5G5G-A URLLC工業(yè)場(chǎng)景需求白皮書（2022年） -華為 中國(guó)信通院

聲明本報(bào)告所載的材料和信息，包括但不限于文本、圖片、數(shù)據(jù)、觀點(diǎn)、建議，不構(gòu)成法律建議，也不應(yīng)替代律師意見。本報(bào)告所有材料或內(nèi)容的知識(shí)產(chǎn)權(quán)歸工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)產(chǎn)業(yè)聯(lián)盟所有(注明是引自其他方的內(nèi)容除外)，并受法律保護(hù)。如需轉(zhuǎn)載，需聯(lián)系本聯(lián)盟并獲得授權(quán)許可。未經(jīng)授權(quán)許可，任何人不得將報(bào)告的全部或部分內(nèi)容以發(fā)布、轉(zhuǎn)載、匯編、轉(zhuǎn)讓、出售等方式使用，不得將報(bào)告的全部或部分內(nèi)容通過網(wǎng)絡(luò)方式傳播，不得在任何公開場(chǎng)合使用報(bào)告內(nèi)相關(guān)描述及相關(guān)數(shù)據(jù)圖表。違反上述聲明者，本聯(lián)盟將追究其相關(guān)法律責(zé)任。工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)產(chǎn)業(yè)聯(lián)盟聯(lián)系電話箱：aii@前言在當(dāng)前國(guó)際形勢(shì)復(fù)雜嚴(yán)峻、新冠疫情長(zhǎng)期流行的大背景下，全球貿(mào)易阻力重重，能源與原材料供應(yīng)難以穩(wěn)定，國(guó)內(nèi)經(jīng)濟(jì)發(fā)展亟待新的突破點(diǎn)。因此，“十四五”規(guī)劃將實(shí)體經(jīng)濟(jì)作為發(fā)展著力點(diǎn)，重點(diǎn)關(guān)注制造業(yè)優(yōu)化升級(jí)，鼓勵(lì)企業(yè)應(yīng)用先進(jìn)適用技術(shù)并加強(qiáng)新設(shè)備規(guī)?；瘧?yīng)用，大力推進(jìn)智能制造發(fā)展，從而激活新階段的工業(yè)變革。5G通信技術(shù)作為工業(yè)智能化升級(jí)的關(guān)鍵環(huán)節(jié)之一，近年來受到了產(chǎn)業(yè)界的廣泛關(guān)注。自2019年商用以來，5G網(wǎng)絡(luò)技術(shù)持續(xù)與工業(yè)融合發(fā)展，通過支持工業(yè)產(chǎn)線的廣泛5G無線化、IT/OT智能融合組網(wǎng)、工業(yè)控制應(yīng)用創(chuàng)新等實(shí)施路徑充分助力工業(yè)智能化升級(jí)。其中，5G/5G-A(5G-Advanced)URLLC的技術(shù)特性，通過低時(shí)延超可靠通信方式改變工業(yè)自動(dòng)化領(lǐng)域現(xiàn)狀，URLLC特性的落地能夠助力工業(yè)企業(yè)生產(chǎn)環(huán)節(jié)的智能化升級(jí)，從而實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)效率的提升和維護(hù)成本的控制。段，工業(yè)企業(yè)普遍對(duì)技術(shù)情況和應(yīng)用價(jià)值有較強(qiáng)的認(rèn)知需求。為了深入挖掘超可靠低時(shí)延通信在行業(yè)內(nèi)的具體實(shí)踐方式，中國(guó)信息通信研究院以5GURLLC先鋒營(yíng)活動(dòng)為契機(jī)，與華為技術(shù)有限公司共同牽頭，聯(lián)合多家單位編制本5G/5G-AURLLC場(chǎng)景需求白皮書，研究工業(yè)行業(yè)中5GURLLC場(chǎng)景需求，為企業(yè)生產(chǎn)環(huán)節(jié)的5G應(yīng)用落地提供參考。本白皮書有層次地介紹了工業(yè)領(lǐng)域5GURLLC的場(chǎng)景需求的相關(guān)內(nèi)容，結(jié)合行業(yè)與典型場(chǎng)景對(duì)5GURLLC應(yīng)用部署進(jìn)行了細(xì)致闡述，以期帶動(dòng)更多聯(lián)盟伙伴參與新技術(shù)的使有限公司司磊、張?zhí)旌品?、閆勇斌、劉揚(yáng)有限公司、彭超、馬宇航司司鄭學(xué)亮、王勝齊限公司研究院有限公司司司人技術(shù)有限公司公司嚴(yán)義公司銳、邢源日文杰、王宣楠、朱紅綠 1.15G將為工業(yè)通信帶來發(fā)展?jié)摿?1G工業(yè)自動(dòng)化注入柔性化智能化升級(jí)活力 1GURLLC為工業(yè)控制提供無線實(shí)時(shí)連接 2 2.15GURLLC工廠中應(yīng)用場(chǎng)景分類 4 2.35GURLLC行業(yè)場(chǎng)景需求參數(shù)說明 7 3.1.行業(yè)數(shù)字化升級(jí)概述 93.2.焊裝車間場(chǎng)景描述 10 3.2.2傳統(tǒng)工業(yè)通信組網(wǎng) 11 3.3.總裝車間場(chǎng)景描述 18 4.1行業(yè)數(shù)字化升級(jí)概述 27 94.2.2傳統(tǒng)工業(yè)通信組網(wǎng) 30 44.3.2傳統(tǒng)工業(yè)通信組網(wǎng) 36 4.4重型機(jī)械焊接場(chǎng)景描述 41 14.4.2傳統(tǒng)工業(yè)通信組網(wǎng) 43 5.1行業(yè)數(shù)字化升級(jí)概述 465.2精鑄車間場(chǎng)景描述 505.2.1車間總體情況 505.2.2傳統(tǒng)工業(yè)通信組網(wǎng) 52 6.2.3URLLC終端需求 706.35GURLLC網(wǎng)絡(luò)性能指標(biāo) 736.3.1URLLC指標(biāo)及參數(shù)概述 736.3.2確定性通信 75延 766.3.4單包可靠性 80量 856.45GURLLC網(wǎng)絡(luò)需求匯總 86GPP 八、總結(jié) 89 A.1汽車行業(yè)應(yīng)用場(chǎng)景 1A.1.1C2IO-工具切換 1A.1.2C2IO-智能從站(機(jī)器人) 1A.1.3C2IO-回轉(zhuǎn)傳輸、隨行夾具 2A.1.4C2IO-轉(zhuǎn)臺(tái)、轉(zhuǎn)鼓 3A.1.5C2IO-升降機(jī)、滑臺(tái) 3A1.6C2IO-有軌、閉環(huán)、滑觸線/漏波電纜通訊 4A.1.7C2IO-點(diǎn)對(duì)點(diǎn)，紅外通訊、激光通訊替代 5A.1.8C2IO-上、下料臺(tái)/夾具定位臺(tái) 6A.1.9C2IO-安全操作 6A.1.10C2IO-識(shí)別系統(tǒng) 7A.1.11C2IO-固定輸送 7A.1.12C2IO-固定工藝設(shè)備 8 A.1.15NRT-數(shù)據(jù)采集 10A1.16C2C-控制器數(shù)據(jù)耦合交互 10A.1.17HMI-人機(jī)界面 11A.1.18C2IO-EMS吊具 12A.1.19C2IO-滑板 13A.1.20C2IO-線體驅(qū)動(dòng)電機(jī) 14 A.2電子/機(jī)械/精鑄行業(yè)應(yīng)用場(chǎng)景 16A.2.1C2IO-智能從站 16 A.2.6C2IO-智能上下料 21A.2.7C2IO-智能坡口 23A.2.8NRT-PLC工藝層云化 24A.2.9C2IO-PLC邏輯層云化 25AMCPLC運(yùn)動(dòng)層云化 26 B.1現(xiàn)有工業(yè)協(xié)議概述 29B.2Profinet 29B.1協(xié)議棧及發(fā)包模型介紹 29B.2.2組態(tài)流程：交互機(jī)制 34B.2.3宕機(jī)看門狗及異常處理機(jī)制 38B.2.4模組能力介紹 39 B.3Modbus 41B.1協(xié)議棧及發(fā)包模型介紹 41B.3.2組態(tài)流程：交互機(jī)制 43B.3.3宕機(jī)看門狗及異常處理機(jī)制 44B.3.4模組能力介紹 45 B.4EtherCAT 47B.1協(xié)議棧及發(fā)包模型介紹 47B.4.2組態(tài)流程：交互機(jī)制 50B常處理機(jī)制 54B.4.4模組能力介紹 54 BCANopen 56B協(xié)議棧及發(fā)包模型介紹 56B.5.2組態(tài)流程：交互機(jī)制 62B常處理機(jī)制 64B.5.4模組能力介紹 65 撰寫分工 1縮略語表 11工業(yè)通信網(wǎng)絡(luò)技術(shù)主要包括現(xiàn)場(chǎng)總線、工業(yè)以太網(wǎng)和工業(yè)無線網(wǎng)。當(dāng)前，全球工業(yè)通信網(wǎng)絡(luò)正由現(xiàn)場(chǎng)總線向工業(yè)以太網(wǎng)、工業(yè)無線網(wǎng)演進(jìn)，5G在設(shè)計(jì)之初就考慮了工業(yè)高實(shí)時(shí)、高可靠、高安全的新活力。1.15G將為工業(yè)通信帶來發(fā)展?jié)摿?G技術(shù)低時(shí)延、高可靠、大連接的特性，彌補(bǔ)了傳統(tǒng)應(yīng)用于工業(yè)無線等)廠區(qū)覆蓋范圍、技術(shù)穩(wěn)定性、終端連接率等方面不足等問題，將使無線技術(shù)由工業(yè)網(wǎng)絡(luò)部署的能力補(bǔ)充轉(zhuǎn)變?yōu)楣S內(nèi)網(wǎng)的e絡(luò)市場(chǎng)份額預(yù)測(cè)報(bào)告指出無線業(yè)務(wù)繼續(xù)以24%的速度快速增長(zhǎng)，無線網(wǎng)絡(luò)現(xiàn)在已擁有7%的市場(chǎng)份額。未來，5G無線業(yè)務(wù)將在工廠的全面落地，從智能物流、園區(qū)監(jiān)測(cè)等生產(chǎn)輔助環(huán)節(jié)到進(jìn)入工業(yè)自動(dòng)1.25G將為工業(yè)自動(dòng)化注入柔性化智能化升級(jí)活力傳統(tǒng)工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)會(huì)有大量移動(dòng)設(shè)備，如隨行夾具/機(jī)器人抓手更換/輸送設(shè)備，有線組網(wǎng)復(fù)雜，易于磨損；同時(shí)，現(xiàn)場(chǎng)存在大量OT設(shè)備的多層級(jí)組網(wǎng)，無法有效兼容數(shù)據(jù)采集、AR、機(jī)器視覺等非實(shí)時(shí)IT，工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)亟待引入5G技術(shù)解決當(dāng)前難題，進(jìn)而帶發(fā)展。5G帶來的改變體現(xiàn)在三個(gè)方面：一是去掉有線束縛，解決不便于有線連接的移動(dòng)類場(chǎng)景，減少移動(dòng)造成的通訊物理故障。二是智2網(wǎng)絡(luò)的扁平化架構(gòu)可以解決業(yè)務(wù)兼容問題。三是工業(yè)控制應(yīng)用創(chuàng)新，5G與工業(yè)的融合將加速云化機(jī)器人、云化PLC的應(yīng)用落地，降低網(wǎng)絡(luò)部署成本，云化算力和實(shí)時(shí)網(wǎng)絡(luò)也為工廠的智能化柔性生產(chǎn)夯圖1-1智能化柔性工廠工業(yè)網(wǎng)絡(luò)演進(jìn)1.35GURLLC為工業(yè)控制提供無線實(shí)時(shí)連接工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)實(shí)時(shí)控制對(duì)5G網(wǎng)絡(luò)提出低時(shí)延與高可靠性的要求，在網(wǎng)絡(luò)扁平化的同時(shí)，要求工業(yè)5G具備eMBB和URLLC等特性的人機(jī)遠(yuǎn)程操控，逐步開始進(jìn)入工業(yè)自動(dòng)化控制的人機(jī)界面控制和現(xiàn)場(chǎng)實(shí)時(shí)控制。隨著3GPP標(biāo)準(zhǔn)后續(xù)版本的持續(xù)演進(jìn)及5G工控領(lǐng)域相關(guān)技術(shù)的逐步落地，5G/5G-A(5G-Advanced)URLLC的能力將不3斷增強(qiáng)，通信時(shí)延降低、網(wǎng)絡(luò)可靠性提高、設(shè)備連接數(shù)增多，可滿業(yè)自動(dòng)化的實(shí)時(shí)控制應(yīng)用。5G及5G-A是5G技術(shù)的持續(xù)演進(jìn)過程中的不同技術(shù)階段，同本白皮書聚焦系統(tǒng)地梳理5GURLLC在工業(yè)控制的典型應(yīng)用場(chǎng)4二、5GURLLC工業(yè)應(yīng)用概覽2.15GURLLC工廠中應(yīng)用場(chǎng)景分類傳統(tǒng)工廠網(wǎng)絡(luò)可以劃分為三種類型：工廠級(jí)網(wǎng)絡(luò)，車間級(jí)網(wǎng)絡(luò)和現(xiàn)中工廠級(jí)網(wǎng)絡(luò)以IT網(wǎng)絡(luò)為主，車間級(jí)網(wǎng)絡(luò)和現(xiàn)場(chǎng)級(jí)網(wǎng)絡(luò)以T絡(luò)主要用于現(xiàn)場(chǎng)實(shí)時(shí)控制，如果在車間現(xiàn)場(chǎng)要連接寬帶數(shù)據(jù)采集，或AGV等移動(dòng)設(shè)備，則需要在車間OT網(wǎng)絡(luò)之外，再部署IP以太網(wǎng)或IFI圖2-1制造工廠傳統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)5層金字塔架構(gòu)5平化接入，避免了傳統(tǒng)有線多級(jí)交換機(jī)分層分級(jí)的圖2-2工業(yè)5G現(xiàn)場(chǎng)網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)網(wǎng)絡(luò)中的生產(chǎn)線由一系列執(zhí)行生產(chǎn)任務(wù)的機(jī)器和一系列控制單元組成，現(xiàn)場(chǎng)網(wǎng)絡(luò)支撐生產(chǎn)線的實(shí)時(shí)控制。在生產(chǎn)中，對(duì)于生產(chǎn)線的主控制器與多個(gè)現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備進(jìn)行數(shù)據(jù)交換，一臺(tái)機(jī)器通常有一個(gè)控制單元(從PLC或運(yùn)動(dòng)控制器)和幾個(gè)現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備(I/O盒)，具有1:n雙向通信關(guān)圖2-3工業(yè)自動(dòng)化控制典型業(yè)務(wù)分類6工業(yè)自動(dòng)化正走向網(wǎng)絡(luò)化、智能化，如圖2-3所示，轉(zhuǎn)型過程中主4)NRT(Non-RealTime)涵蓋數(shù)字采集/機(jī)器視覺/定位等IT類非實(shí)時(shí)外，對(duì)于控制器之間的實(shí)時(shí)邏輯控制C2C(ControltoControl)，T時(shí)業(yè)務(wù)，則場(chǎng)景歸類為前者，即在C2IO/MC的場(chǎng)景中會(huì)預(yù)留一定的NRT帶寬支持多業(yè)務(wù)流并發(fā)。對(duì)于只有NRT業(yè)務(wù)的設(shè)備，則歸類為2.25GURLLC落地行業(yè)分析過前期調(diào)研和分析，本白皮書將對(duì)汽車制造、電子/機(jī)械制造、精鑄及傳表2-15GURLLC典型行業(yè)/場(chǎng)景場(chǎng)景汽車電子/機(jī)械精鑄及傳統(tǒng)工業(yè)NRT：非實(shí)時(shí)類業(yè)務(wù)√√√HMI：人機(jī)控制√√√C2IO：實(shí)時(shí)邏輯控制√√√MC:運(yùn)動(dòng)控制O√√注釋O代表Optional，無線化可選。72.35GURLLC行業(yè)場(chǎng)景需求參數(shù)說明為方便分析各行業(yè)的場(chǎng)景特征以及對(duì)于5GURLLC的需求，本文將需求參數(shù)說明，對(duì)各行業(yè)場(chǎng)景展開分析。表2-25GURLLC行業(yè)應(yīng)用場(chǎng)景需求參數(shù)說明應(yīng)用場(chǎng)景CT/msST/CT倍數(shù)長(zhǎng)移動(dòng)性*NRT帶寬/連接/Mbps點(diǎn)數(shù)/面積車間節(jié)點(diǎn)積1切換4/823D-2-31/70平米1200/6萬平2工藝設(shè)備4/82800CT(CircleTime)：指PLC與設(shè)備側(cè)IO/伺服的更新周期，例如0宕機(jī)時(shí)長(zhǎng)：考察1次宕機(jī)可接受的系統(tǒng)連續(xù)工作的觀察時(shí)長(zhǎng)，比靠性。例如3D-2-3表示3維運(yùn)動(dòng)，移動(dòng)速度2m/s，移動(dòng)范圍3米。該指標(biāo)供LC如1Mbps，表示需要為這個(gè)場(chǎng)景中的每個(gè)連接預(yù)留1Mbps。該指標(biāo)用來8組態(tài)節(jié)點(diǎn)/面積：是指主/從PLC的組態(tài)節(jié)點(diǎn)數(shù)和對(duì)應(yīng)的分布地理面了20個(gè)節(jié)點(diǎn)，總共占用了70平的面積。該指標(biāo)主要針對(duì)從站PLC和主站PLC的場(chǎng)景給出即可，分支IO節(jié)點(diǎn)的場(chǎng)景可被合并。該指標(biāo)用來測(cè)、智能從站和變頻器。9三、汽車制造工廠自動(dòng)化3.1.行業(yè)數(shù)字化升級(jí)概述汽車制造行業(yè)是國(guó)民經(jīng)濟(jì)重要的支柱產(chǎn)業(yè),正處在數(shù)字化轉(zhuǎn)型、新能源產(chǎn)線創(chuàng)新發(fā)展的關(guān)鍵時(shí)期，5G與邊緣計(jì)算、人工智能等新技術(shù)融合，將有效激發(fā)產(chǎn)業(yè)創(chuàng)新活力，隨著5G超高可靠低時(shí)延通信(5G/5G-AURLLC)能力的不斷成熟，將有效支撐汽車制造行業(yè)構(gòu)建柔性化智能產(chǎn)汽車的制造工藝主要有沖壓、焊裝、涂裝、總裝，也就是俗稱的“四大工藝”。焊裝和總裝車間的各種設(shè)備連接和操作具有典型性，包輥床等設(shè)備，能夠覆蓋80%的典型場(chǎng)景，可以代表汽車行業(yè)產(chǎn)線的典型特征。本部分主要以某自主品牌焊裝車間和總裝車間為例，總結(jié)典型產(chǎn)在以下四個(gè)問題：3)新車型導(dǎo)入涉及網(wǎng)絡(luò)改造、網(wǎng)絡(luò)重建，工程復(fù)雜，靈活性差。4)生產(chǎn)過程中由于設(shè)備長(zhǎng)時(shí)間運(yùn)行、磨損導(dǎo)致的網(wǎng)絡(luò)硬線故障，處理困間長(zhǎng)。3.2.焊裝車間場(chǎng)景描述圖3-1某汽車焊裝車間平面圖某汽車制造焊裝車間的平面布局圖如上，車間面積44544㎡，該車間每年總產(chǎn)能20萬臺(tái)，每64秒輸出一輛焊裝車身。整個(gè)車間包含機(jī)器車間內(nèi)存在多種物料運(yùn)送方式，車身下部線、主線、補(bǔ)焊線內(nèi)部采用輥床滑撬輸送，工位節(jié)距6米；其余各線體區(qū)域內(nèi)通過機(jī)器人搬運(yùn)的形式完成工件的輸送；機(jī)艙前地板總成、后地板總成、側(cè)圍總成及頂蓋總成該焊裝車間生產(chǎn)線的控制系統(tǒng)采用主站+遠(yuǎn)程站的形式，主站采用安表：表3-1焊裝車間各線體設(shè)備數(shù)量統(tǒng)計(jì)輥床工位電表柜內(nèi)I/O交換機(jī)觸摸屏驅(qū)動(dòng)柜機(jī)器人切換盤轉(zhuǎn)臺(tái)/轂S下部線2405042400主焊線18931810補(bǔ)焊線24340200側(cè)圍線028440頂蓋線0312113105210地板線0382331機(jī)艙線0428550前門線02604002后門線02604002機(jī)蓋線0815524230后背門01115533130匯總46410376953.2.2傳統(tǒng)工業(yè)通信組網(wǎng)該焊裝車間的網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)采用“集中管理、分散控制”的模式。依據(jù)這一原則，將整個(gè)焊裝車間內(nèi)生產(chǎn)設(shè)備的控制系統(tǒng)分為兩層網(wǎng)絡(luò)(標(biāo)準(zhǔn)以太網(wǎng)、Profinet總線)，標(biāo)準(zhǔn)以太網(wǎng)實(shí)現(xiàn)了MES到PLC的數(shù)據(jù)采集與監(jiān)控，Profinet總線實(shí)現(xiàn)了PLC到現(xiàn)場(chǎng)IO的控制，在每個(gè)層次中使用不構(gòu)和軟硬件配置，以實(shí)現(xiàn)各自不同的功能。線體，采用現(xiàn)有工業(yè)有線的圖3-2頂蓋線體工業(yè)有線組網(wǎng)圖受限于現(xiàn)有網(wǎng)絡(luò)能力，主PLC與MES之間，主PLC與現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備，PLC連接現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備。線體間的主PLC之間的信號(hào)網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)進(jìn)行連接，但需要保證相鄰設(shè)備間距離不能超過90米。Profinet總線使用專用線纜，接頭使用專用快速連接接頭，以保證網(wǎng)絡(luò)通和實(shí)時(shí)性。表3-2頂蓋焊接線體有線網(wǎng)絡(luò)投資統(tǒng)計(jì)頂蓋線體序號(hào)減少項(xiàng)目數(shù)量單位單價(jià)未稅合計(jì)未稅備注1網(wǎng)管型交換機(jī)1.00個(gè)8563.728563.7216口2網(wǎng)管型交換機(jī)22.00個(gè)4668.149336.288口3PN耦合器.00個(gè)3120.353120.354PN通訊接頭164.00個(gè)115.047362.83柜內(nèi)使用5PN通訊接頭240.00個(gè)238.949557.52現(xiàn)場(chǎng)使用6PN通訊模塊10.00個(gè)2076.8520768.50機(jī)器人一軸三軸各一個(gè)7PN銅纜1500.00米11.265630.00固定應(yīng)用8產(chǎn)線面積主PLC數(shù)量主產(chǎn)線面積主PLC數(shù)量主PLC下掛OT設(shè)備/從PLC從PLC數(shù)量從PLC下掛OT設(shè)備300012222100.00米23.922392.00高柔9網(wǎng)絡(luò)柜均攤.00項(xiàng)10000.0010000.00施工費(fèi).00項(xiàng)2000.002000.0011未稅總計(jì)78731.21表3-3總裝EMS簡(jiǎn)化系統(tǒng)現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備數(shù)量頂蓋線為整個(gè)焊裝車間工藝最簡(jiǎn)單的線體，其站點(diǎn)數(shù)量約為正常線線體的網(wǎng)絡(luò)投資約為24萬元。PLC萬-3.2.3工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)5G應(yīng)用場(chǎng)景及需求圖3-3頂蓋線體5G化改造后的組網(wǎng)拓?fù)漤斏w線體在5G化改造后，主PLC與現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備之間，以及機(jī)器人PLC與下掛IO之間的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)交互，采用5GURLLC進(jìn)行連接。主PLC、HMI、現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備與MES之間的非實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)交互，采用5G大帶寬場(chǎng)設(shè)備通過5G終端星型扁平化接入。其中5G基站部署在車間，5GPF切換，立體庫隨行夾具等。傳統(tǒng)有線連接的移動(dòng)磨損導(dǎo)致的停機(jī)時(shí)間約60小時(shí)/工廠，5G化可有效減少停機(jī)時(shí)間及相repeater來經(jīng)濟(jì)價(jià)值~7OT實(shí)時(shí)網(wǎng)絡(luò)支持更柔性的一機(jī)多工藝能力(如協(xié)作搬運(yùn)/實(shí)時(shí)網(wǎng)絡(luò)支持更柔性的工藝編排能力，應(yīng)對(duì)新車型快的設(shè)備實(shí)現(xiàn)組態(tài)。下表所示的5GURLLC應(yīng)用場(chǎng)景，其中每個(gè)場(chǎng)景的詳細(xì)描述請(qǐng)參考附錄表3-4現(xiàn)場(chǎng)網(wǎng)絡(luò)5G化改造后5GURLLC應(yīng)用場(chǎng)景及價(jià)值描述參考附錄應(yīng)用場(chǎng)景典型設(shè)備主要價(jià)值A(chǔ).1.1C2IO-工具切換從PLC到IO，如機(jī)器人6軸和?？空鹃g總線設(shè)備插拔對(duì)接，遠(yuǎn)程IO/閥島/焊槍等去掉有線束縛的柔性化應(yīng)用A.1.2C2IO-智能從站機(jī)器人1、3、6軸移動(dòng)總線設(shè)備，遠(yuǎn)程IO、閥島、工藝設(shè)備控制器等組網(wǎng)簡(jiǎn)化降本A.1.3C2IO-回轉(zhuǎn)傳輸、隨行夾具隨夾具臺(tái)一起回轉(zhuǎn)傳輸移動(dòng)的總線設(shè)備/遠(yuǎn)程IO/閥島等去掉有線束縛的柔性化應(yīng)用A.1.4鼓隨轉(zhuǎn)臺(tái)、轉(zhuǎn)鼓180度往復(fù)運(yùn)動(dòng)的總線設(shè)備d，交換機(jī)、遠(yuǎn)程IO、閥島、變頻器等去掉有線束縛的柔性化應(yīng)用A.1.5C2IO-升降機(jī)、滑臺(tái)隨升降機(jī)、滑臺(tái)直線往復(fù)運(yùn)動(dòng)的總線設(shè)備，交換機(jī)、遠(yuǎn)程IO、閥島、變頻器等去掉有線束縛的柔性化應(yīng)用A.1.6環(huán)、滑觸線/漏波電纜通訊隨EMS/滑板/吊具等輸送線設(shè)備有軌循環(huán)運(yùn)動(dòng)的總線設(shè)備，遠(yuǎn)程IO、變頻器等去掉有線束縛的柔性化應(yīng)用A.1.7紅外通訊、激光通訊隨立體庫堆垛機(jī)移動(dòng)的總線設(shè)備，遠(yuǎn)程IO/閥島/變頻器等去掉有線束縛的柔性化應(yīng)用A.1.8臺(tái)/夾具定位臺(tái)遠(yuǎn)程IO、閥島等去掉有線束縛的柔性化應(yīng)用A.1.9C2IO-安全操作安全I(xiàn)O、總線安全掃描儀等組網(wǎng)簡(jiǎn)化降本A.1.10C2IO-識(shí)別系統(tǒng)總線相機(jī)、總線RFID等組網(wǎng)簡(jiǎn)化降本A.1.11C2IO-固定輸送遠(yuǎn)程IO/變頻器/伺服驅(qū)動(dòng)控制器等組網(wǎng)簡(jiǎn)化降本A.1.12設(shè)備從PLC到IO，如螺柱焊控制器、點(diǎn)焊控制器、涂膠控制器/激光控制器/遠(yuǎn)程IO等組網(wǎng)簡(jiǎn)化降本A.1.13C2IO-集中/云化PLCPLC進(jìn)集中化處理，實(shí)現(xiàn)跨區(qū)域控制，直接進(jìn)核心網(wǎng)創(chuàng)新應(yīng)用A.1.14C2IO-AGV遠(yuǎn)程IO化AGV遠(yuǎn)程IO化，從屬于線體主控PLC創(chuàng)新應(yīng)用A.1.15NRT-數(shù)據(jù)采集數(shù)據(jù)采集，如能源監(jiān)控，總線電表/水表/氣表等組網(wǎng)簡(jiǎn)化降本實(shí)時(shí)/非實(shí)時(shí)一張網(wǎng)A.1.16C2C-控制器數(shù)據(jù)耦合交互總線IO復(fù)制器等組網(wǎng)簡(jiǎn)化降本線體間信號(hào)交互不再需要PN耦合器，降低成本A.1.17HMI-人機(jī)示教/急停有限移動(dòng)的有線操作屏，觸摸屏，遠(yuǎn)程IO等去掉有線束縛的柔性化應(yīng)用針對(duì)汽車焊接車間的不同應(yīng)用場(chǎng)景，基于行業(yè)典型部署，梳理各個(gè)表3-5汽車焊接車間5GURLLC應(yīng)用場(chǎng)景需求序號(hào)應(yīng)用場(chǎng)景CT/msST/CT倍數(shù)0宕機(jī)時(shí)長(zhǎng)移動(dòng)性*NRT帶寬/連接/Mbps組態(tài)節(jié)點(diǎn)數(shù)/面積車間節(jié)點(diǎn)密度/面積1C2IO-工具切換42年3D-2-31140/4.5萬平2C2IO-智能從站42年3D-2-3100節(jié)點(diǎn)/300平4000/4.5萬平3C2IO-回轉(zhuǎn)傳輸、隨行夾具42年3D-2-(10~200)1500/4.5萬平4C2IO-轉(zhuǎn)臺(tái)、轉(zhuǎn)鼓42年旋轉(zhuǎn)-1-(3~10)160/4.5萬平5C2IO-升降機(jī)、滑臺(tái)42年2D-1-(3~20)1180/4.5萬平6C2IO-有環(huán)、滑觸線/漏波電纜42年2D-2-(10~200)190/4.5萬平7C2IO-點(diǎn)外通訊、激光通訊42年3D-2-(10~200)130/4.5萬平8C2IO-上、下料臺(tái)/夾具定位臺(tái)42年1180/4.5萬平9C2IO-安全操作42年1700/4.5萬平C2IO-識(shí)別系統(tǒng)42年1100/4.5萬平11C2IO-固定輸送42年1800/4.5萬平C2IO-固定工藝設(shè)備42年1200/4.5萬平C2IO-集中/云化42年700/4.5萬平C2IO-IO化42年1200/4.5萬平NRT-能源監(jiān)控-2002年1200/4.5萬平C2C-控制42年100/4.5器數(shù)據(jù)耦合交互萬平HMI-人機(jī)示教/急停/監(jiān)測(cè)-002年步行-1-(10~200)200/4.5萬平3.3.總裝車間場(chǎng)景描述圖3-4某汽車制造總裝車間布局圖—淋雨線——報(bào)交線。圖圖3-5某汽車制造總裝車間實(shí)景1圖3-6某汽車制造總裝車間實(shí)景220輸送線，單機(jī)設(shè)備常見類型有助力機(jī)械手、玻機(jī)。，下文不再贅述。EMSEMS送系統(tǒng))、雙軸(EMS+升降吊具輸送系統(tǒng))、雙軸+安全(EMS+升降吊具輸送系統(tǒng))、軸+安全功能(EMS+升降旋轉(zhuǎn)吊具輸送系統(tǒng))，滑板線常用的配置有)、單軸+安全(安全型升降滑板輸送線)。3.3.2傳統(tǒng)工業(yè)通信組網(wǎng)圖3-7某汽車制造總裝車間組網(wǎng)架構(gòu)21表3-6總裝車間各線體設(shè)備數(shù)量統(tǒng)計(jì)輥床工位C電表柜內(nèi)交換機(jī)觸摸屏驅(qū)動(dòng)柜機(jī)器人切換盤轉(zhuǎn)臺(tái)/轂吊具/滑板PBS線2500226000內(nèi)飾線482284004底盤線0228400040最終線0481164420020完成線01142220000淋雨線061132220000報(bào)交線061132220000輪胎線00116531060座椅線00116530060車門線022866000底盤分裝線0336630060匯總280236610底盤EMS是最全新一代適用于底盤裝配作業(yè)的輸送線，通過對(duì)車身的作業(yè)高度，車身的角度進(jìn)行多方位的調(diào)整，合理的解決了裝配線上載體的波導(dǎo)通訊系統(tǒng)。22圖3-8EMS系統(tǒng)架構(gòu)(西門子分散控制器)PU圖3-95G改造前現(xiàn)有方式(波導(dǎo)通訊)23以簡(jiǎn)化的EMS系統(tǒng)為例，包含兩套車載控制系統(tǒng)，其軟硬件包含分散控制器，成本都很高。表3-7總裝EMS簡(jiǎn)化系統(tǒng)現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備數(shù)量產(chǎn)線面積主PLC數(shù)量主PLC下掛OT設(shè)備/從PLC從PLC數(shù)量從PLC下掛OT設(shè)備300012222訊部分，波導(dǎo)管道總長(zhǎng)為126米，總計(jì)12表3-8總裝EMS簡(jiǎn)化系統(tǒng)傳統(tǒng)工業(yè)無線網(wǎng)絡(luò)投資序號(hào)型號(hào)中文品名數(shù)量單位單價(jià)小計(jì)1051511-015米帶條碼區(qū)域波導(dǎo)管31根779.3424159.492051511-03#帶條碼區(qū)域波導(dǎo)管1根989.02989.023051512-01#帶條碼區(qū)域波導(dǎo)管5根33359716679874051512-01#帶條碼區(qū)域波導(dǎo)管1根3335.973335.975051551-03端頭3個(gè)1994.865984.576051551-01接頭3個(gè)1994865984577051541-01固定夾250個(gè)053262.888051552-01#轉(zhuǎn)換器2個(gè)14735.2029470.4090130轉(zhuǎn)換電纜1米1813.391813.39051590-01安裝包2個(gè)399.00798.01051521-01接頭個(gè)49.38493.81051521-03PE接頭7個(gè)122.53857.68051522-01#接頭電纜7個(gè)387527123051561-01#膨脹件4個(gè)989.093956.36051501-01#移動(dòng)端碳刷天線2個(gè)11382.4822764.96051502-01支架4個(gè)1259050362含稅金額￥121,327.0124表3-9EMS吊具工控系統(tǒng)成本明細(xì)(含本地控制器)序號(hào)型號(hào)中文品名數(shù)量單位單價(jià)小計(jì)16ES72120AB152BJ2EMS600S控制器1件72808.7572808.7526ES7292-0AA51-0AA0顯示模塊1件10938.7510938.7536ES7292-0CA50-0AA0遙控器1件51837551837546SL3525-0PE27-5AA1變頻器功率模塊2件162563251256SL3525-0PE24-0AA1變頻器功率模塊1件105451054566SL35250PE215AA1變頻器功率模塊1件5862586276SL3544-0FB20-1FA0變頻器控制單元4件3917156688傳感器、二維碼掃碼裝無線網(wǎng)絡(luò)成本，總計(jì)464無線網(wǎng)絡(luò)成本，總計(jì)464萬元150個(gè)CP從站計(jì)算)。3.3.3工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)5G應(yīng)用場(chǎng)景及需求GURLLCEMS統(tǒng)，可分為兩種方式：G業(yè)務(wù)模式不纜等材料傳感器、二維碼掃碼裝置、編碼器、接頭、電纜等材料1套5222952229含稅金額￥205747PLC，由主站PLC進(jìn)行控制，該訊成本的基礎(chǔ)上進(jìn)一步減少PLC投入成本。圖3-105G改造的兩種方式(方式1，替換波導(dǎo)通訊)(方式2，從站邏輯處理業(yè)務(wù)上移)25模式，減少硬件購(gòu)置成本，縮短交貨GGGURLLC應(yīng)用于各類自動(dòng)化系統(tǒng)的智能化升級(jí)，EMS板線、線體驅(qū)動(dòng)及智能化AGV等。G的原有模式，減貨周期，實(shí)現(xiàn)功能開發(fā)性和可擴(kuò)展。傳統(tǒng)定制800萬元，5GURLLC將有效表3-10汽車總裝車間5GURLLC應(yīng)用場(chǎng)景及價(jià)值描述參考附錄應(yīng)用場(chǎng)景典型設(shè)備主要價(jià)值A(chǔ).1.18C2IO-EMS吊具帶PLC的分散控制器/不帶PLC的分散控制器。隨吊具一起運(yùn)動(dòng)的分散控制替代波導(dǎo)通訊。原波導(dǎo)通訊方案存在安裝要求高、與外購(gòu)分26器、編碼器、變頻器、傳感器等?？刂艵MS吊具的升降/旋轉(zhuǎn)/行走/停止等。散控制器捆綁銷售、周期長(zhǎng)、開放性不夠的困難。當(dāng)從站吊具取消PLC后，其成本大幅降低，實(shí)現(xiàn)邏輯處理業(yè)務(wù)上移。A.1.19C2IO-滑板線帶PLC的分散控制器/不帶PLC的分散控制器。隨滑板一起運(yùn)動(dòng)的分散控制器、編碼器、變頻器、傳感器等?？刂苹宓男凶?停止等。替代波導(dǎo)通訊并較少投入成本。同時(shí)，當(dāng)從站吊具取消PLC后，其成本大幅降低，實(shí)現(xiàn)邏輯處理業(yè)務(wù)上移。A.1.20C2IO-線體驅(qū)動(dòng)電機(jī)線體驅(qū)動(dòng)電機(jī)。主PLC控制線體邊的電機(jī)，驅(qū)動(dòng)線體向前移動(dòng)，控制速度/停止等。優(yōu)化硬件設(shè)計(jì)方案，減少現(xiàn)場(chǎng)線纜敷設(shè)量，優(yōu)化線槽敷設(shè)線。A.1.21C2IO-智能AGVAGV本地控制器。AGV輸送系統(tǒng)包含不同的功能單元，如AGV小車、感應(yīng)供電系統(tǒng)、無線通訊系統(tǒng)、路徑跟蹤定位系統(tǒng)及維修等裝備。AGV路線固定，控制系統(tǒng)全部部署在終端不利于產(chǎn)線的快速重構(gòu)，期望上移智能化。普通WIFI網(wǎng)絡(luò)延時(shí)較高、網(wǎng)絡(luò)抖動(dòng)頻發(fā)，會(huì)出現(xiàn)“掉線”。針對(duì)汽車總裝車間的不同應(yīng)用場(chǎng)景，基于行業(yè)典型部署，梳理各個(gè)。。表3-11汽車總裝車間5GURLLC應(yīng)用場(chǎng)景需求應(yīng)用場(chǎng)景CT/msST/CT倍數(shù)0宕機(jī)長(zhǎng)移動(dòng)性軌跡-速度-范圍NRT帶寬/連接/Mbps組態(tài)節(jié)點(diǎn)數(shù)/面積車間節(jié)點(diǎn)數(shù)/面積1C2IO-EMS吊具42-3年3D-0.4-40030個(gè)/1千平100個(gè)/5萬平2C2IO-升降滑板42-3年2D-0.4-40030個(gè)/1千平50個(gè)/5萬平3C2IO-線體驅(qū)動(dòng)42-3年無2200個(gè)/2千平2400個(gè)/5萬平4C2IO-柜內(nèi)42-3年無220個(gè)/2千平300個(gè)/5萬平5C2IO-現(xiàn)場(chǎng)42-3年無220個(gè)/2千平300個(gè)/5萬平6C2IO-RFID42-3年無220個(gè)/2100個(gè)/527千平萬平7C2IO-PXV二維碼42-3年1D-0.4-200230個(gè)/2千平150個(gè)/5萬平8C2IO-WCS鋼碼帶42-3年1D-2-10210個(gè)/2千平100個(gè)/5萬平9C2IO-機(jī)器視覺42-3年3D-0.4-104個(gè)/50平50個(gè)/5萬平C2IO-智能AGV42-3年1D-0.4-40040個(gè)/2千平400個(gè)/5萬平C2IO-2-3年無1個(gè)/2千平30個(gè)/5萬平HMI2-3年無12個(gè)/2千平100個(gè)/5萬平C2IO-安全門42-3年無210個(gè)/2千平100個(gè)/5萬平C2IO-安全光幕42-3年無216個(gè)/2千平100個(gè)/5萬平C2IO-安全雷達(dá)42-3年無28個(gè)/2千平100個(gè)/5萬平C2IO-助力機(jī)械手42-3年無5個(gè)/10平20個(gè)/5萬平C2IO-擰緊工具42-3年無5個(gè)/50千平50個(gè)/5萬平C2IO-涂膠機(jī)42-3年無2個(gè)/10平10個(gè)/5萬平C2C-檢測(cè)線設(shè)備2-3年無1個(gè)/10平10個(gè)/5萬平C2C-工控機(jī)2-3年無1個(gè)/2千平30個(gè)/5萬平四、電子/機(jī)械制造工廠自動(dòng)化4.1行業(yè)數(shù)字化升級(jí)概述未來發(fā)展，正在走向小批量/定制化柔性生產(chǎn)，驅(qū)動(dòng)制造企業(yè)做數(shù)字化轉(zhuǎn)型。除汽車之外，電子/機(jī)械的自動(dòng)化率正在快速28圖4-12019年工業(yè)機(jī)器人在應(yīng)用行業(yè)的分布和增長(zhǎng)率電子/機(jī)械制造的柔性生產(chǎn)，將要求更短的產(chǎn)品周期和更多品類產(chǎn)品。圖4-2不同市場(chǎng)產(chǎn)品生命周期電子/機(jī)械制造的單條產(chǎn)線規(guī)模小，在面向未來的柔性化和智能化升本高，工業(yè)協(xié)議種類多，對(duì)接復(fù)雜，且柔性化不足；帶動(dòng)主PLC走向邊緣化，從而帶動(dòng)現(xiàn)場(chǎng)工業(yè)網(wǎng)絡(luò)走向統(tǒng)一。5GURLLC一種通信管道可以ADAPLC大的電子機(jī)械行業(yè)，部署成本高；帶動(dòng)工業(yè)軟件IT/OT融合，形成云邊29LLCeMBBITOT業(yè)務(wù)訴求。3)協(xié)作機(jī)器人，雖然現(xiàn)在全球存量不大，約6萬臺(tái)，但使用率快速增長(zhǎng)；且智能化水平不足，每臺(tái)機(jī)器人要完成新的工藝都需要單獨(dú)的校準(zhǔn)和調(diào)試。帶動(dòng)協(xié)作機(jī)器人的控制器邊緣化，與后臺(tái)工藝庫關(guān)聯(lián)，實(shí)時(shí)下發(fā)運(yùn)動(dòng)軌跡坐標(biāo)，并自動(dòng)校準(zhǔn)補(bǔ)償運(yùn)動(dòng)軌跡偏差；從而帶動(dòng)工業(yè)實(shí)時(shí)URLLC4.2電子總裝場(chǎng)景描述1復(fù)雜。如下圖所示，是某廠家微波爐總裝車間圖4-3某小家電總裝車間布局30L行性基礎(chǔ)上，結(jié)合線外組件化和預(yù)定位，線上V圖4-4某小家電總裝產(chǎn)線4.2.2傳統(tǒng)工業(yè)通信組網(wǎng)圖4-5某微波爐總裝產(chǎn)線傳統(tǒng)工業(yè)通信組網(wǎng)架構(gòu)圖是現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備層、分段控31PLC和工控機(jī)進(jìn)行整條線的協(xié)同控制，以及與車間MES系統(tǒng)的通信。PLCMES采用標(biāo)準(zhǔn)以太網(wǎng),主PLCPLCCCLinkIEPLC設(shè)信號(hào)電纜。之間的數(shù)據(jù)采集和控制信號(hào)采用、圖4-6總裝線安裝控制盒工位制動(dòng)作有：定位機(jī)構(gòu)完成腔體和控制盒的定位、上料并加緊，打螺釘、流向下一個(gè)工位。表。如果考慮未來進(jìn)一步去人工，提升自動(dòng)化率，一條總裝線的面積大表4-1微波爐產(chǎn)線現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備統(tǒng)計(jì)產(chǎn)線面積主PLC數(shù)量主PLC下掛從從PLC數(shù)量下掛OT設(shè)備32PLC/OT設(shè)備800平方米115臺(tái)表4-2微波爐產(chǎn)線傳統(tǒng)有線網(wǎng)絡(luò)投資統(tǒng)計(jì)(只包含了OT實(shí)時(shí)網(wǎng)絡(luò))主交換機(jī)從交換機(jī)以太網(wǎng)接口設(shè)備PLC機(jī)柜工控機(jī)機(jī)柜線纜和布線費(fèi)用總費(fèi)用2萬8萬23萬2萬35萬80萬工廠包括三個(gè)總裝車間，一個(gè)總裝車間中類似上述產(chǎn)線約20條，去PLC絡(luò)投資約4.2.3工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)5G應(yīng)用場(chǎng)景及需求圖4-7小家電總裝產(chǎn)線5G化改造前后組網(wǎng)架構(gòu)改造總裝產(chǎn)線現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備控制系統(tǒng)，原來的現(xiàn)場(chǎng)從站全部上移集中。通過集中部署的PLC實(shí)現(xiàn)整條線的控制功能。G化改造后，將現(xiàn)場(chǎng)I/O和集中部署的PLC用5GURLLC連接起備之間的數(shù)據(jù)全部采用5G承載。33變?yōu)樽詣?dòng)線，引入更多自動(dòng)化設(shè)備和機(jī)器人，減少人力，支持面向C2M的小批量多品種的柔性生產(chǎn)。5GLLC可跨多種工業(yè)協(xié)議設(shè)備對(duì)接。每個(gè)車間可節(jié)省軟件成本50萬元。參考附錄應(yīng)用場(chǎng)景典型設(shè)備主要價(jià)值A(chǔ).2.1C2IO-智能從站機(jī)器人、自動(dòng)化專機(jī)、遠(yuǎn)程I/O、RFID等減參考附錄應(yīng)用場(chǎng)景典型設(shè)備主要價(jià)值A(chǔ).2.1C2IO-智能從站機(jī)器人、自動(dòng)化專機(jī)、遠(yuǎn)程I/O、RFID等減少布線、減少對(duì)特定控制系統(tǒng)硬件(網(wǎng)絡(luò)和網(wǎng)絡(luò)接口卡)的依賴A.2.2C2IO-云化AGV機(jī)器人PLC上云，5G承載機(jī)器人PLC與本地的伺服5G+工業(yè)控制創(chuàng)新應(yīng)用A.2.3C2IO-集中/云化PLCPLC從站、遠(yuǎn)程I/O等5G+工業(yè)控制創(chuàng)新應(yīng)用產(chǎn)線控制器集中/云化部署，多工藝靈活編排，OT/IT融合智能化工藝學(xué)習(xí)/監(jiān)測(cè)A.1.17HMI-示教/急停/監(jiān)測(cè)有限移動(dòng)的有線操作屏，觸摸屏，遠(yuǎn)程I/O等柔性剪辮子表4-3小家電總裝產(chǎn)線5GURLLC應(yīng)用場(chǎng)景及價(jià)值描述針對(duì)小家電總裝車間的不同應(yīng)用場(chǎng)景，基于行業(yè)典型部署，梳理各STNRT務(wù)密度表4-4小家電總裝產(chǎn)線5GURLLC應(yīng)用場(chǎng)景及需求描述應(yīng)用場(chǎng)景CT/msST/CT倍數(shù)0宕機(jī)長(zhǎng)移動(dòng)性*(補(bǔ)NRT帶寬/連接/Mbps組態(tài)節(jié)點(diǎn)數(shù)/面車間節(jié)點(diǎn)密度/面積34積1C2IO-智能從站21-3年無130個(gè)/1千平2600個(gè)/2萬平2C2IO-集中/云化PLC21-3年無20/1千平400個(gè)/2萬平3C2IO-云化AGV21-3年有20/1千平400個(gè)/2萬平4HMI-示教/急停/監(jiān)測(cè)21-3年無20/1千平400個(gè)/2萬平4.3電子總裝場(chǎng)景描述2圖4-8某家電企業(yè)的壓縮機(jī)總裝和物流車間布局圖家電制造工廠的壓縮機(jī)總裝車間是最典型的空調(diào)生產(chǎn)單元。圖4-8為某家電企業(yè)的壓縮機(jī)總裝和物流(原材料、半成品、成品)車間布局35情況?？傃b流水線內(nèi)采用了工業(yè)以太網(wǎng)、WiFi等融合網(wǎng)絡(luò)實(shí)現(xiàn)了總裝車間的數(shù)字化生產(chǎn)，其中包括內(nèi)裝、外裝、注油、檢測(cè)、包裝、碼垛等自總裝車間總面積約6000平方米,各條產(chǎn)線的現(xiàn)場(chǎng)工控設(shè)備數(shù)量585圖4-9智能工廠業(yè)務(wù)架構(gòu)圖，在研發(fā)設(shè)計(jì)定型后，同類產(chǎn)品的不同型號(hào)主要或并聯(lián)或串連組成的復(fù)雜的過程，所以其組合的過確定性因素。更多的需要通過工廠的管理(工廠大36全；通過在邊緣端、云端構(gòu)建海量數(shù)據(jù)機(jī)器自學(xué)習(xí)的質(zhì)V從自動(dòng)化到柔性化/智能化的升級(jí)過程中，現(xiàn)有的工業(yè)過高、網(wǎng)絡(luò)不穩(wěn)定、網(wǎng)絡(luò)布線改造成本偏高等問題和挑4.3.2傳統(tǒng)工業(yè)通信組網(wǎng)總車間的整體組網(wǎng)情況：車間按照傳統(tǒng)的“集中控制、分散管理”37產(chǎn)設(shè)備的數(shù)據(jù)采集。網(wǎng)絡(luò)設(shè)計(jì)架構(gòu)，從成本與穩(wěn)定性的角度出發(fā)，先滿足激光打碼、機(jī)芯入殼、碼垛工序環(huán)節(jié)的數(shù)據(jù)采集，直接快速的實(shí)現(xiàn)了采集需求。圖4-11某壓縮機(jī)生產(chǎn)線有線網(wǎng)架構(gòu)圖令后，驅(qū)動(dòng)點(diǎn)焊機(jī)器人、水槽撿漏機(jī)器人、激光加工機(jī)器人等進(jìn)行有序于控制決斷，通過自動(dòng)化的流程，把各種半成品相關(guān)部件組裝成一個(gè)完碼、配、冷壓機(jī)、機(jī)芯高度檢測(cè)裝置、水槽撿漏機(jī)器等設(shè)備，由于工業(yè)設(shè)備的品牌、類型較多，PLC選用的品牌也比較多涉及的有線協(xié)議相對(duì)來說較復(fù)信存在較復(fù)雜的組網(wǎng)。38表4-5壓縮機(jī)生產(chǎn)線在現(xiàn)場(chǎng)工控系統(tǒng)設(shè)備統(tǒng)計(jì)產(chǎn)線面積主PLC數(shù)量主PLC下掛從PLC/OT設(shè)備從PLC數(shù)量從PLC下掛OT設(shè)備1200平方米2222車間內(nèi)共有5條產(chǎn)線。采用現(xiàn)有工業(yè)有布線等。表4-6壓縮機(jī)生產(chǎn)線傳統(tǒng)工業(yè)網(wǎng)絡(luò)投資統(tǒng)計(jì)序號(hào)支出科目單位數(shù)量位：萬元)1工業(yè)交換機(jī)個(gè)2.22綜合布線套140合計(jì)工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)5G應(yīng)用場(chǎng)景及需求圖4-12壓縮機(jī)產(chǎn)線5G化改造組網(wǎng)架構(gòu)G原有標(biāo)準(zhǔn)以太網(wǎng)、NB-IoT、WIFIGURLLC控制系統(tǒng)，將現(xiàn)場(chǎng)I/O和集39LCGURLLC業(yè)控制數(shù)據(jù)傳輸效率，還可以進(jìn)一步減少投，可選擇方法一或方法二來解決自身的5G化需求。對(duì)激光打碼機(jī)、注油設(shè)備、碼垛機(jī)、電焊機(jī)器人、水槽機(jī)器人、搬運(yùn)機(jī)器人等工業(yè)設(shè)備進(jìn)行5G改造，通過5GURLLC為柔性化生產(chǎn)實(shí)現(xiàn)無線化剪辮子，在提高設(shè)備智能化、設(shè)備數(shù)據(jù)采集范圍的同時(shí)，其低時(shí)延特性更為應(yīng)用升級(jí)提供助力。通過對(duì)設(shè)備管理、數(shù)據(jù)管理、倉(cāng)庫管理等進(jìn)行優(yōu)化后，對(duì)工業(yè)MES、WMS進(jìn)一步提升，實(shí)現(xiàn)、提高生產(chǎn)良品率。車間每單生產(chǎn)領(lǐng)料時(shí)間減少至少30分鐘；通過對(duì)物料齊套的升級(jí)，生產(chǎn)前校驗(yàn)是否齊套領(lǐng)料，實(shí)現(xiàn)零件齊套率提升15%以上，降低品質(zhì)風(fēng)險(xiǎn)10%以上；通過對(duì)庫存管理系統(tǒng)的升級(jí)，物料庫存準(zhǔn)確率70%以上，實(shí)物庫存正確性100%，庫存數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)性精確到每分鐘，排產(chǎn)準(zhǔn)確率提升原材料、半成品、成品的條碼化管理，具備通過壓縮機(jī)鋼印碼、物料批次號(hào)等信息追溯箱號(hào)批次、總裝排產(chǎn)批次、零部件生產(chǎn)批次、原材料批次及供應(yīng)商、生產(chǎn)過程質(zhì)量數(shù)據(jù)、物料交接信息等，產(chǎn)品全流程溯源提新增2億。表4-7家電總裝車間5GURLLC應(yīng)用場(chǎng)景及價(jià)值描述參考附錄應(yīng)用場(chǎng)景典型設(shè)備主要價(jià)值40A.2.4C2IO-云化PLC智能從站PLC、流水線過站設(shè)備、點(diǎn)焊機(jī)器人、激光加工機(jī)器人、水槽撿漏機(jī)器人、稱重機(jī)、碼垛、檢測(cè)儀設(shè)備等5G+工業(yè)控制創(chuàng)新應(yīng)用產(chǎn)線控制器集中/云化部署，多工藝靈活編排，OT/IT融合智能化工藝學(xué)習(xí)/監(jiān)測(cè)A.2.5C2IO-云化智能定位AGV智能從站PLC、AGV小車、高清攝像頭、路徑跟蹤定位系統(tǒng)等生產(chǎn)的流程不用再依賴固定流水線流程，新生產(chǎn)流程的啟用，不需要涉及到流水線的改造，只需要重新規(guī)劃AGV小車的運(yùn)行路線即可，大大節(jié)省流水線升級(jí)改造成本針對(duì)家電總裝車間的不同應(yīng)用場(chǎng)景，基于行業(yè)典型部署，梳理各個(gè)5GURLLC主要承載云化PLC、云化智能AGV應(yīng)用場(chǎng)景。云化PLC、云化智能AGV應(yīng)用場(chǎng)景更新周期均為10ms；一條產(chǎn)線的云化PLC下組態(tài)節(jié)點(diǎn)約117個(gè)/1200平方米，車間總節(jié)點(diǎn)數(shù)共585個(gè)/6000平方米；云化智能AGV下組態(tài)10個(gè)節(jié)點(diǎn)占1200平方，車間總節(jié)點(diǎn)數(shù)50未來自動(dòng)化率提升后，一個(gè)總裝車間預(yù)計(jì)增加30%的自動(dòng)化設(shè)備，焊、表4-8壓縮機(jī)總裝車間5GURLLC應(yīng)用場(chǎng)景及需求描述應(yīng)用場(chǎng)景CT/msST/CT倍數(shù)0宕機(jī)長(zhǎng)移動(dòng)性軌跡-速度-范圍NRT帶寬/連接/Mbps組態(tài)節(jié)點(diǎn)數(shù)/面積車間節(jié)點(diǎn)密度/面積1C2IO-云化PLC2/1年無2117/1200平米585/6000平米2C2IO-云化智能AGV2/1年2D-2m/s-100m*2m/1200平米50個(gè)/6000平米414.4重型機(jī)械焊接場(chǎng)景描述重型機(jī)械制造工廠，分為備料、結(jié)構(gòu)件焊接、機(jī)加、涂裝、裝配、料、造的首道工序，零件種類繁多、工序復(fù)雜多樣，圖4-13重型機(jī)械備料車間布局圖42圖4-14重型機(jī)械備料車間工藝業(yè)務(wù)流程圖切割、分揀、坡口、折彎、配盤、AGV轉(zhuǎn)運(yùn)、零件立體庫入庫等工序。采用備料FMS系統(tǒng)，打通全工序信息流，實(shí)現(xiàn)各工序間協(xié)調(diào)生產(chǎn)。備料車間的具體業(yè)務(wù)控制流程：接到鋼板配送信息后，提前一天準(zhǔn)備好收下料需求，通過下料平臺(tái)集中套料，設(shè)計(jì)套料圖及套料程序；優(yōu)先保證本工廠短期下料需求，將各工廠中長(zhǎng)期需求零件根據(jù)利用率情況進(jìn)行P通過接口將程序號(hào)以及套料清單(含零件所有工序)傳遞到MES，同時(shí)備料中心MES接收來自SAP的訂單信息，通過對(duì)訂單信息的解析，自動(dòng)生成調(diào)用對(duì)應(yīng)的鋼板原材料庫位信息、加工工藝信息、物流調(diào)度指43令、數(shù)控切割代碼、機(jī)器人坡口加工程序和成品庫信息。使原材料在經(jīng)自動(dòng)收貨入庫。4.4.2傳統(tǒng)工業(yè)通信組網(wǎng)(OPCUA),主PLC與現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備之間采用ofinetDEVICENETMODBUSTCP以坡口產(chǎn)線為例：現(xiàn)有的工業(yè)有線網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)如下圖所示。其中包含備。圖4-15坡口產(chǎn)線傳統(tǒng)工業(yè)網(wǎng)絡(luò)組網(wǎng)圖D。零件自動(dòng)識(shí)別、抓取，自動(dòng)尋位開mmmm備料產(chǎn)線，主控PLC與變頻器之間的現(xiàn)場(chǎng)實(shí)時(shí)控制采用Profinet網(wǎng)。44表4-9產(chǎn)線工業(yè)控制系統(tǒng)設(shè)備數(shù)量產(chǎn)線面積PLCOT設(shè)備4000m285上述產(chǎn)線，采用現(xiàn)有工業(yè)有線網(wǎng)絡(luò)投資約350萬，包括網(wǎng)絡(luò)工業(yè)以表4-10產(chǎn)線傳統(tǒng)工業(yè)網(wǎng)絡(luò)OT控制投資(按Profinet估計(jì))序號(hào)支出科目支出金額(單位：萬元)1網(wǎng)絡(luò)費(fèi)用(太網(wǎng)接口設(shè)備、交換機(jī)、線纜、機(jī)柜、供電線路等)300(約)2人員實(shí)施費(fèi)用50(約)4.4.3工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)5G應(yīng)用場(chǎng)景及需求圖4-165G化改造后組網(wǎng)架構(gòu)45人PLC與下掛IO之間的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)交互，采用5GURLLC進(jìn)行連接。主SG場(chǎng)設(shè)備通過5G終端星型扁平化接入。其中5G基站部署在車間，5GPFGGURLLC要應(yīng)用于各類自動(dòng)化系統(tǒng)的，縮短交貨周期，實(shí)現(xiàn)功能開發(fā)性和可擴(kuò)展。5GURLLC有效降低車間的網(wǎng)絡(luò)成本，并支持分散PLC上移的智能化應(yīng)用，通過在工廠中進(jìn)行5G+云+AI應(yīng)用場(chǎng)景的應(yīng)用，實(shí)現(xiàn)智能上下料坡口機(jī)器人對(duì)零件進(jìn)行坡口加工，按不同零件、不同坡口位置自動(dòng)切坡表4-11重型機(jī)械備料車間5GURLLC應(yīng)用場(chǎng)景及價(jià)值描述參考附錄應(yīng)用場(chǎng)景典型設(shè)備主要價(jià)值A(chǔ).2.6C2IO-智能上下料下料/分揀機(jī)器人下料：人工>遠(yuǎn)程智能下料分揀：人工>機(jī)器智能分揀IT/OT融合一網(wǎng)增效，人工降低40%A.2.7C2IO-智能坡口焊接機(jī)器人切割質(zhì)量：人工>機(jī)器人智能切割I(lǐng)T/OT融合一網(wǎng)增效，生產(chǎn)效率提升30%46針對(duì)重型機(jī)械備料車間的不同應(yīng)用場(chǎng)景，基于行業(yè)典型部署，梳理STNRT及業(yè)務(wù)密間內(nèi)總節(jié)點(diǎn)數(shù)為50個(gè)。表4-12重型機(jī)械備料車間5GURLLC應(yīng)用場(chǎng)景及需求描述應(yīng)用場(chǎng)景CT/msST/CT倍數(shù)0宕長(zhǎng)移動(dòng)性度-范圍NRT帶寬/連接/Mbps組態(tài)節(jié)點(diǎn)數(shù)/面積車間節(jié)點(diǎn)積1C2IO-智能下料分揀23D-25m/min-19*13m平19個(gè)/4000平2C2IO-智能坡口23D-10m/min-2.7*9.2m/2500平31個(gè)/4000平五、傳統(tǒng)工業(yè)制造智能化改造5.1行業(yè)數(shù)字化升級(jí)概述我國(guó)以擁有39個(gè)工業(yè)大類，191個(gè)中類，525個(gè)小類，成為全世界唯一擁有聯(lián)合國(guó)產(chǎn)業(yè)分類中全部工業(yè)門類的國(guó)家。因此我國(guó)已成為制造業(yè)大國(guó)，但目前仍需提升關(guān)鍵技術(shù)能力，解決核心技術(shù)卡脖子的問題。制造業(yè)的轉(zhuǎn)型升級(jí)要從產(chǎn)業(yè)鏈角度出發(fā)，提升整體的制造水平，才能真正的走向制造業(yè)有大變強(qiáng)。而這些工業(yè)門類里，很大一部分傳統(tǒng)的制造業(yè)企業(yè)，決定我國(guó)制造業(yè)產(chǎn)業(yè)鏈完整性及原料、工件的供應(yīng)質(zhì)量水平，的重視。47精密鑄造是傳統(tǒng)制造業(yè)的代表之一。精密鑄造屬于鑄造領(lǐng)域的一種工藝，其特點(diǎn)是形成的鑄件尺寸精度較高，是生產(chǎn)精密機(jī)械零部件的一造業(yè)的重要基礎(chǔ)產(chǎn)業(yè)，決定了下游工件的質(zhì)量，是眾多產(chǎn)品和高端技術(shù)裝備創(chuàng)新發(fā)展的基礎(chǔ)保障，其發(fā)展?fàn)顩r影響制造業(yè)的基礎(chǔ)水平。目前，以精鑄為代表的傳統(tǒng)工業(yè)，企業(yè)面臨勞動(dòng)力嚴(yán)重短缺，工藝人才斷層，-1，精密鑄造生產(chǎn)流程一般由8個(gè)生產(chǎn)工序組成，分別為蠟?zāi)?、組樹、沾漿、脫蠟、焙燒、澆鑄、去殼、切割?？傮w來說，精鑄工表5-1精鑄工藝現(xiàn)狀編號(hào)工藝自動(dòng)化程度工作環(huán)境用人成本1蠟?zāi)Ｈ斯橹飨灥臍馕洞?組樹人工蠟的氣味大3沾漿低，有自動(dòng)化方案粉塵大，勞動(dòng)強(qiáng)度高高4脫蠟低可接受低5焙燒低高溫低6澆鑄低高溫，勞動(dòng)強(qiáng)度高高7去殼低可接受低8切割低危險(xiǎn)，勞動(dòng)強(qiáng)度高高精密鑄造件的主要下游行業(yè)包括如圖5-1所示，包括航空航天，汽產(chǎn)品質(zhì)量。例如，在航空領(lǐng)域，鑄造技術(shù)的進(jìn)步對(duì)加速航空產(chǎn)品的更新?lián)Q代，提高新機(jī)種的性能，縮短產(chǎn)品的制造周期，大幅度減輕重量，以及減少能源消耗和降低成本上，都具有非常重要的作用，特別實(shí)在航空48汽車發(fā)動(dòng)機(jī)缸體、缸蓋、變速箱殼體、進(jìn)氣歧管、排氣岐管、曲軸、凸。圖5-1國(guó)內(nèi)精密鑄件行業(yè)供給結(jié)構(gòu)以精密鑄造為代表，對(duì)傳統(tǒng)行業(yè)進(jìn)行研究，探索一套可行性方案，為精鑄行業(yè)企業(yè)的改造升級(jí)建立樣板車間，從而提升精鑄行業(yè)的整體生。挑戰(zhàn)在于，企業(yè)的整體基礎(chǔ)較差，因此存在改造的問題較多，需要全方面的考慮和設(shè)計(jì)。優(yōu)勢(shì)在于，企業(yè)對(duì)于新技術(shù)的應(yīng)用沒有束縛，白紙好畫畫，因此可以不在現(xiàn)有技術(shù)的基礎(chǔ)上做改良，可以直接做頂層設(shè)劃。進(jìn)行改造實(shí)施?？傮w技術(shù)方案，如圖所示，包括雙云網(wǎng)邊端架構(gòu)和企業(yè)49圖5-2基于5G的雙云網(wǎng)邊端和業(yè)務(wù)分層算力上移的架構(gòu)體系解決方案結(jié)合制造業(yè)場(chǎng)景的需求，定義了雙云網(wǎng)邊端的架構(gòu)體系。從縱向來看，一側(cè)是管理側(cè)，一側(cè)是工藝側(cè)。從橫向來看，自上而下分別是云，邊，端，執(zhí)行層。5G和邊緣計(jì)算的引入，實(shí)現(xiàn)了云邊端三層算力的劃分，可以根據(jù)業(yè)務(wù)需求，進(jìn)行算力的合理部署。端側(cè)是工廠的最底層的算力，負(fù)責(zé)設(shè)備級(jí)實(shí)時(shí)控制，要求非常高的實(shí)時(shí)性，但對(duì)于算力也可以保障一定的實(shí)時(shí)性，因此傳統(tǒng)很多端側(cè)的算力可以解放出來放到邊側(cè)，同時(shí)，可以完成生產(chǎn)現(xiàn)成設(shè)備的調(diào)度指揮等系統(tǒng)的算力支撐。云側(cè)提供超大算力，但實(shí)時(shí)性有限，可以提供大數(shù)據(jù)的存儲(chǔ)和分析，形成但同時(shí)，越底層，算力成本也越高。因此算力上移是一個(gè)必然的趨勢(shì)。另外，相比于在設(shè)備端的調(diào)試和升級(jí)，在上層邊緣平臺(tái)和云平臺(tái)構(gòu)建開發(fā)平臺(tái)，可以降低開發(fā)，升級(jí)和維護(hù)的難度。因此，改造方案劃分了企移。(四)轉(zhuǎn)型升級(jí)的計(jì)劃此次精鑄車間改造規(guī)劃，如下表所示，第一階段已經(jīng)初步完成，目表5-2精鑄制造轉(zhuǎn)型升級(jí)計(jì)劃50第一階段第二階段基礎(chǔ)建設(shè)1.工廠改造完成2.5G網(wǎng)絡(luò)覆蓋完成1.5G虛擬切片專網(wǎng)的建設(shè)和調(diào)試自動(dòng)化及車間信息化3.沾漿工作站完成4.澆鑄自動(dòng)化改造完成2.基于5G的工廠設(shè)備的實(shí)時(shí)控制3.產(chǎn)線的實(shí)時(shí)檢測(cè)及調(diào)度4.沾漿及澆鑄自動(dòng)化工作站的升級(jí)業(yè)務(wù)系統(tǒng)5.精鑄信息化系統(tǒng)開發(fā)5.基于數(shù)據(jù)中臺(tái)技術(shù)的業(yè)務(wù)系統(tǒng)數(shù)據(jù)打通以上改造方案，是通過多方充分調(diào)研整體行業(yè)需求，了解多家企業(yè)的共性需求，從而完成頂層設(shè)計(jì)，并以此為指導(dǎo)，進(jìn)行示范車間改造實(shí)：2)精密鑄造行業(yè)的樣板車間，從技術(shù)上和企業(yè)投入產(chǎn)出來說具有可5.2精鑄車間場(chǎng)景描述圖5-3精鑄生產(chǎn)車間51精鑄生產(chǎn)車間布局如上，共兩層，面積約為4000平米(100m*20m*2一期項(xiàng)目實(shí)施為包含模具倉(cāng)庫和三大車間(蠟?zāi)＼囬g，組樹車間，模殼采用AGV叉車進(jìn)行模具的轉(zhuǎn)運(yùn)，蠟?zāi)＃ㄟ^機(jī)械臂將模具放入注蠟機(jī)，組樹車間：將蠟?zāi)Ｍㄟ^機(jī)械臂焊接在“蠟?zāi)洹鄙?，組焊機(jī)械臂通模殼車間：對(duì)蠟?zāi)渫ㄟ^粘漿粘沙，干燥，形成模殼，其中機(jī)械臂去殼五大工藝環(huán)境一般；剩余的沾漿，澆鑄和切割工藝，工作環(huán)境相對(duì)52圖5-4改造前精鑄車間環(huán)境5.2.2傳統(tǒng)工業(yè)通信組網(wǎng)塑機(jī)一般由PLC控制，用戶在制的電熱爐。AGV運(yùn)小車，脫蠟機(jī)，焙燒爐，熔煉爐，工業(yè)看板LCMESPLCwifi行通訊，通訊協(xié)議為modbustcp或http，組53圖5-5傳統(tǒng)工業(yè)設(shè)備組網(wǎng)(北向)一般可使用EtherCAT，CANopen及各的工業(yè)機(jī)械臂使用EtherCAT，一般情控制器做EtherCAT主站，伺服系統(tǒng)做EtherCAT從站，如下圖所示：圖5-6傳統(tǒng)工業(yè)機(jī)械臂組網(wǎng)(南向)54IOPLCIO塊組成，PLC與IO模IOPROFIBUS但是有改造為EtherCAT的可能類，如下圖所示：圖5-7傳統(tǒng)IO設(shè)備組網(wǎng)(南向)蠟機(jī)，注蠟后生成蠟?zāi)＃儆扇斯?duì)蠟后人工手持蠟?zāi)淙ミM(jìn)行粘漿粘沙操作，然后人工搬運(yùn)干燥。整個(gè)加工流程基本都是人工操作，幾乎沒有自動(dòng)用有線部署，MES和PLC之間RSPLCAGV倉(cāng)庫搬運(yùn)指定的模具到蠟?zāi)＼囬g，然后調(diào)度機(jī)械臂將模具從AGV到注蠟機(jī)，MES調(diào)度注蠟機(jī)加工蠟?zāi)?，蠟?zāi)＜庸ね瓿珊笥蒑ES55發(fā)送完成指令到MESMES叫AGV將料箱搬運(yùn)到模殼車間，再由MES協(xié)調(diào)機(jī)械臂抓取蠟?zāi)＿M(jìn)行粘漿粘沙。HMI(人機(jī)界面)層上云后，所有與用戶交互的UI，軟件界面都部署在服務(wù)器上，如果要展示所有設(shè)備的工作狀態(tài)，并對(duì)所有設(shè)備進(jìn)行操作，需要對(duì)所有設(shè)備部署標(biāo)準(zhǔn)以太網(wǎng)，并連接到HMI服務(wù)器，除了前期線路維護(hù)的費(fèi)用。使用標(biāo)準(zhǔn)以太網(wǎng)絡(luò)協(xié)議，無法滿足實(shí)時(shí)性要求，如果使用運(yùn)控行業(yè)的實(shí)方案的復(fù)雜度和成本都會(huì)大幅上升，同時(shí)依然存在類似上述HMI層上移IO模塊和電機(jī)數(shù)量龐大，假如依然采用有線部署模式，其成本會(huì)大幅上，或者產(chǎn)生信號(hào)干擾。表5-3精鑄車間現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備統(tǒng)計(jì)產(chǎn)線面積主PLC數(shù)量主PLC下掛從從PLC數(shù)量從PLC下掛56PLC/OT設(shè)備OT設(shè)備2000平米1網(wǎng)絡(luò)投資)，包括網(wǎng)絡(luò)工業(yè)以太網(wǎng)接口設(shè)備、交換機(jī)、線纜、機(jī)柜、供表5-4精鑄車間傳統(tǒng)有線網(wǎng)絡(luò)投資統(tǒng)計(jì)交換機(jī)設(shè)備以太網(wǎng)接口設(shè)備PLC機(jī)柜工控機(jī)機(jī)柜線纜和布線費(fèi)用總費(fèi)用6臺(tái)約48000100個(gè)DTU設(shè)備約3000002000約80000加上其他費(fèi)用約16萬表5-5精鑄車間傳統(tǒng)有線OT投資統(tǒng)計(jì)網(wǎng)絡(luò)費(fèi)用總費(fèi)用包括Ethercat，Profibus布線，及其相關(guān)接口部件在內(nèi)的費(fèi)用估計(jì)200萬一個(gè)2萬平規(guī)模的精鑄工廠，類似上述產(chǎn)線大約5條，總計(jì)網(wǎng)絡(luò)投5.2.3工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)5G應(yīng)用場(chǎng)景及需求造分為如下兩部分：工業(yè)自動(dòng)化系統(tǒng)智能化改造：1)軟件平臺(tái)-管理側(cè)：針對(duì)精密鑄造行業(yè)開發(fā)的信息化平臺(tái)，集成了易用性和管理效率，通過該平臺(tái)，得到行業(yè)大數(shù)據(jù)。57圖5-8精鑄車間-管理側(cè)智能化改造力，AGV專機(jī)，提升自動(dòng)化水平。圖5-9精鑄車間-工藝側(cè)智能化改造，實(shí)現(xiàn)管理側(cè)和工藝側(cè)的智能化改造：精鑄工廠智能化改造，采用5G組網(wǎng)方案，云端運(yùn)行無實(shí)時(shí)要求的管AGV接入、數(shù)據(jù)采集以及工藝層的上移。如圖所示，在延時(shí)滿足需求的58圖5-10精鑄車間-工藝邏輯層和運(yùn)動(dòng)控制層上移代表的傳統(tǒng)工業(yè)智能化升級(jí)思路，對(duì)現(xiàn)有按照各層的控制關(guān)系，按需進(jìn)行HMI備與用戶的交互界面，用戶對(duì)設(shè)備進(jìn)行操作和設(shè)置都是通過HMI層實(shí)現(xiàn)的，通過HMI層上移，可實(shí)現(xiàn)操作終端的移動(dòng)性，便設(shè)備操作人員在不同位置操作設(shè)備，監(jiān)視設(shè)備狀態(tài)，實(shí)現(xiàn)一個(gè)用戶作終端連接多個(gè)設(shè)備的功能，操作操作終端可使用pad，手機(jī)等，通過制執(zhí)行機(jī)構(gòu)的工作邏輯，執(zhí)行機(jī)構(gòu)通常包括伺服IO，可實(shí)現(xiàn)設(shè)備間邏輯和設(shè)備內(nèi)部邏輯一套邏輯，來控制多條同類型的流水發(fā)生變化的時(shí)候，能迅速的同步到所有59數(shù)字化和集中化管理，保證的時(shí)效性和準(zhǔn)確性，且通過工藝數(shù)據(jù)的集中將來通過大數(shù)據(jù)和AI實(shí)現(xiàn)工藝優(yōu)化提供基集中部署，有利于對(duì)算力的表5-6精鑄車間工業(yè)控制分層上移5GURLLC應(yīng)用場(chǎng)景及價(jià)值描述參考章節(jié)應(yīng)用場(chǎng)景各層功能描述工業(yè)控制關(guān)系業(yè)務(wù)上移的設(shè)備帶來的價(jià)值A(chǔ).1.17HMI-人機(jī)示教/急停/監(jiān)測(cè)有限移動(dòng)的MES-SCADA/主PLC/從PLC--HMIN/A剪辮子，可移動(dòng)A.2.8NRT-工藝層生產(chǎn)工藝，如焊接/切割/上下料等MES/SCADA--主PLC/從PLC的工藝參數(shù)上移到邊緣通過大數(shù)據(jù)AI代替專家?guī)?，減少工藝數(shù)據(jù)庫的積累周期，20年>2年A.2.9C2IO-邏輯層按照生產(chǎn)工藝，分解成若干邏輯控制，通常包含多個(gè)操作或現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備到邊緣控制邏輯簡(jiǎn)化，IT/OT融合：MES>主PLC>從PLC>IO變?yōu)椋篗ES/主PL>IO降低現(xiàn)場(chǎng)從站北向打通的軟件定制；降低現(xiàn)場(chǎng)從站的投資多種協(xié)議的現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備更易對(duì)接A.2.10MC-運(yùn)動(dòng)層按照每個(gè)操作，規(guī)劃設(shè)備的各種運(yùn)動(dòng)軌跡從站--伺服到邊緣機(jī)器人智能化，支持多工藝，從固定軌跡>自動(dòng)校準(zhǔn)軌跡驅(qū)動(dòng)層按照每個(gè)操作完成機(jī)械現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備為主，一般在N/A60操作，或按照運(yùn)動(dòng)軌跡完成運(yùn)動(dòng)執(zhí)行現(xiàn)場(chǎng)，不上移針對(duì)精鑄生產(chǎn)車間的不同應(yīng)用場(chǎng)景，基于行業(yè)典型部署，梳理各個(gè)。邏輯層及工藝層上云后，其功能部署在邊緣服務(wù)器，個(gè)數(shù)依據(jù)邊緣服務(wù)器的性能決定，例如，目前樣板車間部署6臺(tái)服務(wù)器，通訊周期運(yùn)動(dòng)控制器上云后，所有的執(zhí)行機(jī)構(gòu)部分(如電機(jī)，IO)，都會(huì)成一個(gè)中等規(guī)模的精鑄工廠大約2萬平，其節(jié)點(diǎn)密度如下表。表5-7精鑄車間工業(yè)控制分層上移5GURLLC應(yīng)用場(chǎng)景及需求描述應(yīng)用場(chǎng)景CT/msST/CT倍數(shù)0宕機(jī)時(shí)長(zhǎng)移動(dòng)性*NRT帶寬/連接/Mbps車間節(jié)點(diǎn)密度/面積1HMI-人機(jī)示教/監(jiān)測(cè)50~100ms2~3年有移動(dòng)需求100個(gè)/4千平500個(gè)/2萬平2NRT-PLC邏輯層/工藝層云化10~20ms42~3年無6個(gè)/4千平30個(gè)/2萬平3MC-PLC運(yùn)動(dòng)控制層云化1~4ms22~3年有移動(dòng)需求500個(gè)/4千平2500個(gè)/2萬平61六、工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)5G網(wǎng)絡(luò)需求分析G求與5GURLLC網(wǎng)絡(luò)指標(biāo)的關(guān)系。相關(guān)分析僅是基于現(xiàn)有調(diào)研分析，不6.1工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)5GURLLC應(yīng)用場(chǎng)景需求表6-1技術(shù)用例與應(yīng)用領(lǐng)域?qū)?yīng)關(guān)系MotioncontrolControl-to-controlMobilecontrolpanelswithsafetyMobilerobotsRemoteaccessandmaintenanceAugmentedrealityClosed-loopprocesscontrolProcessmonitoringPlantassetmanagementFyXXXactorautomationactorautomationXXXXHMIsandProductionITXXLogisticsandwarehousingXXXMonitoringandmaintenanceXC豐富了5GURLLC的應(yīng)用場(chǎng)景，如章節(jié)三到章節(jié)五的行業(yè)場(chǎng)景所述，行業(yè)對(duì)于5GURLLC的需求還包含CIO表所示：GURLLC求62行業(yè)業(yè)務(wù)類型典型場(chǎng)景CT/msST/ms0宕機(jī)時(shí)長(zhǎng)/年移動(dòng)性移動(dòng)維度-速度-范圍節(jié)點(diǎn)密度(組態(tài)節(jié)點(diǎn)數(shù)/面積)車間節(jié)點(diǎn)密度/面積汽車C2IO智能從站4833D-2-3100/300平4000/4.5萬平C2IO智能AGV4832D-1-100200/4.5萬平HMI人機(jī)示教/急停/監(jiān)測(cè)2003無200/4.5萬平機(jī)械C2IO智能從站203無130/1000平2600個(gè)/2萬平C2IO云化AGV2032D-1-10020/1000平400個(gè)/2萬平6.26.2工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)5G網(wǎng)絡(luò)部署需求人機(jī)示教/急停/監(jiān)測(cè)203無20/1000平400個(gè)/2萬平精鑄HMI人機(jī)示教/急停/監(jiān)測(cè)2003有需求100/4000平500個(gè)/2萬平MC運(yùn)動(dòng)控制層云化123有需求500/4000平2500個(gè)/2萬平當(dāng)前5G使能工業(yè)，主要是使能輔助生產(chǎn)類業(yè)務(wù)。例如以遠(yuǎn)程控制、人員移動(dòng)辦公、AGV調(diào)度、視頻監(jiān)控等業(yè)務(wù)，其以非實(shí)時(shí)業(yè)務(wù)為主部署在生產(chǎn)園區(qū)/工廠級(jí)別(如下圖中園區(qū)MEC，包含UPF能力)，可滿足此類混合業(yè)務(wù)所需的性能需求?？紤]成本，部分企業(yè)的部分非敏感業(yè)也可接受UPF部署在運(yùn)營(yíng)商側(cè)。隨著柔性制造的訴求不斷增加，為實(shí)現(xiàn)前述行業(yè)的產(chǎn)線自控柔性化場(chǎng)景，需要引入5GURLLC業(yè)務(wù)，5G使能工業(yè)的范圍，深入到核心的生產(chǎn)自控業(yè)務(wù)。生產(chǎn)自控業(yè)務(wù)，對(duì)于5G通信的實(shí)時(shí)性、穩(wěn)定性、并發(fā)數(shù)、63安全，提出了全新的要求。因此，需要在車間層面部署面向此類場(chǎng)景優(yōu)圖6-1工業(yè)園區(qū)生產(chǎn)系統(tǒng)5G化網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)在輔助生產(chǎn)業(yè)務(wù)為主的階段，控制面能力主要部署在運(yùn)營(yíng)商側(cè)。但是，當(dāng)與運(yùn)營(yíng)商的鏈路中斷時(shí)，工廠園區(qū)MEC需保持一定的持續(xù)工作能力。在車間部署工業(yè)UPF之后，如需提升生產(chǎn)控制業(yè)務(wù)的隱私性，關(guān)鍵實(shí)時(shí)控制能力可按需部署在工廠(如下圖的核心控制功能)，實(shí)現(xiàn)(MEC和控制面間的)信令層不對(duì)外暴露。此時(shí)，工業(yè)核心控制功能也可以同時(shí)從整個(gè)工業(yè)園區(qū)看，將包括多種不同通信需求的生產(chǎn)業(yè)務(wù)流。如低速大容量的現(xiàn)場(chǎng)數(shù)據(jù)采集業(yè)務(wù)、大帶寬的機(jī)器視覺與監(jiān)控、實(shí)時(shí)的遠(yuǎn)程64數(shù)據(jù)訪問業(yè)務(wù)。從生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)的設(shè)備來看，會(huì)存在同一個(gè)設(shè)備同時(shí)連接多種不同業(yè)務(wù)需求(如機(jī)器人控制器同時(shí)需要訪問主PLC、閥島、以及數(shù)據(jù)分析服G業(yè)務(wù)融合一張網(wǎng)：環(huán)網(wǎng)之下，也存在2-4級(jí)有線組網(wǎng)。對(duì)于數(shù)據(jù)采集分析需求，有線組網(wǎng)IT域，或者車間環(huán)網(wǎng))，傳輸效率低。采用5G后，現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備可以在車間內(nèi)部實(shí)現(xiàn)一跳接入，直接與主PLC通信，同時(shí)也可通過車間環(huán)網(wǎng)接入服務(wù)器，進(jìn)行數(shù)采等業(yè)務(wù)交互，從而大幅簡(jiǎn)化車間組網(wǎng)，改進(jìn)工藝優(yōu)化等業(yè)務(wù)的實(shí)時(shí)性需求。車間內(nèi)的扁平化組網(wǎng)，可簡(jiǎn)化通訊硬件及部署。MEC自身分析服務(wù)器等應(yīng)用。讓工業(yè)應(yīng)用的部署位置更靠近分流的位置，既能簡(jiǎn)用的路徑迂回。二是實(shí)時(shí)非實(shí)時(shí)通信一張網(wǎng)：車間內(nèi)，針對(duì)OT實(shí)時(shí)控制和數(shù)據(jù)采集，往往采用兩張網(wǎng)絡(luò)獨(dú)立建設(shè)。隨著數(shù)據(jù)采集快速動(dòng)態(tài)的需求變化，該種組網(wǎng)將導(dǎo)致在車間和設(shè)備層面進(jìn)行頻繁的組網(wǎng)實(shí)施。采用5G后，設(shè)能需要的、不斷變化的數(shù)據(jù)采集需求。此時(shí)，同一個(gè)5G網(wǎng)絡(luò)，同一個(gè)一網(wǎng)增效。65終端需同時(shí)支持的不同業(yè)務(wù)流，其所需要的網(wǎng)絡(luò)能力不同，需要不同的質(zhì)量保障。5G網(wǎng)絡(luò)通過多種技術(shù)手段，應(yīng)能差異化保障不同的業(yè)務(wù)流的QoS需求(不同的時(shí)延、包穩(wěn)定性、帶寬等)。重點(diǎn)保障重要終端、重，同時(shí)盡力保障其余終端的業(yè)務(wù)通信需求質(zhì)量。G與多維度安全策略：1)數(shù)據(jù)流不跨域：針對(duì)園區(qū)級(jí)、生產(chǎn)IT域的生產(chǎn)輔助類業(yè)務(wù)、以及生產(chǎn)OT域的業(yè)務(wù)，應(yīng)分別在各自的域內(nèi)進(jìn)行數(shù)據(jù)閉環(huán)。無論終端設(shè)備在園區(qū)實(shí)際所處的位置，核心網(wǎng)控制面可根據(jù)不同的業(yè)務(wù)流需求，靈活分務(wù)器/控制器。從而確保業(yè)務(wù)流分層級(jí)閉環(huán)。不同工業(yè)終端的不同業(yè)務(wù)流對(duì)應(yīng)的應(yīng)用服務(wù)器部署位置各不相同，如PLC實(shí)時(shí)控制業(yè)務(wù)，PLC業(yè)務(wù)流往往是在本地車間閉環(huán)；預(yù)防性運(yùn)維和數(shù)字孿生業(yè)務(wù)，其應(yīng)用服務(wù)器可2)業(yè)務(wù)間訪問隔離：OT網(wǎng)絡(luò)和IT網(wǎng)絡(luò)采用一5G網(wǎng)承載后，需要保障業(yè)務(wù)流間的安全隔離?？苫?GLAN等技術(shù)，劃分不同的5GVirtual者相同業(yè)務(wù)內(nèi)不同終端(如不同工島的C2IO之間)的業(yè)務(wù)流劃