引言/導(dǎo)讀
海爾工業(yè)智能研究院將構(gòu)建全球工業(yè)智能領(lǐng)域一流資源共創(chuàng)共贏的生態(tài)系統(tǒng)，創(chuàng)造出滿足用戶最佳體驗的領(lǐng)先產(chǎn)品與模式，在制造業(yè)的轉(zhuǎn)型升級方面實現(xiàn)引領(lǐng)。通過整合優(yōu)勢資源、構(gòu)筑工業(yè)智能、建立技術(shù)轉(zhuǎn)化平臺、產(chǎn)業(yè)孵化平臺， 海爾工業(yè)智能研究院將被建成“立足家電業(yè)、面向消費品、輻射制造業(yè)”的互聯(lián)網(wǎng)型工業(yè)智能研究院，成為行業(yè)引領(lǐng)的共創(chuàng)共贏平臺。
網(wǎng)絡(luò)技術(shù)作為實現(xiàn)工業(yè)互聯(lián)與智能制造的基石，也正在經(jīng)歷轉(zhuǎn)變。傳統(tǒng)來說，工業(yè)數(shù)據(jù)和控制信號傳輸采用線纜來傳輸，但由于工業(yè)現(xiàn)場的復(fù)雜多樣，移動的設(shè)備數(shù)據(jù)傳輸往往會遇到困難。以5G為代表的新一代無線網(wǎng)絡(luò)具備有線解決方案的許多優(yōu)勢，并增加了許多新的可能性，例如更高的移動性、靈活性，更簡單的網(wǎng)絡(luò)管理以及更低的構(gòu)建成本，是未來工廠柔性化、數(shù)字化、智能化的重要支撐網(wǎng)絡(luò)是工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)的基礎(chǔ)。為了推進5G等無線技術(shù)的工業(yè)落地應(yīng)用，海爾工業(yè)智能研究院牽頭建設(shè)智能+5G大規(guī)模定制驗證測試平臺，融合了各類先進智能制造技術(shù)及第五代移動通信技術(shù)，輸出5G環(huán)境下的智能制造升級解決方案，為COSMOPlat平臺提供技術(shù)能力支撐，滿足全球用戶最佳定制體驗提出智能+5G大規(guī)模定制驗證測試平臺建設(shè)規(guī)劃。
一、關(guān)鍵詞
大規(guī)模定制、工業(yè)智能、5G、MEC
二、測試床項目承接主體
2.1發(fā)起公司和主要聯(lián)系人聯(lián)系方式
青島海爾智能制造研究院 技術(shù)總監(jiān) 石恒 shiheng@haier.com
2.2合作公司中國信息通信研究院
中國移動通信集團有限公司
中國聯(lián)合網(wǎng)絡(luò)通信集團有限公司
中國電信集團有限公司
華為技術(shù)有限公司
清華大學(xué)
同濟大學(xué)
杭州匯萃智能科技有限公司
圖1 項目合作職責(zé)
三、測試床項目目標
1、目標
智能+5G大規(guī)模定制驗證測試平臺擬在工業(yè)應(yīng)用方向推進5G和工業(yè)智能技術(shù)的深度融合應(yīng)用，凸顯大規(guī)模定制模式的引領(lǐng)性，加快形成制造業(yè)網(wǎng)絡(luò)化產(chǎn)業(yè)生態(tài)體系，能夠帶動全產(chǎn)業(yè)鏈生態(tài)系統(tǒng)技術(shù)能力提高、應(yīng)用模式普及和產(chǎn)業(yè)升級。
2、概述
智能制造是《中國制造2025》重點實施工程之一，發(fā)展智能制造是推動中國制造業(yè)由大變強的根本途徑。新一代信息技術(shù)如人工智能、大數(shù)據(jù)、工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)、5G、MEC（Multi-access Edge Computing）等與制造業(yè)深度融合，正在引發(fā)影響深遠的產(chǎn)業(yè)變革，形成新的生產(chǎn)方式、產(chǎn)業(yè)形態(tài)、商業(yè)模式和經(jīng)濟增長點。智能+5G大規(guī)模定制驗證測試平臺以家電制造行業(yè)為基礎(chǔ)，并在COSMOPlat平臺的支撐下進行跨行業(yè)復(fù)制，萬物互聯(lián)的智能制造無疑將為其帶來極大程度的革新。
在制造業(yè)工廠內(nèi)部，傳統(tǒng)工業(yè)數(shù)據(jù)和控制信號傳輸采用線纜來傳輸，由于工業(yè)現(xiàn)場的復(fù)雜多樣，設(shè)備數(shù)據(jù)的傳輸往往會遇到困難。以海爾為例，生產(chǎn)線聯(lián)網(wǎng)大多依賴有線電纜傳輸，不便于后期擴展及移動，移動終端如掃描槍在行走過程中時常與現(xiàn)有的WiFi網(wǎng)絡(luò)斷開連接。現(xiàn)有的WiFi方案亦難以很好的滿足大數(shù)量的終端連接。此外，現(xiàn)有網(wǎng)絡(luò)還有以下幾個挑戰(zhàn)：
1）柔性生產(chǎn)對制造設(shè)備的數(shù)字化和互聯(lián)互通有較高需求。隨著制造企業(yè)生產(chǎn)需求的柔性變化，工業(yè)無線網(wǎng)絡(luò)中的節(jié)點會新增、失效或者移動，如何在惡劣的現(xiàn)場通信環(huán)境中提供高可靠性的無線連接成為一大挑戰(zhàn)，當前制造業(yè)中設(shè)備的聯(lián)網(wǎng)節(jié)點比例小于5%，生產(chǎn)過程的數(shù)據(jù)標記比例小于3%，導(dǎo)致生產(chǎn)狀態(tài)無法實時觀察，生產(chǎn)效率無法評估，設(shè)備間的數(shù)據(jù)無法統(tǒng)計等問題。此外，生產(chǎn)線聯(lián)網(wǎng)大多依賴有線電纜傳輸，不便于后期擴展及移動，嚴重影響了智能制造的發(fā)展。
2）關(guān)鍵生產(chǎn)設(shè)備的移動性需要有安全可靠的網(wǎng)絡(luò)保障。目前很多車間采用WiFi等無線網(wǎng)絡(luò)滿足設(shè)備移動性的聯(lián)網(wǎng)要求，然而當多個WiFi接入點覆蓋同一設(shè)備的同一信道時，接入點就會因為過度部署而產(chǎn)生性能降低的情況；且WiFi連續(xù)覆蓋存在中間切換失敗、時延過大、人員密集區(qū)域無法接入上網(wǎng)等問題。穩(wěn)定性可靠性是工業(yè)網(wǎng)絡(luò)的基本要求，當前制造業(yè)的無線解決方案為了滿足其要求，導(dǎo)致網(wǎng)絡(luò)越來越復(fù)雜，給后續(xù)維護帶來困難。
3） 生產(chǎn)車間的網(wǎng)絡(luò)安全性要求高，當前的WiFi無法滿足需求。目前的WiFi網(wǎng)絡(luò)安全性比較低，服務(wù)器只根據(jù)發(fā)送數(shù)據(jù)的用戶IP進行識別，未對用戶身份進行合法性校驗。在同一子網(wǎng)的WiFi環(huán)境下，攻擊者可以很容易通過ARP掃描，探測到其他上網(wǎng)設(shè)備的IP和MAC地址進行攻擊，輕易的造成大面積斷網(wǎng)。
4） 企業(yè)的從業(yè)人員培訓(xùn)成本高，培訓(xùn)形式傳統(tǒng)，需要有新技術(shù)進行替代。當前制造業(yè)的從業(yè)人員普遍年輕，流動性高，經(jīng)驗相對匱乏，對企業(yè)而言不論是培訓(xùn)成本、或是聘用外部專家的成本都非常高。同時，企業(yè)的培訓(xùn)機制仍是傳統(tǒng)的師徒教學(xué)，生產(chǎn)過程遇到問題需要依賴于外部專家支持，不利于企業(yè)內(nèi)部沉淀自有知識庫，急需一種全新的人機對話與交互形式，滿足企業(yè)培訓(xùn)效率的提升。
5） 隨著行業(yè)的發(fā)展，機器視覺對網(wǎng)絡(luò)帶寬、實時性提出較高要求，現(xiàn)有WiFi能力不足。機器視覺服務(wù)于自動化生產(chǎn)線，為了實現(xiàn)PLC和機械手通用連接，GigE Vison通信協(xié)議和新的軟件平臺對網(wǎng)絡(luò)帶寬、實時性提出較高要求，現(xiàn)有WIFI網(wǎng)絡(luò)對于支持高幀圖像分析在速度和時延方面略顯不足，對自動化專用傳輸協(xié)議依賴的網(wǎng)絡(luò)傳輸可靠性無法滿足；有線傳輸則在工廠布線、傳輸距離、日常維護方面有較大壁壘。
而5G網(wǎng)絡(luò)相比以前的有線網(wǎng)絡(luò)、WIFI或4G網(wǎng)絡(luò)具備了更多優(yōu)勢，例如更高的移動性、靈活性，更簡單的網(wǎng)絡(luò)管理以及更低的構(gòu)建成本。作為新一代無線通信技術(shù)，5G技術(shù)的迅猛發(fā)展切合了傳統(tǒng)制造企業(yè)在智能制造轉(zhuǎn)型過程中對無線網(wǎng)絡(luò)的應(yīng)用需求，其具備的高帶寬、低延時的特性，能更好的滿足工業(yè)環(huán)境下的設(shè)備互聯(lián)和遠程交互等廠內(nèi)應(yīng)用需求，并且為MEC邊緣計算等能力提供了更好的網(wǎng)絡(luò)支持，為企業(yè)構(gòu)建統(tǒng)一的無線網(wǎng)絡(luò)提供了可能。
智能+5G大規(guī)模定制驗證測試平臺以“應(yīng)用落地”為目標，結(jié)合企業(yè)當前網(wǎng)絡(luò)痛點和創(chuàng)新技術(shù)應(yīng)用，運用5G+MEC為基礎(chǔ)網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)、AR、機器視覺等新技術(shù)能力為客戶提供以定制、交互、柔性制造模式為核心的驗證測試平臺。同時，該平臺可以在家電制造行業(yè)及更多的制造企業(yè)進行快速復(fù)制和推廣，推進制造業(yè)的網(wǎng)絡(luò)化、數(shù)字化和智能化轉(zhuǎn)型，以柔性化、定制化和智能化生產(chǎn)模式滿足更廣闊市場需求。
四、測試床方案架構(gòu)
4.1測試床架構(gòu)
測試床遵循AII總體架構(gòu)進行搭建，重點測試5G技術(shù)和工業(yè)智能的融合應(yīng)用。
圖2 解決方案架構(gòu)
4.2測試床方案
以 5G+MEC 邊緣計算能力為網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)，選取 AR 及機器視覺為主要上層應(yīng)用，形成端到端的整體解決方案，為典型制造企業(yè)提供 5G 智慧工廠整體解決方案和產(chǎn)品能力。
以下從網(wǎng)絡(luò)層、平臺層、應(yīng)用層分別介紹測試床，
網(wǎng)絡(luò)層
5G網(wǎng)絡(luò)廣覆蓋，實現(xiàn)萬物互聯(lián)，滿足生產(chǎn)設(shè)備/移動終端的高可靠性連接要求。
1）本項目中，5G提供比現(xiàn)有WIFI更廣覆蓋范圍的無線連接服務(wù)。WIFI的室內(nèi)覆蓋范圍只有20-50米，5G可以提供3倍的覆蓋范圍。
2）5G的干擾監(jiān)測粒度是WiFi的25倍，再多設(shè)備連接時，也不存在類似WIFI的同頻干擾問題。
3）在不同基站間的切換時延小于50ms，0丟包，以往WIFI連接中經(jīng)常掉線的現(xiàn)象已經(jīng)徹底解決。
4）5G連接的終端與網(wǎng)絡(luò)間進行采用雙向認證，整個數(shù)據(jù)傳輸過程中使用IPSEC，HTTPS等協(xié)議保障網(wǎng)元間連接安全，有效防止網(wǎng)絡(luò)攻擊保護數(shù)據(jù)安全。
平臺層
基于5G邊緣計算（MEC）打造“虛擬5G專網(wǎng)”，確保生產(chǎn)網(wǎng)絡(luò)安全和生產(chǎn)數(shù)據(jù)安全。MEC是5G網(wǎng)絡(luò)新增加的一個重要功能，可以將生產(chǎn)過程數(shù)據(jù)的傳輸范圍控制在企業(yè)工廠內(nèi)，滿足生產(chǎn)數(shù)據(jù)安全性要求。本項目的5G MEC部署在工廠附近的移動機房，為海爾打造“虛擬5G
1）通過MEC的本地分流功能和新增單獨的APN，從技術(shù)上實現(xiàn)所有生產(chǎn)數(shù)據(jù)在工廠內(nèi)卸載不出園區(qū)，確保數(shù)據(jù)安全。
2）5G MEC 服務(wù)器為工廠提供靈活的計算能力。生產(chǎn)應(yīng)用APP可以根據(jù)不同的業(yè)務(wù)需要，通過MEP平臺直接調(diào)用MEC的強計算、AI等能力滿足自己對硬件服務(wù)器的要求，從而替代本地服務(wù)器。
3）由于 MEC 距離終端或信息源非常近，網(wǎng)絡(luò)響應(yīng)用戶請求的時延大大減小，滿足各種創(chuàng)新應(yīng)用對低時延和大帶寬的要求。
4）MEC將企業(yè)的內(nèi)部生產(chǎn)數(shù)據(jù)在本地園區(qū)閉環(huán)，避免傳遞到公網(wǎng)上，對傳輸網(wǎng)和核心網(wǎng)造成網(wǎng)絡(luò)擁塞。
5）位于網(wǎng)絡(luò)邊緣的 MEC 能夠?qū)崟r獲取例如基站 ID、可用帶寬等網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)以及與用戶位置相關(guān)的信息，為各種生產(chǎn)應(yīng)用提供網(wǎng)絡(luò)開發(fā)能力，極大地改善用戶的服務(wù)質(zhì)量體驗。
應(yīng)用層
（1） 5G賦能AR技術(shù)在工廠應(yīng)用
在5G網(wǎng)絡(luò)的支撐下，本項目在海爾打造一個覆蓋設(shè)計、巡檢、維修、培訓(xùn)等制造流程及工業(yè)園區(qū)安全管理的AR應(yīng)用平臺。在5G低時延、大帶寬、廣連接的助力下，AR的計算能力將不再限制于本地設(shè)備，極大地遷移到云端，算力明顯提升。同時，在工廠應(yīng)用時，5G將支持AR大規(guī)模傳輸三維信息，滿足遠程協(xié)作低時延的急迫需求。以往使用AR應(yīng)用容易產(chǎn)生眩暈感的情況將被改善，5G的低時延特性將極大提升AR的使用感受。同時，AR以提升人的感知能力、認知能力與執(zhí)行能力為核心，將新一代的信息技術(shù)與制造業(yè)場景深度融合，實現(xiàn)降本增效，助力企業(yè)生產(chǎn)管理的精益化、信息化改革。
AR平臺功能包括以下幾個部分：
1）基于海爾智能制造示范線，與園區(qū)5G網(wǎng)絡(luò)連通，實現(xiàn)AR虛擬產(chǎn)品設(shè)計、車間AR可視化管理、AR遠程專家協(xié)作。
2）基于海爾生產(chǎn)線，接入園區(qū)5G網(wǎng)絡(luò)，實現(xiàn)AR員工操作培訓(xùn)。員工培訓(xùn)由兩部分培訓(xùn)內(nèi)容組成，分別是系統(tǒng)零件識別，與系統(tǒng)模塊組織培訓(xùn)。AR員工操作培訓(xùn)可提升員工培訓(xùn)效率，降低培訓(xùn)成本，同時減少質(zhì)量問題出現(xiàn)的頻次。
3）基于海爾黃島工業(yè)園區(qū)，將AR人臉識別服務(wù)與5G結(jié)合，實現(xiàn)對園區(qū)內(nèi)海爾員工的內(nèi)部管理。搭建園區(qū)的員工信息管理后臺，園區(qū)的管理人員佩戴AR眼鏡進行園區(qū)日常巡檢時，可識別園區(qū)中員工的相關(guān)信息，或及時發(fā)現(xiàn)園區(qū)內(nèi)是否有外來人員，第一時間進行問詢，保證園區(qū)的安全管理。
（2）5G助力機器視覺在工業(yè)檢測應(yīng)用
工業(yè)園區(qū)5G網(wǎng)絡(luò)的部署實現(xiàn)，提供了寬管道、實時性高傳輸路徑，保證工業(yè)相機、視覺處理器、PLC、機械手具備無線連接條件。實現(xiàn)助力工廠全線自動化改造，降低企業(yè)成本，提供產(chǎn)品質(zhì)量。
1）通過覆蓋5G網(wǎng)絡(luò)，機器視覺系統(tǒng)實現(xiàn)以移代固。
將視覺系統(tǒng)單元配置為無線傳輸，替代傳統(tǒng)有線連接方式，圖像采集可自由分布于多個工位，共享圖像處理單元，實現(xiàn)高速，低成本自動化檢測生產(chǎn)線。
2）基于5G虛擬專網(wǎng)和萬物互聯(lián)部署，機器視覺系統(tǒng)實時遠程監(jiān)測功能。
依托5G高速率、大連接特性，不用進車間即可通過移動終端和便攜終端監(jiān)視MES系統(tǒng)，獲取視覺檢測系統(tǒng)的運行狀態(tài)（正常運行時間，有效運行時間，故障原因），生產(chǎn)報表（生產(chǎn)數(shù)量，生產(chǎn)良品率），方便工廠設(shè)備管理人員、技術(shù)人員對視覺檢測系統(tǒng)提出參數(shù)優(yōu)化方案（如公差控制，檢測關(guān)鍵點控制）、生產(chǎn)設(shè)備提出整改優(yōu)化方案（如生產(chǎn)設(shè)備運行指標優(yōu)化，工作環(huán)境優(yōu)化）。
智能+5G大規(guī)模定制驗證測試平臺顛覆傳統(tǒng)制造模式，以用戶為中心，體現(xiàn)智能產(chǎn)品-智能生產(chǎn)-智能服務(wù)的互聯(lián)工廠模式的測試平臺，能夠踐行全球引領(lǐng)的大規(guī)模個性化定制模式，具有高精度和高效率特點，并承載全流程、全價值鏈和產(chǎn)品全生命周期的展示功能。驗證測試平臺同時是自適應(yīng)高柔性生產(chǎn)線，根據(jù)用戶定制信息，可快速換產(chǎn)，生產(chǎn)冰箱和洗衣機等模型產(chǎn)品，具備智能產(chǎn)品全過程互聯(lián)技術(shù)、智能生產(chǎn)相關(guān)軟硬件供應(yīng)鏈上下游集成技術(shù)和智能服務(wù)全過程貫通技術(shù)和能力。
4.3方案自主研發(fā)性、創(chuàng)新性及先進性
技術(shù)創(chuàng)新性
以解決工業(yè)痛點滿足行業(yè)需求為目標，將5G技術(shù)定義的三大特性與實際工業(yè)場景相結(jié)合，滿足和解決工業(yè)環(huán)境下的設(shè)備互聯(lián)和遠程交互應(yīng)用需求，為企業(yè)構(gòu)建統(tǒng)一的無線網(wǎng)絡(luò)提供了可能。
（1）建立了綜合試驗測試體系架構(gòu)和標準，創(chuàng)造性的開發(fā)產(chǎn)業(yè)統(tǒng)一新技術(shù)試驗測試標準，解決了目前各項技術(shù)不統(tǒng)一的問題；
（2）將5G技術(shù)與當前的AR、機器視覺、AGV等新技術(shù)熱點相結(jié)合，提供模塊化、柔性化、定制化的測試場景；
（3）使制造企業(yè)擺脫了以往無線網(wǎng)絡(luò)技術(shù)較為混亂的應(yīng)用狀態(tài), 這對于推動工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)的實施以及智能制造的深化轉(zhuǎn)型有著積極的意義。
2、商業(yè)模式創(chuàng)新性
（1）打破傳統(tǒng)移動通信2C的流量收費模式，對網(wǎng)絡(luò)流量和MEC等核心資源進行收費；
（2）創(chuàng)造互利共贏的運營模式，企業(yè)參與5G網(wǎng)絡(luò)的建設(shè)和運營；
（3）實現(xiàn)端邊云協(xié)同互操作，應(yīng)用及核心算法上云，實現(xiàn)降本增效。
3、應(yīng)用創(chuàng)新性
智能+5G大規(guī)模定制驗證測試平臺通過5G和MEC邊緣計算能力為智研院和工業(yè)現(xiàn)場提供一個虛擬無線專網(wǎng)，從終端到網(wǎng)絡(luò)接入、工業(yè)園區(qū)的應(yīng)用等可以實現(xiàn)端到端的安全和高可靠性。同時，MEC平臺為AR/VR、機器視覺等業(yè)務(wù)場景提供可擴展的計算能力，AI分析能力等.在不需要增加硬件的情況下，靈活的調(diào)整各種能力，滿足企業(yè)應(yīng)用快速部署。整體項目優(yōu)勢主要體現(xiàn)在下面幾點：
1）網(wǎng)絡(luò)連接可靠：
采用運營商5G無線基站覆蓋替代WIFI，信號穩(wěn)定，空口帶寬可根據(jù)業(yè)務(wù)需求設(shè)置，移動終端切換基站或網(wǎng)關(guān)接入，用戶持續(xù)在線，業(yè)務(wù)不中斷。
2）網(wǎng)絡(luò)體驗好：
企業(yè)業(yè)務(wù)本地分流至內(nèi)部服務(wù)器，不經(jīng)過移動核心網(wǎng)，降低傳輸時延，滿足企業(yè)人與人、人機之間網(wǎng)絡(luò)通信低時延、大帶寬的業(yè)務(wù)需求。
3）安全性高：
基于運營商5G網(wǎng)絡(luò)建網(wǎng)，接入、傳輸均采用標準加密協(xié)議，保密性高，企業(yè)專網(wǎng)業(yè)務(wù)與大網(wǎng)傳輸相隔離，不經(jīng)過互聯(lián)網(wǎng)，保證企業(yè)數(shù)據(jù)的安全和專用性 。
4）極簡部署：
5G MEC平臺滿足企業(yè)應(yīng)用快速部署。根據(jù)園區(qū)的本地應(yīng)用需求，以往部署一個應(yīng)用需要添加高性能服務(wù)器、部署人工、協(xié)調(diào)電源、機房等一般在30天-60天的時間。而采用5G網(wǎng)絡(luò)，僅需要將終端增加SIM，在MEC平臺上集成相應(yīng)即可。整個部署時間可以壓縮到2天。
5）極簡運維：
生產(chǎn)設(shè)備通過5G連接，實時監(jiān)控其運行狀態(tài)，可遠程輕松訪問車間產(chǎn)線數(shù)據(jù)，設(shè)備運維狀況，原材料品質(zhì)，產(chǎn)品良品率等，對生產(chǎn)設(shè)備可以實現(xiàn)遠程集中運維、集中管控，降低服務(wù)費用。
先進性：
1、作為新一代無線通信技術(shù)，5G技術(shù)的迅猛發(fā)展正好切合了傳統(tǒng)制造企業(yè)智能制造轉(zhuǎn)型對無線網(wǎng)絡(luò)的應(yīng)用需求。
2、從行業(yè)來看，5G技術(shù)定義的三大場景不但覆蓋了高帶寬、低延時等傳統(tǒng)應(yīng)用場景，而且還能滿足工業(yè)環(huán)境下的設(shè)備互聯(lián)和遠程交互應(yīng)用需求，這種廣域網(wǎng)全覆蓋的特點為企業(yè)構(gòu)建統(tǒng)一的無線網(wǎng)絡(luò)提供了可能。
3、5G技術(shù)的發(fā)展可以幫助制造企業(yè)擺脫以往無線網(wǎng)絡(luò)技術(shù)較為混亂的應(yīng)用狀態(tài), 這對于推動工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)的實施以及智能制造的深化轉(zhuǎn)型有著積極的意義。
4、智能+5G大規(guī)模定制驗證測試平臺在應(yīng)用場景方面的先進性體現(xiàn)在：
1）智能+5G+AR的應(yīng)用
AR應(yīng)用的人臉、物體等目標識別與檢測、模型渲染、3D數(shù)據(jù)傳輸?shù)裙ぷ鹘Y(jié)合5G邊緣計算（MEC），在保障生產(chǎn)制造的安全性同時，借用邊緣計算能力AR終端設(shè)備計算力加強，使用“AR工業(yè)工具”的工作人員體驗得到優(yōu)化，工作效率得以明顯提升，降低了企業(yè)的人力成本、資源成本，促進向智能制造的轉(zhuǎn)型升級。
2）智能+5G+機器視覺的應(yīng)用
機器視覺將單機系統(tǒng)分解為分布檢測系統(tǒng)，可多個工位遠距離共享計算單元，為企業(yè)安裝調(diào)試簡單，從繁瑣電氣布線到無線連接，降低日常維護投入和物理損耗。如當前機械手抓取，一方面，在布線距離上有限制，需要使用特殊網(wǎng)線，長時間隨動運轉(zhuǎn)后易磨損，跟換1次至少需要停機時間3小時，而5G部署，從視覺部署應(yīng)用而言，可降低前期投入和運維成本。同時，在工業(yè)園區(qū)可遠程輕松訪問車間產(chǎn)線數(shù)據(jù)，設(shè)備運維狀況，原材料品質(zhì)，產(chǎn)品良品率等。工程師可在辦公室完成參數(shù)配置，工藝參數(shù)調(diào)整，公差控制。
3）視覺系統(tǒng)輕量化，從每個檢測點需單獨配置的視覺處理器，到共享計算平臺，總項目的實施成本降低40%，現(xiàn)有算法庫集成了67個模塊算法，新算法可在云端訓(xùn)練并更新、下發(fā)到處理端的算法庫，并進行統(tǒng)一運維。
五、測試床預(yù)期成果
6.1測試床的預(yù)期可量化實施結(jié)果
智能+5G大規(guī)模定制驗證測試平臺的建設(shè)應(yīng)用，為企業(yè)新技術(shù)的應(yīng)用提供了先行先試的平臺，降低了企業(yè)技術(shù)升級的試錯成本和門檻。結(jié)合之前的粗放式技術(shù)升級，經(jīng)智能+5G大規(guī)模定制驗證測試平臺測試驗證后的技術(shù)升級，可以為工廠節(jié)約35%以上的升級成本。
對比之前的智能化升級，5G 出現(xiàn)后，解決了企業(yè)的生產(chǎn)數(shù)據(jù)和生產(chǎn)過程在云端部署的難題。在將來的智能工廠中，低時延高可靠的無線網(wǎng)絡(luò)技術(shù)不僅能極大提高工廠內(nèi)生產(chǎn)效率，更能高效滿足企業(yè)對工廠現(xiàn)場的運營管理需求。5G網(wǎng)絡(luò)移動便捷的部署方式以及高可靠低時延的網(wǎng)絡(luò)特性將成為未來智能工廠的首選無線通信技術(shù)，并且在網(wǎng)絡(luò)部署成本上有大幅度的降低。
以機器視覺為例，通過機器視覺+5G+MEC的處理方式，基于5G無線傳輸取代有線千兆網(wǎng)傳輸，打破了有線傳輸有效距離近的限制，為實現(xiàn)算法處理層從設(shè)備端上升到邊緣端打通了傳輸路徑，算法處理統(tǒng)一規(guī)劃到MEC當中，可以根據(jù)工廠的實際的處理量統(tǒng)一配置計算能力。該方案實現(xiàn)設(shè)備端輕量化，產(chǎn)線機器視覺應(yīng)用點只保留工業(yè)相機，取消單獨的工控機，工廠或園區(qū)統(tǒng)一部署MEC，總體方案降低布線成本、硬件及算力浪費，便于統(tǒng)一運維及算法的更新迭代。海爾的家電生產(chǎn)工廠中，工廠機器視覺應(yīng)用量大，合計工廠約100+家，平均每家工廠4條總裝線，平均每條總裝線5個機器視覺應(yīng)用點，每個應(yīng)用點需要4-5個工業(yè)相機，至少需要1臺工控機。按一套工控機（包含視覺處理算法）10萬，一條相機網(wǎng)線成本0.02萬計算，一個工廠的算力、布線成本：4*5*（10+5*0.02）=202萬，全部工廠的成本：202*100=20200萬。
再以5G+AR應(yīng)用為例，加入AR體驗，不僅豐富了企業(yè)培訓(xùn)的方式與形態(tài)，同時與云計算打通，降低AR眼鏡的成本，通過云渲染可以將AR眼鏡的渲染部分去除，降低成本25%以上。畫面清晰度提升60%。
AR依托5G的MEC渲染平臺通過云化渲染技術(shù)，在保證視頻碼流穩(wěn)定傳輸和高精度圖像顯示的前提下，降低了對AR頭顯終端硬件計算能力的要求，既降低了硬件的成本，同時使AR眼鏡更輕便，使AR消費門檻下降70~80%。從而解決了當前AR市場的功耗大待機時間端、圖像不清晰等問題。為AR在工業(yè)中的普及提供了基本條件。
AR員工操作訓(xùn)練方面，以某工廠500人的員工離職率10%來計算，一年合計招募人員600人，新的方式減少人員培訓(xùn)時間3天，合計1800人天，換算為60人月，每月工資5000，合計為收益為30萬/年。同時正常作業(yè)大概2%的每天不良，約60件，需要維修工人10人，人員熟練度不足的作業(yè)不良會增加1%，增加5人的維修工作量，每年的人工費用5*5000*12月=30萬/年。后續(xù)推廣到其它的互聯(lián)工廠，合計節(jié)省培訓(xùn)費用35*30萬=1140萬。
6.2測試床的商業(yè)價值、經(jīng)濟效益
輸出5G應(yīng)用的解決方案和軟硬件產(chǎn)品
對外復(fù)制驗證測試平臺，形成模塊化產(chǎn)品
網(wǎng)絡(luò)傳輸效率提升85%，準確性提升20倍
終端輕量化，成本降低60%
6.3測試床的社會價值
在2019的漢諾威工博會上，海爾發(fā)布全球首創(chuàng)智能+5G大規(guī)模定制驗證平臺，再度成為全球焦點。凱姆尼茨大學(xué)穆勒教授在參觀了海爾COSMOPlat展區(qū)后認為，COSMOPlat是現(xiàn)有工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)平臺中唯一物聯(lián)網(wǎng)概念已經(jīng)進入實操階段，并且取得成果的平臺。也就是說，海爾的技術(shù)能力又上升了一個大臺階，并處于世界領(lǐng)先地位。
圖5 專家高度認可
從國家層面來說，工業(yè)制造業(yè)作為我國實體經(jīng)濟的壓艙石，工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)等新興技術(shù)的發(fā)展受到國家政策的高度支持。2017年底政府發(fā)布《關(guān)于深化“互聯(lián)網(wǎng)+先進制造業(yè)”發(fā)展工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)的指導(dǎo)意見》。2019年初《政府工作報告》指出，要堅持創(chuàng)新引領(lǐng)發(fā)展，培育壯大新動能，打造工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)平臺，拓展“智能+”，為制造業(yè)轉(zhuǎn)型升級賦能。
從產(chǎn)業(yè)層面來說，隨著移動互聯(lián)網(wǎng)向智能制造產(chǎn)業(yè)的高速滲透和融合，5G技術(shù)低延時、高可靠、高密度鏈接的網(wǎng)絡(luò)特性將為制造業(yè)提供更為強大的通信能力，將為制造業(yè)帶來全新的變革和機遇：
（1）制造業(yè)正逐漸走向服務(wù)化。企業(yè)正在從基于銷售“盒子”的有形產(chǎn)品轉(zhuǎn)向銷售產(chǎn)品附加的增值服務(wù)。通過被5G 無線連接的產(chǎn)品收集和上報用戶消費行為數(shù)據(jù)，企業(yè)基于此大數(shù)據(jù)分析獲取消費者使用習(xí)慣、消費新需求，實現(xiàn)大數(shù)據(jù)精準營銷和再次銷售。
（2）智能制造賦能精益生產(chǎn)。現(xiàn)有制造業(yè)機制的產(chǎn)能過剩、供需不平衡的矛盾日益突出。通過5G的廣覆蓋、多連接，工業(yè)設(shè)備和物流裝備在采購、設(shè)計、生產(chǎn)、物流等環(huán)節(jié)中實現(xiàn)互聯(lián)互通，讓設(shè)備賦能數(shù)字化，可以被系統(tǒng)精確的識別、協(xié)調(diào)和管理。
從目前的調(diào)查分析，工業(yè)制造領(lǐng)域還有80%的企業(yè)沒有實現(xiàn)數(shù)字化轉(zhuǎn)型。究其原因是因為公有云的安全性和可靠性不滿足企業(yè)數(shù)字化上云的要求。通過5G的大帶寬MEC的數(shù)據(jù)不出園區(qū)，企業(yè)逐步可以實現(xiàn)精準生產(chǎn)、精準供應(yīng)、最終提高生產(chǎn)效率，從而推動企業(yè)的數(shù)字化進展。
從企業(yè)來說，項目技術(shù)成果在海爾的應(yīng)用，可完善人單合一商業(yè)模式驅(qū)動下的大規(guī)模定制模式，降低后市場維護成本，大幅提高海爾的口碑，提升海爾品牌形象，創(chuàng)造企業(yè)價值，加速海爾戰(zhàn)略轉(zhuǎn)型升級步伐。同時對于生態(tài)圈內(nèi)的企業(yè)也可以實現(xiàn)賦能，資源共享，從而達到降低壞件率、降低資源浪費、提高整體生產(chǎn)效率的目的。
六、測試床成果驗證
7.1測試床成果驗證計劃
本項目第一階段重點落地AR應(yīng)用和機器視覺應(yīng)用。后續(xù)階段還會將AGV、視頻安防、數(shù)據(jù)采集、數(shù)字仿真等重點應(yīng)用與5G結(jié)合，通過智能+5G技術(shù)支撐互聯(lián)工廠，真正實現(xiàn)生產(chǎn)效率、制造成本、不入庫率等產(chǎn)能指標的極大優(yōu)化，搭建跨界融合、生態(tài)共贏、技術(shù)迭代的創(chuàng)新體系，全面賦能網(wǎng)器交互、設(shè)計、體驗、預(yù)售、制造、迭代等生態(tài)場景。
同時，當前5G R16的標準還未凍結(jié)，隨著5G標準的發(fā)展演進，該項目也會持續(xù)迭代更新：
（1）5G模組集成后的應(yīng)用落地
目前的測試采用CPE等方式接入5G，應(yīng)用5G模組集成后測試效率和結(jié)果會得到顯著改善；
（2）單點應(yīng)用向“集群”轉(zhuǎn)移
目前測試都是完成單點驗證，隨著5G SA標準的確定，SA網(wǎng)絡(luò)的成熟，我們將逐步從單點向“集群”轉(zhuǎn)移，以達到實際工業(yè)需求的多點接入；
（3）繼續(xù)堅持開放性
平臺的目標是加快形成制造業(yè)網(wǎng)絡(luò)化產(chǎn)業(yè)生態(tài)體系，能夠帶動全產(chǎn)業(yè)鏈生態(tài)系統(tǒng)技術(shù)能力提高、應(yīng)用模式普及和產(chǎn)業(yè)升級。繼續(xù)深化融合，將各種新技術(shù)和各行各業(yè)的需求融合進來。
（4）5G網(wǎng)絡(luò)安全方面
隨工廠面向數(shù)字化、網(wǎng)絡(luò)化、智能化快速發(fā)展，工廠數(shù)據(jù)的安全性和私密性成為用戶最關(guān)心的問題之一，5G為工廠數(shù)據(jù)的安全提供了多種類型保障措施，具有邏輯隔離和物理隔離兩種方案，5G網(wǎng)絡(luò)采用端到端網(wǎng)絡(luò)切片方式為工廠數(shù)據(jù)分配專屬資源，放棄其他類型用戶訪問，保護數(shù)據(jù)安全；對于數(shù)據(jù)安全要求更嚴格的行業(yè)，可以通引入5G本地分流技術(shù)，將工廠采集的數(shù)據(jù)不經(jīng)過5G核心網(wǎng)，直接傳送至工廠私有云，實現(xiàn)數(shù)據(jù)不出工廠園區(qū)，保護數(shù)據(jù)安全和私密性；對于安全性要求極高的航空、電力等關(guān)鍵行業(yè)和設(shè)施，可采用新建行業(yè)專網(wǎng)方式，使得運行、生產(chǎn)數(shù)據(jù)閉環(huán)流轉(zhuǎn)，確保數(shù)據(jù)安全。
7.2測試床成果驗證方案
測試床以解決解決各產(chǎn)業(yè)共性問題為目標，測試床輸出多項5G應(yīng)用解決方案，并在行業(yè)有成熟應(yīng)用，同時交付相關(guān)專利軟著和測試報告；平臺測試的7類技術(shù)在工廠落地25個場景，所有5G技術(shù)通過平臺的測試驗證，能夠大幅提高生產(chǎn)效率和產(chǎn)品質(zhì)量；
（1）建立5G實驗基地
把工廠生產(chǎn)創(chuàng)新中心作為工廠一個5G實驗基地，5G結(jié)合AR增強現(xiàn)實與VR虛擬現(xiàn)實融合,所實施的項目在5G實驗基地進行驗證，實驗基地建設(shè)在車間內(nèi)，以工廠可應(yīng)用范圍作為實驗方向，在5G實驗基地測試、模擬工廠，在此區(qū)域驗證的主要項目有5G結(jié)合AR/VR,5G機器視覺，5G應(yīng)用于8K視頻傳輸，5G應(yīng)用于機器人控制，5G應(yīng)用于安防，5G應(yīng)用于遠程維修，5G應(yīng)用于工廠大數(shù)據(jù)等，驗證合格應(yīng)用于工廠。
（2）實施智能視覺檢測項目
構(gòu)建5G+MEC的視覺云臺，工廠已經(jīng)落地的主要項目有箱體外觀檢測、整機外觀檢測、VIP檢測等視覺檢測項目，其中VIP檢測項目是國內(nèi)領(lǐng)先視覺檢測項目，通過5G技術(shù)，將數(shù)據(jù)回傳到MEC的機器視覺檢測云平臺，對采集的數(shù)據(jù)進行分析，箱體外觀檢測包括三個方面，a.箱體側(cè)板檢測，通過藍光視覺檢測技術(shù)，通過5G技術(shù)，實現(xiàn)數(shù)據(jù)的采集到云平臺進行分析，b.箱體在線3D檢測技術(shù)，是全球首家3D在線檢測項目，主要檢測冰箱的外觀3D尺寸，主要的檢測項超過10項，分析冰箱的尺寸，c.箱體正面的配合尺寸檢測，檢測冰箱尺寸的可靠性，通過5G傳輸?shù)揭曈X云平臺進行分析統(tǒng)計控制.整機視覺檢測項目主要包含2個方面，a.整機的側(cè)面檢測，通過5G技術(shù)，實現(xiàn)數(shù)據(jù)的采集到云平臺進行分析，b.整機的正面檢測，主要有門體的安裝配合尺寸，門體是否有劃傷等缺陷，通過數(shù)據(jù)積累，實現(xiàn)智能判斷決策。
（3）基于5G技術(shù)的安防管理平臺
為了加強工廠的安全管控，尤其是對人員的管控，利用5G技術(shù)，將安防管理平臺放在MEC邊緣端，使用ARPad等設(shè)備完成安防人臉識別或工夫識別等，對車間內(nèi)人員，包含內(nèi)、外、不明人員，可迅速發(fā)現(xiàn)可以人員，預(yù)警報警。另外也可自動識別安全帽佩戴，異常報警提示。
（4）基于5G的AR遠程協(xié)作系統(tǒng)
5G應(yīng)用于AR遠程協(xié)作維修，在線共享專家，出現(xiàn)設(shè)備問題后，連線專家快速處理，與國外共同討論關(guān)鍵設(shè)備問題，節(jié)省出差費用，節(jié)省時間成本，真正實現(xiàn)了現(xiàn)場維護人員和專家的“零距離”溝通。
七、測試床成果交付
9.1測試床可復(fù)制性
5G MEC樣板在海爾的工廠的應(yīng)用場景不斷增加，技術(shù)模塊的可移植性不斷增強，這給海爾的全球戰(zhàn)略帶來了歷史性變革，同時也為中國加快發(fā)展先進制造業(yè)，推動互聯(lián)網(wǎng)、大數(shù)據(jù)、人工智能同實體經(jīng)濟深度融合提供了可復(fù)制的“海爾模式”。
目前，國家從各個層面引導(dǎo)企業(yè)、政府和行業(yè)積極參與5G建設(shè)，5G生態(tài)中。所以從5G的基站、生態(tài)應(yīng)用到最終應(yīng)用，未來5G的規(guī)模推廣不會存在問題。從支持無線的生產(chǎn)設(shè)備情況來看，根據(jù)業(yè)界調(diào)查機構(gòu)預(yù)測，未來無線通信連接會快速增長，特別是隨著5G模組的陸續(xù)上市，各種支持無線連接的生產(chǎn)設(shè)備會有一個爆發(fā)式發(fā)展。
因此，該項目所展示的“智能+5G”必將體現(xiàn)出巨大的優(yōu)勢，發(fā)揮出靈活多變、個性化定制的特點。目前項目的實施過程中，以“模塊化、柔性化、定制化”的特點為根基，可復(fù)制性、可移植性為導(dǎo)向。逐步拓展不同應(yīng)用領(lǐng)域，目前已在家電、模具、建陶、化工等領(lǐng)域已開始部署應(yīng)用，由傳統(tǒng)提供單一網(wǎng)絡(luò)能力，逐步向平臺化管理、一體化方案、生態(tài)化發(fā)展的方向轉(zhuǎn)變，向垂直行業(yè)客戶提供整體解決方案。
隨著人工被機器取代，服務(wù)方式也發(fā)生了變化。服務(wù)方式由原來的現(xiàn)場服務(wù)可以實現(xiàn)在線服務(wù)，遠程指導(dǎo)服務(wù)等。同時，AR及視覺檢測等應(yīng)用助力企業(yè)為客戶提供定制、交互、柔性的產(chǎn)品+服務(wù)。
9.2測試床開放性
技術(shù)開放性
終端接入5G網(wǎng)絡(luò)：
系統(tǒng)方案設(shè)計考慮后期5G+工業(yè)互聯(lián)網(wǎng) 場景的豐富和多樣性，同時考慮到當前5G終端模組的市場情況，現(xiàn)場采用5G CPE作為場景設(shè)備接入5G網(wǎng)絡(luò)的終端。后期新增設(shè)備可隨時、簡便的接入，新業(yè)務(wù)新場景接入對整體網(wǎng)絡(luò)影響小。
平臺開放性：
目前MEC平臺支持WINS/Linux等多種操作系統(tǒng)，軟件/APP等可部署在MEC平臺虛機上，與終端軟硬件設(shè)備實時交互，實現(xiàn)豐富的系統(tǒng)集成功能。
計劃開放性：
已規(guī)劃2020年Q1完成基于5G模組的場景驗證測試。
生態(tài)開放性
測試床的目標是加快形成制造業(yè)網(wǎng)絡(luò)化產(chǎn)業(yè)生態(tài)體系，能夠帶動全產(chǎn)業(yè)鏈生態(tài)系統(tǒng)技術(shù)能力提高、應(yīng)用模式普及和產(chǎn)業(yè)升級。繼續(xù)深化融合，將各種新技術(shù)和各行各業(yè)的需求融合進來
八、其他信息
測試床使用者
海爾集團以及各產(chǎn)業(yè)，并將成熟方案對外推廣。
測試床知識產(chǎn)權(quán)說明
青島海爾工業(yè)智能研究院有限公司對該測試床的建設(shè)、運營以及使用擁有產(chǎn)權(quán)及相關(guān)知識產(chǎn)權(quán)。
測試床運營及訪問使用
驗證測試平臺目前已經(jīng)大規(guī)模定制示范線的建設(shè)，可以通過電話和郵件預(yù)約的方式來進行工業(yè)智能相關(guān)技術(shù)驗證測試，5G網(wǎng)絡(luò)環(huán)境已建設(shè)完成，場景測試進行中。
測試床資金
預(yù)估資金850萬元，自籌
測試床時間軸
建設(shè)期 | 2019H1 | 5G測試基站聯(lián)合建設(shè)，大規(guī)模定制示范線升級 |
應(yīng)用期 | 2019~2020 | 已規(guī)劃和擴展測試項目進行驗證測試，輸出測試報告和技術(shù)應(yīng)用白皮書 |
推廣期 | 2021 | 向跨行業(yè)、跨領(lǐng)域推廣技術(shù)測試驗證平臺和大規(guī)模定制模式 |
聲明
本報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、建議，不構(gòu)成法律建議，也不應(yīng)替代律師意見。本報告所有材料或內(nèi)容的知識產(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。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，不得在任何公開場合使用報告內(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。
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