基于5G+MEC的阿特斯智能工廠解決方案
一、項目概況
1.項目背景
2021年3月15日正式實施的《光伏制造行業(yè)規(guī)范條件（2021年本）》，鼓勵企業(yè)積極開展智能制造，降低運營成本，縮短產(chǎn)品生產(chǎn)周期，提高生產(chǎn)效率，降低產(chǎn)品不良品率，提高能源利用率，將自動化、信息化及智能化等貫穿于設計、生產(chǎn)、管理和服務的各個環(huán)節(jié)。供給側(cè)縮減產(chǎn)能，也就意味著市場倒逼企業(yè)轉(zhuǎn)型升級，而5G成為了轉(zhuǎn)型升級的有力抓手。
阿特斯集團由瞿曉華博士于2001年創(chuàng)立，總部位于蘇州，在全球6個國家擁有17個生產(chǎn)基地，覆蓋光伏的全產(chǎn)業(yè)鏈，在光伏行業(yè)排名一直處于全球前列。在集團成立的20年當中，先后獲得中國可再生能源學會科學技術進步一等獎、中國企業(yè)專利500強、全球最佳組件供應商、清潔能源行業(yè)最具品牌影響力企業(yè)等榮譽。此次5G項目的落地方是阿特斯集團位于江蘇鹽城阜寧的生產(chǎn)基地，由集團全資控股，占地350畝，是一家集高效太陽能電池片的研發(fā)和生產(chǎn)為一體的高新技術企業(yè)，也是阿特斯目前技術最為先進的生產(chǎn)基地之一。
2.項目簡介
本項目從光伏電池片企業(yè)實際需求出發(fā)，解決了數(shù)據(jù)采集困難、質(zhì)量追溯困難、信息處理滯后等問題，將多種網(wǎng)絡技術運用至5G網(wǎng)絡，包括大流量回傳的數(shù)據(jù)監(jiān)控、廣連接的物聯(lián)網(wǎng)接入、貼近生產(chǎn)環(huán)境的低時延邊緣計算等，充分發(fā)揮利用了5G網(wǎng)絡的eMBB、mMTC、uRLLC三大主要優(yōu)勢。建設的阿特斯工廠運營可視化，對數(shù)據(jù)傳輸?shù)纳闲袔捰休^高要求，此時，5G NR基站多載波聚合和massive MIMO技術的價值得到應用，通過實際調(diào)測優(yōu)化，可以找到較佳的技術組合來增強無線信號覆蓋。為解決數(shù)據(jù)不出園區(qū)，采用了邊緣UPF技術，同時考慮邊緣接入的安全，促使網(wǎng)絡運營商結(jié)合安全技術（專用防火墻、MSCG、二次AAA認證、Ipsec隧道加密）連接至內(nèi)網(wǎng)。
3. 項目目標
為達到降低成本，提高效率，實時監(jiān)控以及安全生產(chǎn)的目的，實現(xiàn)全方位提高產(chǎn)能的目標，本產(chǎn)品遵循以下設計理念：
5G建設高質(zhì)量網(wǎng)絡
基于5G網(wǎng)絡eMBB、uRLLC、mMTC三大原生能力，滿足光伏企業(yè)在柔性組網(wǎng)、低時延控制、生產(chǎn)高可靠性、大流量上行等痛點。
MEC保障數(shù)據(jù)不出園區(qū)
根據(jù)5G核心網(wǎng)控制面和用戶面分離的特點，將用戶面UPF下沉到阿特斯數(shù)據(jù)中心實現(xiàn)數(shù)據(jù)本地分流，保障企業(yè)核心數(shù)據(jù)安全，并進一步降低網(wǎng)絡時延，提升核心業(yè)務性能與體驗。
AI賦能運營分析
過程管理由“人腦分析判斷+機器生產(chǎn)制造”向“智慧分析判斷+智能生產(chǎn)制造”模式的轉(zhuǎn)變，提升生產(chǎn)效率，降低成本；降本增效從依靠人工經(jīng)驗向依靠智能大腦的精準分析轉(zhuǎn)變，即從事后分析提高的模式向事前優(yōu)化、實時監(jiān)控的模式轉(zhuǎn)變。
逐段保證數(shù)據(jù)安全
針對5G專網(wǎng)不同階段特點從安全接入(終端安全接入)、安全管道(切片安全)、MEC安全(下沉UPF)、企業(yè)內(nèi)網(wǎng)(邊界對接網(wǎng)絡)等逐段考慮制定技術方案，實現(xiàn)端到端安全解決方案，保證企業(yè)數(shù)據(jù)和生產(chǎn)安全，增強企業(yè)重要機密信息的安全性。。
二、項目實施概況
1. 項目總體架構(gòu)和主要內(nèi)容
應用架構(gòu)
圖4-1 阜寧阿特斯應用交互架構(gòu)圖
在現(xiàn)有ERP、MES、WMS、EMS、OA等信息系統(tǒng)的基礎之上，本項目實現(xiàn)了MDC數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)、LiMS實驗室管理系統(tǒng)、廠區(qū)AI安防監(jiān)控系統(tǒng)、工藝及質(zhì)量智能管控系統(tǒng)、AGV調(diào)度系統(tǒng)等。后期規(guī)劃有BI商業(yè)智能分析系統(tǒng)。
網(wǎng)絡架構(gòu)
圖4-2 阜寧阿特斯網(wǎng)絡架構(gòu)圖
本項目采用中國電信5G定制網(wǎng)比鄰模式組網(wǎng)，新建入駐式獨享UPF，企業(yè)內(nèi)網(wǎng)出口路由器通過專線與UPF互聯(lián)。企業(yè)與UPF之間引入安全設備用于隔離網(wǎng)絡。終端安裝5G模組，通過5G專網(wǎng)實現(xiàn)與控制臺通信。
2.具體應用場景和應用模式
數(shù)據(jù)采集與AI分析
實現(xiàn)生產(chǎn)過程可視化，實時采集、監(jiān)控關鍵設備的設備參數(shù)、工藝參數(shù)等數(shù)據(jù)，將技術、知識、經(jīng)驗和方法以數(shù)字化模型的形式沉淀到平臺，形成不斷迭代的知識庫，結(jié)合AI技術，提供工藝優(yōu)化、計劃調(diào)度、設備管理、質(zhì)量檢測等多樣化服務。
4.1.2 實驗室管理平臺
打通研發(fā)與生產(chǎn)環(huán)節(jié)，LiMS平臺將產(chǎn)品標準工藝參數(shù)處理之后，經(jīng)MES系統(tǒng)傳輸至MDC系統(tǒng)，通過5G專網(wǎng)分發(fā)至各道工序的生產(chǎn)設備。
5G云化AGV
運用5G云化AGV，在多并發(fā)、協(xié)同場景中，實現(xiàn)群車密集作業(yè)，滿足企業(yè)物流自主導航、智能控制、多業(yè)務協(xié)同三個需求，園區(qū)內(nèi)多源數(shù)據(jù)在邊緣云端融合分析，帶來效率提升。
AI視頻監(jiān)控
運用5G+AI的智能視頻分析，實現(xiàn)區(qū)域分級管控、員工行為分析、險情智能識別、危化品操作規(guī)范監(jiān)督等功能。
網(wǎng)絡安全
在網(wǎng)絡安全方面，采用接入安全控制、數(shù)據(jù)不出園區(qū)、人網(wǎng)與物網(wǎng)分離、網(wǎng)絡隔離及安全審計等手段增強網(wǎng)絡安全。
三、下一步實施計劃
在制造業(yè)水平不斷提高的過程中，企業(yè)特別是制造型行業(yè)對于智能制造能力的需求在不斷加強。在光伏新能源制造領域，企業(yè)能否在行業(yè)中取得優(yōu)勢地位，與其自身的制造能力有著密不可分的關系。
本方案涵蓋企業(yè)研發(fā)、生產(chǎn)、管理、服務四大領域，能夠幫助電池片企業(yè)更好的適應市場競爭環(huán)境，降低運營成本、縮短產(chǎn)品生產(chǎn)周期、提高生產(chǎn)效率、降低產(chǎn)品不良品率，創(chuàng)建集數(shù)據(jù)采集、處理、加工、分析、發(fā)布、應用、反饋于一體的管理新模式。
四、項目創(chuàng)新點和實施效果
1. 項目先進性及創(chuàng)新點
阿特斯5G+光伏智能制造的實施，實現(xiàn)光伏電池生產(chǎn)的集約化和管理的精細化，最大限度的降低生產(chǎn)成本、提高電池片產(chǎn)能和轉(zhuǎn)換效率。本項目為行業(yè)提供高效電池5G+智能制造示范標桿解決方案，具有規(guī)模復制效應，輻射帶動整個光伏產(chǎn)業(yè)鏈智能制造進程，推動光伏產(chǎn)業(yè)轉(zhuǎn)型升級，助力光伏平價上網(wǎng)，支持“中國制造2025”戰(zhàn)略落地。
阜寧阿特斯“5G+工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)”融合應用項目的順利實施可帶來如下良好的社會效益：
第一，節(jié)省不可再生資源，平衡能源的單一供給情況。阿特斯生產(chǎn)的電池片用于光伏發(fā)電可有效減少常規(guī)能源尤其是煤炭資源的消耗，保護生態(tài)環(huán)境，平衡能源的單一供給。
第二，光伏發(fā)電可以很大程度上實現(xiàn)節(jié)能減排，減少溫室氣體排放，減少溫室效應，保護環(huán)境，助力我國2030年實現(xiàn)碳達峰的目標和2060年實現(xiàn)碳中和的愿景。
第三，光伏產(chǎn)業(yè)橫跨第二和第三產(chǎn)業(yè)，涉及新材料、制造、電力和自控等多個領域，可以創(chuàng)造非常可觀的就業(yè)需求。同時，光伏行業(yè)對高科技和技術工藝的需求也為進一步提升就業(yè)人員的技術素質(zhì)提出了要求，可以促進就業(yè)人才的部門間流動以及就業(yè)人員素質(zhì)的提升。
第四，通過5G技術創(chuàng)新來打造綠色、智能、柔性化的工廠，改善員工工作環(huán)境，減小員工工作強度，提升員工幸福感。
2. 實施效果
本項目以保證數(shù)據(jù)安全為主旨構(gòu)建5G+MEC網(wǎng)絡，通過5G數(shù)采終端完成設備參數(shù)采集，運用AI技術進行分析處理，優(yōu)化改善工藝參數(shù)，強化實驗室管理系統(tǒng)、MES、MDC、WMS、ERP系統(tǒng)中數(shù)據(jù)的互操作性，同時部署5G云化AGV應用，項目實現(xiàn)OEE提升1%、WIP周期縮短50%、效率提升0.09%、良率提成0.5%、年產(chǎn)能提升24MW。
聲明
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