5G和边缘云在美的厨热顺德工厂的应用

日前,GSMA发布《中国5G垂直行业应用案例2022》年度报告。三年来,GSMA与中国的产业各方一起,从零开始探索5G的应用前景,分析5G 的应用场景,发掘5G 的应用潜力,推动5G 的应用落地,分享5G 的应用成效,总结5G 的应用经验。这三年来,5G 的应用越来越多样,越来越成熟,也越来越成功。刚刚过去的2021 年,对于5G 垂直行业应用来说是关键的一年。在这一年里,5GtoB 开始实现商用,越来越多的商业合同开始签署和执行;在这一年里,5G 的应用场景逐步清晰,业界的工作开始聚焦,跨行业的场景化需求也开始浮现;在这一年里,5GtoB 的规模化开始扬帆启航,标志着它已经取得初步成功,已经开始迈向成熟发展。

这次的《中国5G 垂直行业应用案例2022》,选取了5G City、智能制造和智慧矿山这三个5G应用前景较为乐观的领域,与39家合作伙伴们一起编写了16个优秀应用案例,同时增加了对这三个领域中的痛点问题、5G 应用前景和未来发展方向的分析,希望推动5G行业应用的规模化发展。

5G 技术在速率、时延、可靠性、连接数、定位能力等方面,切合智能制造的应用需求,进行了大量技术创新和改进,能够满足智能制造各个环节中设备互联、远程操控、柔性生产、辅助装配、质量控制、仓储物流、安全监控、培训指导等多种场景的需求,将制造业企业的数字化、网络化和智能化转型。

边缘云公众号选取其中与边缘云相关的案例,摘录于此,更多内容请点击原文查看。

美的集团年综合降本达3200万元且首次在工厂场景实现5G 融合定位智能仓储商用的厨热顺德5G全连接工厂(美的集团、中国联通、华为)

5G、大数据、人工智能等技术正在助力传统企业数字化转型,美的工厂 5G+ 工业互联网创新实践,有效验证了 5G 的大上行、融合定位、一网多用、高可靠等能力,给客户带来了显著的价值提升,广东联通将继续发挥 5G 网络优势, 深耕重点行业,以需求为牵引,不断打造 5G 标杆,助推广东经济高质量发展。 

冯华骏 中国联通广东省公司政企 BG 总裁

美的集团成立于 1968 年,营收规模位居中国家电行业第一。秉承美的集团“全面数字化、全面智能化”战略,美的厨热事业部顺德工厂制定 5G+ 工业互联网智能制造发展战略,联手联通、华为共同梳理 5G+ 智能制造应用场景地图,规划 21 年上线 23 个场景,600+ 点位,22 年上线 35 个场景,2000+ 点位,23 年进一步上线 55 个场景,全面实现以 5G 网络为基础的工厂级互联互通,建成国家级 5G 智能制造标杆工厂。

基于联通一张定制专网、一朵边缘云以及切片管理平台、AI 智能分析平台、专网自服务平台、融合定位平台四大平台,工厂已完成厂区内外 5G 全覆盖,截至 21 年 10月底,工厂总计上线智能物流、品质管理、设备管理、柔性产线、园区安全五大类 16 场景,327 个 5G 点位,并首次在工厂场景实现 5G 融合定位智能仓储商用,充分发挥 5G 一网多用价值。

5G 全连接工厂年综合降本达 3200 万元,其中在绿色低碳上物流设备降耗、设备集约化、无纸化均有突破性提高,获得中国标杆智能工厂、第四届中国质量奖、佛山市工业互联网示范标杆项目、福布斯中国 2021 年度中国十大工业互联网企业。

项目由美的、联通、华为强强联手,带动 5G 终端、工业设备、应用集成、AI 算法等 20 多个合作伙伴共同参与,促进产业链发展,并在安德物流、美的芜湖厨卫基地、美的佛山顺德基地等产业链上下游、美的集团内部、家电 / 电子制造行业展开规模复制。

美联华三方将携手并进,将 5G 利用到更多场景,探索更多的解决方案,并借助美的工业互联网平台持续对外赋能,为中国智能制造添砖加瓦。

中国家电制造行业规模约 1.5 万亿,其制造部门主要有电子、冲压、注塑、浸粉、总装、成品、物流等多个生产业务,是典型的离散制造行业。当前行业制造主要面临以下挑战:

q 产线调动频繁

家电行业订单特点是小批次、多批量,更新迭代快,产线调整频繁,变动投入成本高,对柔性生产有较高诉求;

q 厂内传统物流系统“三多”

流程断点多、线下流程多、重复作业多,物流信息沟通记录依赖人工操作,缺料信息要手动记录通报,物料发车情况要电话确认、成品入库要人工盘点,采用传统 Wifi 手段进行信息传输经常面临接入能力不足、断网、传输时延高等问题,影响厂内物流效率和准确率,并进一步制约生产效率的提升;

q 工艺要求严格 本地AI质检成本高

市场竞争激烈,产品品质影响市场口碑和占有率,因此对产品工艺和品质监管要求严格。采用 AI 质检本地需要部署专用硬件,成本高,维护任务加重,资源利用率低;

q 生产设备数量大 运营维护成本高

单个工厂有上千台生产装置,且有较多设备依赖进口。在当前疫情环境下,如出现设备故障,厂家无法快速来现场解决问题,影响生产,同时设备状态监控依赖人工巡检定期检查记录,人工投入强度大、巡检效率低;

利用 5G 高质量移动连接,并内延至边缘云、AI、大数据等技术,能够满足工厂大上行、精定位、高可靠、低时延、超柔性的数字化建设场景要求,解决以上痛点。

1、5G+ 厂内智能物流

5G+ 厂内智能物流,采用了 5G 融合定位技术,通过对货车、夹抱车、牵引车等关键要素的实时精准定位,感知车辆和对应货物的空间位置信息和状态,并在美的 MES(制造执行系统)、WMS(仓储管理系统)系统中将实物流与信息流匹配一致,做到对货物信息的实时显示、自动盘点、账实一致、智能管理。相较于传统单一的定位技术,该系统具备广融合、快切换的特性,能够满足不同生产区域对于定位方式及精度的复杂需求,进一步提升定位精度、降低环境依赖、减少网络时延、打通数据孤岛,同时相对于厚重的自动化系统,该系统能够实现轻量化、较低成本部署,业务弹性更强,最大化 5G 一网多用价值,为业界提供一个新的选择。

5G 融合定位复用美的原有的 5G 网络覆盖,通过数字化室分基站获取终端的无线信号,并在边缘云上部署定位解算单元,通过动态滤波算法解算 5G 定位以及其他定位技术的定位结果,最终通过标准接口上报到美的上层应用,无需额外建网和维护,一网多用,建设成本低,同时,5G大带宽、低时延、广连接的优势能够支撑厂区海量终端和快速响应的定位诉求。

5G+智能物流解决方案,使得美的厨热工厂实现了少人化、无纸化和大幅的效率提升,并帮助工厂每年节省人力成本 889 万,纸张成本 10 万,效率提升收益 174 万。同时,该方案已经复制到安德物流、芜湖工厂等上下游供应体系及美的生产基地,通过端到端 5G 智能物流实现制造链条效率蝶变与价值增值,同时,本方案的规模复制,能够进一步催熟 5G 定位技术能力和产业成熟度,并为标准组织贡献 5G 定位产业标准。

2、5G 预测性维护 &AR 远程协助

工厂浸粉线为进口设备,发生故障时需要请国外专家进行指导维修,尤其在当前疫情环境下,国外专家难以到位,故障维修成本高,影响周期长,降低生产效率。同时,生产设备定期由人工进行点检,覆盖各个车间,例行 2 次 / 天,单车间可能存在数百个点检项目,点检人员工作量大,容易出现疏忽或者随意应付情况,无法进行流程记录。

一方面,通过 5G 联机监控浸粉设备状态参数,建立设备运行模型,分析设备实时数据与故障,预测故障发生时间,提前制定保养计划,确保隐患和缺陷能够得到早期发现、预防和处理。另一方面,采用 AR 技术,通过 5G 大带宽低时延支持高品质协助,支持在线同声中英文互译,支持多语言互译,实现国外专家实时远程指导,同时实现日常点检可视化,关键参数及部件爆炸图显示等业务。

3、5G+AR 眼镜远程验货

订单生产完成后,需要等待客户现场验货合格后方可出货装柜,造成货物积压。在当前疫情环境下,客户抵达现场验货受到各种出行条件制约,同时不利于工厂的疫情管控。现场操作员佩戴 5G AR 眼镜,通过 5G 网络大带宽低时延的能力与客户远程视频沟通,实时传输客户需要的验货画面,远端客户如临现场完成验货,提高货仓周转。

4、5G 云化工控机

厂区有 500 台左右工控机,分散在各个工位本地部署,工人通过工控机提供的UI 界面向 MES 系统反馈产品信息、安装问题等。当前工控机单价高,设备运行两年后会越来越卡,维护困难,集团 IT 人员不具备维护能力,需要供应商进行维护,维护费用高;由于产线随订单需求频繁调整,大量本地服务器及网线部署抬高产线改造成本,影响生产效率;工控机与 SCADA、MES 等多架构对接交互,调试对接难度大,维护困难。工厂将工控机虚拟化上 MEC,本地仅保留瘦客户机连接扫码枪和屏幕,通过 5G 高质量接入网络将端侧及边缘云连接,实现统一集中运维管理。该方案能够降低本地工控机部署成本,提升集中运维效率,减少网线部署,提升产线柔性。

5、5G+AI 质量检测

工厂电子、钣金、总装等车间各条生产线,需要对各种中间件及过程(例如PCB 板、钣金件、标签位置、底板螺钉、人工检验动作规范等)质量进行检查,质检点位多。传统模式下,工厂通过人工对产品进行质检,存在错、漏、反等风险,依赖质检人员责任心,质检效果不可控,人力成本高企,或者通过本地部署服务器的方式,将 AI 算法放在本地进行推理,设备采购、网线部署、后期运维等成本较高,能耗较高。

通过 5G+ 云 +AI 端边云架构,端侧采用高清工业相机进行照片信息采集,边侧MEC 进行性推理运算,云上进行 AI数据训练,充分利用 5G 大带宽、低时延的连接特性,快速高质量完成质检流程,与 MES 系统交互,实现不合格自动判定,扫描时自动告警等功能,提升出厂产品品质,降低返修成本,减少人工质检工位,提升服务器资源利用率,降低维护难度。

6、5G 智能模具货架管理

在工厂冲压流程中,需要根据不同批次订单的需求每天频繁更换模具,工人通过车载平板接收叫模任务和推荐货架,驾驶叉车进入货架区域扫码寻找响应模具并取出运送至产线。传统方式下,车载平板通过 wifi 连接,经常出现网络不稳定、掉线等现象,导致车载平板接收指令不正常、扫码信息无法读取等问题,单个问题解决时长达到 20 分钟以上,严重影响取模效率,进一步导致产线停工。通过对车载平板和扫码枪进行 5G 网络连接改造,保障数据传输稳定性,换模时间平均下降 20% 以上,由此减少产线停工时长,提高生产作业效率。

7、5G 园区管理

园区安防全靠人防、控、管,效率低,缺乏可视化管理及有效的预警预报的手段。通过在园区部署 5G 摄像机和传感器应用,实时采集园区情况,对异常预警并告警,打通各系统,实现园区安全、消防、环保各方面智能化管理:

● 园区重点区域 5G 智能摄像头覆盖,实现车辆违停、斑马线、防护穿戴等违规行为抓拍;

● 园区高火灾风险区域通过传感器及红外摄像头进行监控抓拍;

● 5G 移动 AI 监控设备监控多个不同点位临时施工作业;

● 现场监控设备与 EHS 系统打通,监控平台结果实时反馈到 EHS 系统,通过 EHS 系统进行事件记录及预警、管控该方案实现园区事故率下降 12%,危险作业审批时间下降 90%,降低园区安防成本。

在该项目中,美的集团、中国联通和华为三方积累一些成功经验:5G 业务场景规划要结合企业数字化转型或智能制造战略,深入生产业务流程,充分发掘刚需场景,做好顶层设计,真正带来价值变现;同时项目落地需要多方共同配合,深度协作,并利用和发展好生态合作伙伴,各方优势资源互补;在项目中要做好商业模式设计,让网络设备、终端设备、应用集成、云服务商等链条上的各个参与方获得商业正收益,促进价值链条传递;针对新场景、新需求,不断创新网络能力(例如 5G 高精定位),从业务侧推动技术升级和迭代,并最终反哺业务,形成正向循环;同时,项目在推进过程中也存在一些难点:5G 业务场景在定制改造、终端成本上相对较高,需要进一步赋能生态,通过规模复制降低成本;理解工业生产流程并转换为 5G 网络语言,难度较大,在网络设计上要充分考虑时延、带宽、可靠性等要素,满足业务的要求,对传统网络设计能力提出更高的要求;5G 终端规模上线后,管理难度较大,需要专业化的园区管理平台进行统一纳管;

后续计划: 

1 扩大连接规模:围绕工厂 5G 数字化建设地图,进一步扩大网络连接和应用场景,22 年实现 2000+ 终端连接;

2 应用场景深入:5G 定位进一步探索和扩张应用场景,结合标准进展,探索更高精度定位能力及低功耗终端,推动物流智能化和无人化技术演进,推动 5G 定位产业标准制定;

3 专网更加可靠:应对企业对专网高可靠高 SLA 的需求,持续上线和创新高可靠专网解决方案能力(例如双发选收、网断业不断 MEC、切片等),建设园区自服务平台,统一管理和监控专网运行,快速进行故障定界;

4 业务边缘集中:以运营商 MEC 为统一底座,将 AI 质检、AR 远程维护等业务集中上边缘云,同时探索 PLC、工控机等生产控制设备云化集中,充分发挥网业协同、集约运营优势;

5 持续对外赋能:通过美的 M-IOT 工业互联网平台,沉淀创新能力,不断赋能千行百业;

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