技術(shù)應(yīng)用到企業(yè)實(shí)際的制造場(chǎng)景，形成一套科學(xué)有效、低成本、適用性強(qiáng)的數(shù)字化制造轉(zhuǎn)型模式，目前尚未有較多的研究。

作為具有全球競(jìng)爭(zhēng)力的智能家電和信息技術(shù)領(lǐng)軍企業(yè)，創(chuàng)維已擁有一批具有自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的核心技術(shù)，已具備依靠自有技術(shù)對(duì)外賦能，帶動(dòng)上下游產(chǎn)業(yè)鏈的能力。創(chuàng)維秉承創(chuàng)導(dǎo)未來(lái)的品牌精神，主動(dòng)融入國(guó)家制造強(qiáng)國(guó)的戰(zhàn)略，在2018年提出“智能化”、“精細(xì)化”、“國(guó)際化”三大戰(zhàn)略，有計(jì)劃、有步驟的實(shí)現(xiàn)創(chuàng)維數(shù)字化戰(zhàn)略轉(zhuǎn)型升級(jí)。本文立足創(chuàng)維全連接工廠建設(shè)，研究了基于5G﹢8K的新型顯示全連接制造工廠建設(shè)模式并在深圳總部基地進(jìn)行了場(chǎng)景驗(yàn)證。本文的組織結(jié)構(gòu)如下：第1節(jié)整體介紹了基于5G﹢8K建立的一個(gè)數(shù)字化工廠模型。第2節(jié)介紹了5G網(wǎng)絡(luò)的構(gòu)建過(guò)程。第3節(jié)介紹了數(shù)字化平臺(tái)的構(gòu)建。第4節(jié)介紹了5G感知式AGV智慧物流、5G預(yù)警式設(shè)備管理、5G﹢VR遠(yuǎn)程運(yùn)維、5G﹢8K工業(yè)視覺(jué)檢測(cè)四大核心應(yīng)用場(chǎng)景。第5節(jié)總結(jié)了全文，在列舉取得效果的同時(shí)并指出了進(jìn)一步的工作方向。第6節(jié)對(duì)參與本文研究建設(shè)的單位及參與者進(jìn)行了致謝。

1 基于5G+8K建立的數(shù)字化全連接工廠框架模型

中國(guó)工程院研究團(tuán)隊(duì)在“制造強(qiáng)國(guó)戰(zhàn)略研究” 中，持續(xù)推動(dòng)智能制造理論體系的構(gòu)建，提出了中國(guó)智能制造發(fā)展戰(zhàn)略[5]，同時(shí)在“面向2035的智能制造技術(shù)預(yù)見(jiàn)和路線圖”研究工作指出智能制造系統(tǒng)是由智能產(chǎn)品、智能生產(chǎn)及智能服務(wù)三大功能系統(tǒng)以及工業(yè)智聯(lián)網(wǎng)和智能制造云兩大支撐系統(tǒng)集成而成，其中，智能產(chǎn)品是主體，智能生產(chǎn)是主線，以智能服務(wù)為中心的產(chǎn)業(yè)模式變革是主題，智能制造云和工業(yè)智聯(lián)網(wǎng)是支撐[5]。2021年數(shù)字化轉(zhuǎn)型白皮書(shū)也指出，數(shù)字化轉(zhuǎn)型網(wǎng)絡(luò)是基礎(chǔ)、平臺(tái)是關(guān)鍵、場(chǎng)景是核心。結(jié)合新型顯示行業(yè)的特點(diǎn)，本文提出了數(shù)字化制造層面建設(shè)全連接工廠的架構(gòu)模型，如圖1所示。研究主要立足數(shù)字化轉(zhuǎn)型要解決的問(wèn)題，從其對(duì)象、轉(zhuǎn)型基礎(chǔ)、價(jià)值等層面出發(fā)，設(shè)計(jì)了建設(shè)框架。全連接制造工廠的突出特征有四個(gè)方面，其一全連接要素：全連接面向工業(yè)生產(chǎn)制造全流程，以連接制造設(shè)備、制造流程要素為基礎(chǔ)，實(shí)現(xiàn)設(shè)備、系統(tǒng)互聯(lián)互通，生產(chǎn)流程并行協(xié)同。其二全連接系統(tǒng)平臺(tái)：基于開(kāi)放環(huán)境部署應(yīng)用，提供一套微服務(wù)解決方案，實(shí)現(xiàn)了一個(gè)快速、可擴(kuò)展、可持久化、高吞吐量、低延遲。面向工業(yè)各環(huán)節(jié)場(chǎng)景，為設(shè)備連接、系統(tǒng)連接提供平臺(tái)基礎(chǔ)，平臺(tái)向下可以承接海量異構(gòu)數(shù)據(jù)、向上可以支撐各種工業(yè)應(yīng)用開(kāi)發(fā)。其三全連接價(jià)值：設(shè)備、系統(tǒng)全連接以后，通過(guò)平臺(tái)實(shí)現(xiàn)各環(huán)節(jié)業(yè)務(wù)的價(jià)值體現(xiàn)，最實(shí)現(xiàn)降低運(yùn)營(yíng)成本、縮短交付周期、降低產(chǎn)品不良率、提高生產(chǎn)效率的目的。其四全連接網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)：5G全覆蓋的工廠基礎(chǔ)專網(wǎng)。余下章節(jié)重點(diǎn)講述創(chuàng)維基于此架構(gòu)模型的創(chuàng)新性實(shí)踐。

圖1 全連接工廠整體框架

2 5G工業(yè)網(wǎng)絡(luò)構(gòu)建

2.1 5G現(xiàn)狀概述

在全球5G技術(shù)發(fā)展中，中國(guó)5G技術(shù)已經(jīng)走在了世界的前列，尤其是在大規(guī)模商業(yè)應(yīng)用層面。2018年以前處于技術(shù)的突破期，其后逐步進(jìn)行了組網(wǎng)測(cè)試并取得了很大的成果。此后發(fā)展步伐逐步加快截止2019年，5G基站建設(shè)迅速展開(kāi)建設(shè)，5G網(wǎng)絡(luò)及硬件得到了迅速的發(fā)展。2020年以后，鎖著技術(shù)的成熟三大運(yùn)營(yíng)商逐步獲取了商用拍照，5G網(wǎng)絡(luò)正式進(jìn)入商用階段。在5G通信技術(shù)研發(fā)之處，其瞄準(zhǔn)的目標(biāo)就是萬(wàn)物互聯(lián)，并做為其基礎(chǔ)進(jìn)行布局。隨著5G基礎(chǔ)設(shè)施、網(wǎng)絡(luò)的普及，在VR（虛擬現(xiàn)實(shí)）與AR（增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)）領(lǐng)域得到了迅速的應(yīng)用落地。5G的未來(lái)應(yīng)用將不斷向深水區(qū)推進(jìn)。

2.2 5G工業(yè)組網(wǎng)方案

在工業(yè)領(lǐng)域一般存在兩種建設(shè)模式，一種是基于基站﹢UPF下沉﹢企業(yè)公有云的建設(shè)模式，此種模式適合于新建工廠及對(duì)數(shù)據(jù)本地化要求程度低的企業(yè)。另一種模式是對(duì)于已經(jīng)搭建有本地工業(yè)。

一方面在商用通信場(chǎng)景上將更加的深化，另外在工業(yè)領(lǐng)域也將實(shí)現(xiàn)底層邊端工業(yè)設(shè)備的連接，在自動(dòng)駕駛、智能家居、遠(yuǎn)程運(yùn)維、超高清視頻、等領(lǐng)域也將發(fā)揮其不可獲取的作用。截止到2020年底，我國(guó)5G基站建設(shè)已經(jīng)突破71.8萬(wàn)。目前來(lái)看我國(guó)5G產(chǎn)業(yè)布局較早，國(guó)內(nèi)5G網(wǎng)絡(luò)建設(shè)、5G產(chǎn)業(yè)技術(shù)專利和通信裝備制造水平在全球看均暫時(shí)領(lǐng)先。十四五時(shí)期是我國(guó)5G產(chǎn)業(yè)快速發(fā)展的關(guān)鍵時(shí)期，也是全球5G產(chǎn)業(yè)全面競(jìng)爭(zhēng)時(shí)期，我國(guó)5G產(chǎn)業(yè)高質(zhì)量發(fā)展任重道遠(yuǎn)。在工業(yè)應(yīng)用領(lǐng)域5G以其“大帶寬、廣連接、低時(shí)延”的特點(diǎn)，逐步打開(kāi)了應(yīng)用場(chǎng)景。

網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)的情況，采用基于基站﹢切片﹢UPF下沉﹢企業(yè)私有云﹢邊緣云MEC融合的建設(shè)思路來(lái)搭建5G網(wǎng)絡(luò)。目前工業(yè)企業(yè)多采用圖2所示的組網(wǎng)模式。下邊將結(jié)合創(chuàng)維實(shí)際實(shí)施情況，詳細(xì)對(duì)組網(wǎng)方案進(jìn)行描述。

圖2 5G網(wǎng)絡(luò)企業(yè)級(jí)組網(wǎng)方案

第一步：5G宏基站構(gòu)建

目前國(guó)內(nèi)能夠提供5G組網(wǎng)的供應(yīng)商主要有移動(dòng)、聯(lián)通、電信三家。根據(jù)3GPP組織的規(guī)則，無(wú)線基站分為4類，分別是宏基站、微基站、皮基站和飛基站[6]。微基站、皮基站和飛基站，通常合稱小基站或小站。

無(wú)線基站主要?jiǎng)澐忠罁?jù)是功率和容量，其中：宏基站的功率在10 W以上，可同時(shí)接入用戶數(shù)視基站規(guī)模而定，一般在1 000個(gè)以上。本文采用深圳電信宏基站硬件產(chǎn)品，其覆蓋范圍為5 000 m2。5G宏站設(shè)置在工業(yè)園區(qū)不同位置，通過(guò)宏站5G網(wǎng)絡(luò)在園區(qū)內(nèi)實(shí)現(xiàn)了網(wǎng)絡(luò)引入。

第二步：5G專網(wǎng)切片

工廠廠區(qū)內(nèi)的生產(chǎn)區(qū)域、辦公區(qū)域分別建設(shè)多個(gè)5G基站，通過(guò)網(wǎng)絡(luò)切片的方式實(shí)現(xiàn)企業(yè)專網(wǎng)應(yīng)用，對(duì)不同的場(chǎng)景提供個(gè)性化的5G網(wǎng)絡(luò)服務(wù)，如圖3所示。具體的，通過(guò)5G專網(wǎng)切片為工廠的辦公和生產(chǎn)提供便捷安全網(wǎng)絡(luò)服務(wù)，解決了生產(chǎn)線設(shè)備聯(lián)網(wǎng)和廠區(qū)專網(wǎng)安全等問(wèn)題。

圖3 5G網(wǎng)絡(luò)切片示意圖

第三步：5G室分部署

宏基站部署以后，要想將5G網(wǎng)絡(luò)信號(hào)實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)車(chē)間內(nèi)部的全覆蓋，還需要將室分信號(hào)部署至生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)以滿足網(wǎng)絡(luò)需求。創(chuàng)維現(xiàn)場(chǎng)5G室分硬件選型：根據(jù)站點(diǎn)的基本網(wǎng)絡(luò)需求和設(shè)備功能的應(yīng)用要素，創(chuàng)維工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)5G網(wǎng)絡(luò)建設(shè)設(shè)備選型為：電信RHUB型號(hào)：RHUB5923；PRRU型號(hào)：PRRU5936，其指標(biāo)如圖4。按照其覆蓋能力，在生產(chǎn)區(qū)及辦公區(qū)部署了69個(gè)室分微站，其詳細(xì)情況如表1，圖5為部署現(xiàn)場(chǎng)。

圖4 室分選型簡(jiǎn)圖

圖5 室分現(xiàn)場(chǎng)部署圖

創(chuàng)維現(xiàn)場(chǎng)對(duì)于室分的選型如圖4所示，主要選型依據(jù)集中在模塊、電架構(gòu)、光架構(gòu)等方面。

第四步：UPF下沉﹢邊緣MEC

UPF（User Plane Function）是指用戶面功能，將UPF下沉到企業(yè)機(jī)房，除了滿足基本的流量轉(zhuǎn)發(fā)、本地分流以外，更加滿足企業(yè)數(shù)據(jù)超低時(shí)延高安全可靠等需求，是保證工業(yè)數(shù)據(jù)不出園區(qū)的一種技術(shù)手段。

MEC（Multi-Access Edge Computing）是指多接入邊緣計(jì)算，實(shí)現(xiàn)邊緣云側(cè)數(shù)據(jù)采集、計(jì)算能力提供。是對(duì)工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)實(shí)時(shí)計(jì)算需求的一種補(bǔ)充技術(shù)，可以高效的進(jìn)行數(shù)據(jù)處理下發(fā)。在創(chuàng)維機(jī)房全下沉部署UPF﹢MEC，采用電信自研UPF設(shè)備，20 Gbps按需擴(kuò)容，可滿足工業(yè)園區(qū)數(shù)據(jù)高效處理、轉(zhuǎn)發(fā)的需求，如圖6所示。同時(shí)，采用中國(guó)電信自研MEC平臺(tái)支持固定/移動(dòng)網(wǎng)絡(luò)接入、第三方能力/應(yīng)用靈活部署以及邊緣能力統(tǒng)一開(kāi)放。依托業(yè)務(wù)與云端的協(xié)同運(yùn)算，在網(wǎng)絡(luò)傳輸上實(shí)現(xiàn)了較低的時(shí)延、上行下行的大帶寬、云端的算力增強(qiáng)，有力的保障了業(yè)務(wù)能力。深圳電信建設(shè)高質(zhì)量的5G專網(wǎng)為創(chuàng)維工業(yè)園區(qū)提供業(yè)務(wù)隔離、業(yè)務(wù)可靠性和高安全要求提供網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)。

圖 6 UPF+MEC技術(shù)路線示例圖

2.3 本章小結(jié)

隨著制造業(yè)數(shù)字化轉(zhuǎn)型的深入以及制造工藝、品控的升級(jí)，采用5G技術(shù)來(lái)支撐制造企業(yè)全流程的網(wǎng)絡(luò)需求已經(jīng)是一種趨勢(shì)。本節(jié)重點(diǎn)以創(chuàng)維工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)的5G組網(wǎng)情況，從5G基站、切片、室分部署、UPF下沉、邊緣MEC等方面介紹了5G組網(wǎng)的步驟。5G網(wǎng)絡(luò)的組建，為全連接制造工廠模型提供了網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)。

3 數(shù)字化制造平臺(tái)DMSPlat構(gòu)建

3.1 平臺(tái)現(xiàn)狀概述

工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)平臺(tái)是面向制造業(yè)數(shù)字化、網(wǎng)絡(luò)化、智能化需求，構(gòu)建基于海量數(shù)據(jù)采集、匯聚、分析的服務(wù)體系，支撐制造資源泛在連接、彈性供給、高效配置的工業(yè)云平臺(tái)[7]。工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)平臺(tái)的構(gòu)建規(guī)范及標(biāo)準(zhǔn)已有國(guó)家層面的標(biāo)準(zhǔn)以供參考。從平臺(tái)服務(wù)能力來(lái)分，可以分為公共服務(wù)平臺(tái)、行業(yè)性互聯(lián)網(wǎng)平臺(tái)、雙跨平臺(tái)等。在國(guó)內(nèi)工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)平臺(tái)已初具規(guī)模，諸如海爾、用友、東方國(guó)信、樹(shù)根互聯(lián)等，已經(jīng)開(kāi)始服務(wù)用戶。但是由于制造業(yè)務(wù)等的復(fù)雜性，各個(gè)平臺(tái)都未能做到兼容并蓄。因此，如何形成極具特色、如何形成良性的發(fā)展模式任然是工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)平臺(tái)的重中之重。

3.2 平臺(tái)建設(shè)方案

平臺(tái)建設(shè)一般采用4層架構(gòu)加1安全體系方案，創(chuàng)維立足彩電制造行業(yè)，基于應(yīng)用一站式提供、功能模塊化部署、流程并行協(xié)同理念，搭建了為制造全生命周期提供服務(wù)的制造平臺(tái)，如下圖7所示。下文具體介紹建設(shè)步驟。

圖7 創(chuàng)維DMSPlat工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)平臺(tái)框架示意圖

第一步：技術(shù)架構(gòu)搭建

技術(shù)架構(gòu)是指平臺(tái)的技術(shù)路線、技術(shù)選型，是搭建平臺(tái)的技術(shù)基礎(chǔ)。按照國(guó)家發(fā)布的工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)平臺(tái)建設(shè)白皮書(shū)，核心架構(gòu)一共有4層：

邊緣層：主要作用是將制造生產(chǎn)端側(cè)的各種各樣的設(shè)備、傳感器、攝像頭、PDA、工控機(jī)、掃碼器等產(chǎn)生的數(shù)據(jù)進(jìn)行采集歸一，為上層提供數(shù)據(jù)基礎(chǔ)。創(chuàng)維平臺(tái)重點(diǎn)構(gòu)建了“協(xié)議解析”、邊緣IES以解決協(xié)議多樣、設(shè)備種類繁多帶來(lái)的數(shù)據(jù)采集難題。

IaaS基礎(chǔ)服務(wù)層：主要作用是對(duì)數(shù)據(jù)提供網(wǎng)絡(luò)及存儲(chǔ)服務(wù)，以基礎(chǔ)設(shè)施（機(jī)房、供電、服務(wù)器、網(wǎng)絡(luò)設(shè)備、存儲(chǔ)設(shè)備）共建公有云/私有云中心數(shù)據(jù)匯聚。創(chuàng)維平臺(tái)集成了了云操作系統(tǒng)、高斯DB數(shù)據(jù)庫(kù)、Redis等。

PaaS平臺(tái)服務(wù)層：采用SpringBoot﹢SpringCloud技術(shù)，提供的一套微服務(wù)解決方案，包括服務(wù)注冊(cè)與發(fā)現(xiàn)，配置中心，全鏈路監(jiān)控，服務(wù)網(wǎng)關(guān)，負(fù)載均衡，熔斷器等組件，實(shí)現(xiàn)了一個(gè)快速、可擴(kuò)展、可持久化、高吞吐量、低延遲、高并發(fā)，分布式系統(tǒng)[8]。平臺(tái)服務(wù)層向下可以承接海量異構(gòu)數(shù)據(jù)、向上可以支撐各種工業(yè)應(yīng)用的開(kāi)發(fā)。

SaaS應(yīng)用服務(wù)層：是平臺(tái)的服務(wù)層，主要是各種工業(yè)應(yīng)用場(chǎng)景。創(chuàng)維平臺(tái)在SaaS層基于開(kāi)放環(huán)境部署應(yīng)用，面向工業(yè)各環(huán)節(jié)場(chǎng)景，結(jié)合行業(yè)經(jīng)驗(yàn)梳理出了制造環(huán)節(jié)應(yīng)該具備的工業(yè)應(yīng)用。搭載創(chuàng)維工業(yè)應(yīng)用的DMSPlat數(shù)字化制造系統(tǒng)平臺(tái)，是對(duì)內(nèi)對(duì)外服務(wù)的最終輸出。

第二步：工業(yè)應(yīng)用開(kāi)發(fā)

如第 3.1 章節(jié)描述，講述了平臺(tái)的建設(shè)架構(gòu)。本章節(jié)主要描述在應(yīng)用功能上平臺(tái)應(yīng)該具備的能力。一般來(lái)講，工業(yè)應(yīng)用種類的開(kāi)發(fā)遵循的原則為“打通制造全流程、實(shí)現(xiàn)全域要素的互聯(lián)”。創(chuàng)維平臺(tái)在SaaS層為制造環(huán)節(jié)提供所需的BI生產(chǎn)可視化、APS計(jì)劃排產(chǎn)、MES生產(chǎn)執(zhí)行、WMS倉(cāng)儲(chǔ)管理、PMS工藝管理、QMS質(zhì)量管理、EMS設(shè)備管理、FMCS能源管理、ISS智能安防，OA移動(dòng)辦公[8]等十大智能應(yīng)用服務(wù)等制造環(huán)節(jié)必須具備的10個(gè)應(yīng)用服務(wù)，以支撐5G全連接工廠制造場(chǎng)景拉通互聯(lián)。下邊具體講述平臺(tái)的應(yīng)用及其主要功能。

1）計(jì)劃排產(chǎn)系統(tǒng)（APS）

APS（Advanced Planning System）計(jì)劃排產(chǎn)，主要進(jìn)行月度計(jì)劃排產(chǎn)、六日計(jì)劃排產(chǎn)及生產(chǎn)作業(yè)計(jì)劃的下達(dá)。系統(tǒng)根據(jù)產(chǎn)線產(chǎn)能信息，物料齊套信息，協(xié)助排產(chǎn)。APS計(jì)劃排產(chǎn)系統(tǒng)的應(yīng)用使得計(jì)劃準(zhǔn)確率及達(dá)成率有效提高，交付周期有效縮短。

2）倉(cāng)儲(chǔ)管理系統(tǒng)（WMS）

WMS（Advanced Planning System）倉(cāng)儲(chǔ)管理系統(tǒng)，是以生產(chǎn)企業(yè)的原材料、半成品或者成品為管理對(duì)象，提供核心的“收、發(fā)、存”業(yè)務(wù)，來(lái)實(shí)現(xiàn)管理過(guò)程的信息化。具體功能包含基礎(chǔ)數(shù)據(jù)、庫(kù)位設(shè)置、入庫(kù)作業(yè)、入庫(kù)質(zhì)檢、上架作業(yè)、出庫(kù)作業(yè)、下架作業(yè)、移動(dòng)端、BI等核心功能。系統(tǒng)向上通過(guò)接口連接ERP系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)訂單數(shù)據(jù)、賬務(wù)數(shù)據(jù)的交互。向下通過(guò)接口連接MES系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)物料的JIT配送等。共同打造了一個(gè)橫向互聯(lián)制造過(guò)程的倉(cāng)儲(chǔ)一體化管理系統(tǒng)。

3）制造執(zhí)行系統(tǒng)（MES）

MES（Advanced Planning System）制造執(zhí)行系統(tǒng)，作為制造企業(yè)生產(chǎn)過(guò)程的執(zhí)行軟件，是面向制造企業(yè)車(chē)間執(zhí)行層的生產(chǎn)信息化管理軟件。MES在功能建設(shè)上涵蓋了生產(chǎn)從計(jì)劃開(kāi)始到成品出貨的全流程信息化支持。包含計(jì)劃管理模塊、物料管理模塊、工藝管理模塊、生產(chǎn)執(zhí)行模塊、站點(diǎn)模塊等，系統(tǒng)通過(guò)接口與外部數(shù)據(jù)交互。

4）工藝管理系統(tǒng)（PMS）

PMS（Advanced Planning System）工藝管理系統(tǒng)，是面向以工單為維度的產(chǎn)品制造工藝信息化管理的流程軟件。PMS為具體的生產(chǎn)訂單、工單提供包括新品導(dǎo)入、工藝路線設(shè)置、工藝BOM的管理、工時(shí)定額的設(shè)置及生產(chǎn)技術(shù)的改進(jìn)等。對(duì)生產(chǎn)設(shè)備、環(huán)節(jié)、生產(chǎn)條件等的要求，通常是以工藝參數(shù)、工藝指導(dǎo)文件等的方式提供。通過(guò)PMS工藝管理系統(tǒng)，提高生產(chǎn)工藝的一致性，及可智能制造性。系統(tǒng)可通過(guò)接口與外部系統(tǒng)交互。

5）質(zhì)量管理系統(tǒng)（QMS）

QMS（Advanced Planning System）質(zhì)量管理系統(tǒng)，是面向制造企業(yè)在線質(zhì)量管理的信息化軟件。QMS系統(tǒng)以企業(yè)在生產(chǎn)中的產(chǎn)品在線質(zhì)量管控、質(zhì)量信息匯總、分析、預(yù)警、可視化為主要的建設(shè)內(nèi)容，為企業(yè)產(chǎn)品質(zhì)量提供全流程的保證及提供高層決策的輸入。系統(tǒng)功能包括質(zhì)檢標(biāo)準(zhǔn)、在線抽檢、在線質(zhì)量判別、成品半成品批次質(zhì)量報(bào)表等，系統(tǒng)通過(guò)接口可與外部系統(tǒng)進(jìn)行數(shù)據(jù)交互，提升系統(tǒng)能力。

6）設(shè)備管理系統(tǒng)（EMS）

EMS（Advanced Planning System）設(shè)備管理系統(tǒng)，是面向制造企業(yè)生產(chǎn)設(shè)備管理的信息化軟件。EMS可以通過(guò)對(duì)資產(chǎn)的管理，維護(hù)過(guò)程的記錄及設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)的監(jiān)控等一系列功能，建立起一套完善的設(shè)備維修和設(shè)備效率分析系統(tǒng)，保障設(shè)備正常運(yùn)行，提高設(shè)備利用效率。系統(tǒng)通過(guò)接口可與外部系統(tǒng)進(jìn)行數(shù)據(jù)交互，提升系統(tǒng)能力。

7）能源管理系統(tǒng)（FMCS）

FMCS（Advanced Planning System）能源管理系統(tǒng)，是面向制造企業(yè)生產(chǎn)過(guò)程中能源使用情況管理的信息化軟件。FMCS可以負(fù)責(zé)對(duì)能源的使用進(jìn)行統(tǒng)計(jì)及狀態(tài)監(jiān)控。通過(guò)系統(tǒng)管理，達(dá)到提高能源利用率，降低能耗的目的。系統(tǒng)通過(guò)接口可與外部系統(tǒng)進(jìn)行數(shù)據(jù)交互，提升系統(tǒng)能力。

8）智能安防系統(tǒng)（ISS）

ISS（Advanced Planning System）安防管理系統(tǒng)，是面向制造企業(yè)車(chē)間、工廠安全時(shí)是防控的信息化軟件。ISS可以為提供包括人員追蹤、區(qū)域禁入、時(shí)是記錄、主動(dòng)預(yù)警推送等功能，系統(tǒng)通過(guò)接口可與外部系統(tǒng)進(jìn)行數(shù)據(jù)交互，提升系統(tǒng)能力。

9）辦公管理系統(tǒng)（OMS）

OMS（Advanced Planning System）辦公管理系統(tǒng)，是面向制造企業(yè)制造流在線管理的信息化軟件。OMS可以項(xiàng)目管理、文件審批、移動(dòng)辦公、指標(biāo)管理、OKR管理。

10）可視化看板系統(tǒng)（BI）

BI（Advanced Planning System）可視化系統(tǒng)，立足于工業(yè)應(yīng)用系統(tǒng)數(shù)據(jù)可視化、數(shù)據(jù)分析等方面，為整個(gè)工業(yè)應(yīng)用系統(tǒng)提供工廠級(jí)、車(chē)間級(jí)數(shù)據(jù)可視化看板服務(wù)?？蓪?shí)現(xiàn)生產(chǎn)可視化、質(zhì)量可視化、計(jì)劃可視化、追溯可視化、報(bào)表可視化等功能，如圖8所示。系統(tǒng)功能擴(kuò)展模塊可實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)智能分析，為上層決策者提供數(shù)據(jù)支撐，助力數(shù)字化轉(zhuǎn)型。

圖8 可視化大屏建設(shè)示意圖

第三步：統(tǒng)一平臺(tái)門(mén)戶開(kāi)發(fā)

所有數(shù)字化制造系統(tǒng)統(tǒng)一入口管理、單點(diǎn)登錄、實(shí)時(shí)生產(chǎn)信息瀏覽、實(shí)時(shí)切換各地區(qū)信息入口，以滿足“一站式”應(yīng)用服務(wù)的數(shù)字化平臺(tái)建設(shè)理念。平臺(tái)登錄門(mén)戶設(shè)計(jì)如圖9所示。

圖9 平臺(tái)統(tǒng)一門(mén)戶建設(shè)示意圖

3.3 本章小結(jié)

本章主要講了數(shù)字化制造平臺(tái)的構(gòu)建步驟以及其應(yīng)具備的能力，通過(guò)核心工業(yè)應(yīng)用系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)了線下流程的數(shù)字化，連接了面向工業(yè)生產(chǎn)制造全流程要素。進(jìn)而實(shí)現(xiàn)了設(shè)備、系統(tǒng)互聯(lián)互通，生產(chǎn)流程并行協(xié)同的平臺(tái)目標(biāo)。

4 基于平臺(tái)的核心場(chǎng)景構(gòu)建

數(shù)字化制造平臺(tái)構(gòu)建目的是實(shí)現(xiàn)對(duì)行業(yè)工業(yè)生產(chǎn)的服務(wù)，進(jìn)而輸出價(jià)值。因此在平臺(tái)基礎(chǔ)構(gòu)建形成以后，只有通過(guò)平臺(tái)立足企業(yè)生產(chǎn)過(guò)程中的痛點(diǎn)，狠抓“牛鼻子”問(wèn)題，提煉出行業(yè)適用的、低成本的解決方案，對(duì)內(nèi)實(shí)現(xiàn)企業(yè)的制造模式變革及基礎(chǔ)夯實(shí)，對(duì)外賦能小微企業(yè)，才能使得本文提出的基于新技術(shù)的“一張專網(wǎng)、一個(gè)平臺(tái)、核心場(chǎng)景落地”轉(zhuǎn)型新模式良性的、不斷迭代的發(fā)展。下文主要以創(chuàng)維場(chǎng)景應(yīng)用為實(shí)踐對(duì)象概要講解新模式下互聯(lián)工廠的核心應(yīng)用場(chǎng)景解決方案。

4.1 5G感知式AGV智慧物流場(chǎng)景解決方案

1）業(yè)務(wù)場(chǎng)景痛點(diǎn)

小訂單模式下，彩電生產(chǎn)運(yùn)輸頻次增加，配送現(xiàn)場(chǎng)情況復(fù)雜，廠內(nèi)AGV傳統(tǒng)無(wú)線網(wǎng)絡(luò)受環(huán)境較大。在這種情況下，以訂單驅(qū)動(dòng)的自主調(diào)度配送﹢AGV低故障高效率的感知式模式，已是數(shù)字化模式下物流運(yùn)輸需要突破的業(yè)務(wù)痛點(diǎn)。

2）業(yè)務(wù)場(chǎng)景方案

結(jié)合5G“低時(shí)延”的技術(shù)特點(diǎn)，依托數(shù)字化制造平臺(tái)研發(fā)倉(cāng)儲(chǔ)管理系統(tǒng)，采用“5G﹢WMS﹢AGV”實(shí)現(xiàn)感知式的智能生產(chǎn)輸送，園區(qū)物流智能化管理。WMS系統(tǒng)自主觸發(fā)物流需求、視覺(jué)AGV自主智能路徑規(guī)劃，車(chē)輛預(yù)約管理系統(tǒng)管理物流車(chē)輛，實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)運(yùn)輸場(chǎng)內(nèi)到場(chǎng)外的智能化，大幅提升生產(chǎn)輸送協(xié)同效率及降低AGV故障率，降本增效的同時(shí)創(chuàng)新了生產(chǎn)輸送模式。圖10為場(chǎng)景技術(shù)架構(gòu)。

圖10 5G+AGV場(chǎng)景建設(shè)技術(shù)路線框架示意圖

4.2 5G預(yù)警式設(shè)備管理場(chǎng)景解決方案

1）業(yè)務(wù)場(chǎng)景痛點(diǎn)

彩電制造經(jīng)過(guò)自動(dòng)化升級(jí)后，各工序段存在眾多多源、異構(gòu)的設(shè)備；同時(shí)傳統(tǒng)4G﹢有線的方式已經(jīng)不能滿足數(shù)量激增的設(shè)備聯(lián)網(wǎng)問(wèn)題。面對(duì)工廠設(shè)備封閉、接口異構(gòu)、設(shè)備傳統(tǒng)有線連接、人工盤(pán)點(diǎn)、無(wú)系統(tǒng)管理、設(shè)備數(shù)據(jù)價(jià)值挖掘難等突出問(wèn)題，新型的5G設(shè)備管理應(yīng)用模式，亟需落地。

2）業(yè)務(wù)場(chǎng)景方案

基于5G工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)網(wǎng)關(guān)對(duì)制造過(guò)程設(shè)備的多源異構(gòu)數(shù)據(jù)協(xié)議進(jìn)行解析，實(shí)現(xiàn)對(duì)設(shè)備的各項(xiàng)運(yùn)行參數(shù)數(shù)據(jù)進(jìn)行采集，數(shù)據(jù)通過(guò)創(chuàng)維5G傳輸，進(jìn)入創(chuàng)維云邊協(xié)同的本地服務(wù)中心，即創(chuàng)維DMSPlat數(shù)字化制造工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)平臺(tái)，最終實(shí)現(xiàn)設(shè)備的預(yù)警式遠(yuǎn)程運(yùn)維、設(shè)備盤(pán)點(diǎn)、OEE等。圖11為場(chǎng)景技術(shù)架構(gòu)。

圖11 5G設(shè)備場(chǎng)景建設(shè)技術(shù)路線框架示意圖

4.3 5G+VR遠(yuǎn)程運(yùn)維場(chǎng)景解決方案

1）業(yè)務(wù)場(chǎng)景痛點(diǎn)

彩電訂單模式逐步向小批量轉(zhuǎn)變，混線生產(chǎn)成為了常態(tài)，頻繁的轉(zhuǎn)機(jī)生產(chǎn)，導(dǎo)致生產(chǎn)線及其核心工序協(xié)同生產(chǎn)的高精尖設(shè)備異常情況呈現(xiàn)升高趨勢(shì)。目前處理方式為生產(chǎn)發(fā)現(xiàn)問(wèn)題-停機(jī)-線下通知檢修-檢修到場(chǎng)排除故障-復(fù)產(chǎn)的模式。如果情況發(fā)生在總部基地以外，需安排技術(shù)專家出差處理。這種模式存在高額的人工成本、停產(chǎn)效率損失、協(xié)同性差等痛點(diǎn)。

2）業(yè)務(wù)場(chǎng)景方案

基通過(guò)5G﹢8K﹢VR/AR融合技術(shù)應(yīng)用，搭建智慧檢修平臺(tái)，通過(guò)現(xiàn)場(chǎng)部署8K超高清攝像機(jī)對(duì)現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行全面極低時(shí)延場(chǎng)景監(jiān)控。實(shí)現(xiàn)工廠端生產(chǎn)線體設(shè)備、工藝、物流、人員、質(zhì)量、安全等高清場(chǎng)景實(shí)時(shí)遠(yuǎn)程交互、全程跟蹤、記錄和回放，技術(shù)專家及管理者能遠(yuǎn)程全方位掌握智能工廠生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)高效決策解決問(wèn)題圖12為場(chǎng)景技術(shù)架構(gòu)。

圖12 5G+VR場(chǎng)景建設(shè)技術(shù)路線框架示意圖

4.4 5G工業(yè)視覺(jué)檢測(cè)場(chǎng)景解決方案

1）業(yè)務(wù)場(chǎng)景痛點(diǎn)

彩電生產(chǎn)檢測(cè)環(huán)節(jié)，視覺(jué)AI質(zhì)檢場(chǎng)景單條產(chǎn)線流量需求達(dá)240 Mbps，創(chuàng)維在10條產(chǎn)線應(yīng)用視覺(jué)AI質(zhì)檢，峰值流量將高達(dá)2 400 Mbps，現(xiàn)有內(nèi)網(wǎng)帶寬無(wú)法承載如此高流量。如果網(wǎng)絡(luò)擁塞將直接導(dǎo)致質(zhì)檢設(shè)備無(wú)法與云端通信，造成產(chǎn)線作業(yè)停頓。

2）業(yè)務(wù)場(chǎng)景方案

通過(guò)前端圖像采集集-5G邊緣云視覺(jué)檢測(cè)軟件平臺(tái)-云端圖像算法中心模式，在邊緣端我們采用創(chuàng)維8K攝像機(jī)及360 °的遠(yuǎn)景攝像頭采集生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)的圖片數(shù)據(jù)，數(shù)據(jù)經(jīng)過(guò)創(chuàng)維5G無(wú)線網(wǎng)絡(luò)向后臺(tái)工業(yè)云平臺(tái)傳輸，在平臺(tái)側(cè)作為AI視覺(jué)檢測(cè)算法模型的輸入，經(jīng)由模型給出結(jié)果輸出，即將算力在云端、控制在邊緣，以快速響應(yīng)產(chǎn)線需求。5G工業(yè)視覺(jué)檢測(cè)將廣泛應(yīng)用在彩電整機(jī)視覺(jué)檢測(cè)，如圖13所示。

圖13 5G工業(yè)視覺(jué)場(chǎng)景建設(shè)技術(shù)路線框架示意圖

4.5 本章小結(jié)

本章主要介紹了在平臺(tái)的能力基礎(chǔ)上，創(chuàng)維在數(shù)字化制造環(huán)節(jié)，結(jié)合實(shí)際場(chǎng)景痛點(diǎn)打造的4個(gè)通用場(chǎng)景解決方案，場(chǎng)景經(jīng)過(guò)實(shí)踐已具備了對(duì)外賦能輸出的價(jià)值。

5 結(jié)論

本文基于5G技術(shù)、8K技術(shù)、VR/AR技術(shù)，在“一張專網(wǎng)、一個(gè)平臺(tái)、核心場(chǎng)景落地”的數(shù)字化建設(shè)理念下，形成了一套數(shù)字化轉(zhuǎn)型模式的方法論，此模式在創(chuàng)維新型顯示深圳制造基地進(jìn)行了實(shí)踐，取得了比較明現(xiàn)的效果，主要表現(xiàn)在三個(gè)方面。，具有重大的結(jié)果顯示制造及跨廠區(qū)、本文的研究?jī)?nèi)容為行業(yè)在應(yīng)用層面提供了一種新的、低成本的數(shù)字化互聯(lián)工廠建設(shè)模式，對(duì)行業(yè)有積極的借鑒意義。

1）創(chuàng)維總部基地在制造環(huán)節(jié)實(shí)現(xiàn)了物料、計(jì)劃、生產(chǎn)、設(shè)備、質(zhì)量等核心生產(chǎn)要素實(shí)現(xiàn)了互聯(lián)互通，創(chuàng)維實(shí)現(xiàn)了制造流程的數(shù)字化。

2）創(chuàng)維模式基于平臺(tái)服務(wù)了廣州基地、南京基地等，在驗(yàn)證平臺(tái)服務(wù)能力的同時(shí)實(shí)現(xiàn)了創(chuàng)維跨地域的高效協(xié)同，同時(shí)對(duì)效率提升、質(zhì)量提升、運(yùn)營(yíng)成本降低帶了積極的促進(jìn)作用。

3）目前數(shù)字化轉(zhuǎn)型不斷的向深水區(qū)推進(jìn)，創(chuàng)維基于新型顯示行業(yè)提出的互聯(lián)工廠建設(shè)模式，對(duì)我國(guó)廣大企業(yè)制定數(shù)字化升級(jí)路徑具有借鑒意義。

4）模型中引入了5G技術(shù)、8K技術(shù)、VR技術(shù)等，對(duì)新技術(shù)在制造業(yè)的場(chǎng)景使用提供了場(chǎng)景試驗(yàn)田，對(duì)其產(chǎn)業(yè)鏈發(fā)展亦有促進(jìn)作用。

未來(lái)，其一創(chuàng)維將繼續(xù)豐富平臺(tái)的應(yīng)用場(chǎng)景，以數(shù)字化制造為基礎(chǔ)，不斷的向數(shù)字化研發(fā)、數(shù)字化供應(yīng)鏈、數(shù)字化營(yíng)銷(xiāo)深入，提供解決方案，增加平臺(tái)的服務(wù)能力。其二將創(chuàng)維模式向國(guó)內(nèi)其余基地繼續(xù)推廣擴(kuò)大影響力，進(jìn)而完成上下游500家供應(yīng)鏈企業(yè)的生態(tài)建設(shè)，形成家電行業(yè)工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)平臺(tái)生態(tài)圈。其三與行業(yè)聯(lián)盟、政府單位緊密合作，以期為其他行業(yè)的中小微制造企業(yè)提供轉(zhuǎn)型方案。