基于supOS和5G的边缘计算解决方案--控制网



基于supOS和5G的边缘计算解决方案
企业: 日期:2020-06-22
领域: 点击数:123

1 目标和概述

5G与工业互联网融合应用尚处于探索初期,企业内5G网络部署架构及网络建设、运维、管理等模式尚不清晰,国内5G和工业互联网融合应用标准及研发验证体系尚未建立,工业企业和ICT企业的5G融合应用的解决方案及设备的研发还没有相应研发网络验证环境的支撑,大大延缓了融合应用的研发进度。这使得5G在工业领域的应用进度缓慢。另外,工业企业对于5G的认识还处于较浅层次,对于5G网络能用在工业内哪些环节,开展哪些应用尚不清晰,因此亟需建立5G应用互联网平台,即5G工业“操作系统”。

5G MEC(5G边缘计算)是可以融合网络、计算、存储、应用等核心能力的开放平台,它部署在靠近生产设备的网络边缘侧,可就近提供边缘智能服务,满足行业数字化在敏捷连接、实时业务、数据优化、应用智能、安全与隐私保护等方面的关键需求。数据不用再传到遥远的云端,在边缘侧就能解决,更适合工业互联网实时的数据分析和智能化处理,具有安全、快捷、易于管理等优势,能更好地支撑工业互联网大量本地业务的实时智能化处理与执行,满足网络的实时需求。

2 解决方案介绍

2.1 网络架构

当前工业企业对“技术和应用下沉、应用本地化、内容分布化、计算边缘化”的需求特点,采取纯5G网络逻辑切片、公网&私网共用基站设施、所有网络本地独立部署三种组网模式,保证不同的安全等级需求。通过配置不同的网络切片,适用于对数据安全性不是特别敏感用户;通过本地边缘云计算,在企业本地化部署相应的MEC边缘计算硬件设备,满足企业响应服务需求;对安全需求等级高的企业,对企业部署单独的网络,开放安全能力,按需组合,提供灵活、可定制的差异化安全能力。

本项目目标是通过5G工业互联网、大数据和人工智能等技术,打造工厂全信息集成平台,实现工厂中的控制数据、工艺数据、运营数据、经营数据的标准化表示,打破系统之间的信息壁垒,提供跨行业跨领域连接工业企业的解决方案,帮助企业实现业务流程去中心化。网络架构如图1所示。

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图1 网络架构图

2.2 5G+supOS工业互联网平台架构

通过模型化的内容组织形式,构建集操作行为、生产数据、工艺参数、质量标准、安全环保、经营策略于一体的基于5G的工厂全信息平台,助力企业实现工艺寻优、操作寻优和运营优化的目标。通过实现异构数据管理并基于异构数据开发工业机理模型,建设工业APP和微组件资源池,建设开发者社区。

同时,基于对工业大数据及工业应用的积累,形成通用数据、系统集成接口技术要求、平台功能规范等标准。通过项目的实施,加速工业知识复用和创新,促进制造业供需对接和迭代创新,发展网络协同制造、柔性生产等制造业新模式,加速制造业数字化、网络化、智能化转型。

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图2 5G+supOS工业互联网平台架构

5G+supOS工业互联网平台作为工业操作系统,可实现系统数据接入;数据标准化和对象信息模型的运行期管理;多元数据预处理、存储、压缩处理,提供实时和历史数据查询服务;计算资源管理和服务治理;业务流搭建,提供一个信息融合、多元数据混合的快速构建平台;工业大数据分析,提供大数据挖掘和分析的常用算法库,大数据云存储和分析服务;人工智能应用,提供智能优化算法、机器学习和深度学习等功能,实现人工智能技术在工业领域的深度应用;信息安全防护,提供从云、企、端全方位的信息安全防护方案,实现数据安全、信息安全和物理安全等。5G+工业互联网平台的软件模块层次如图3所示。

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图3 5G+工业互联网平台的软件模块层次图

2.3 MEC工业互联网平台功能

设备层:包括现场装备设备、DCS、5G+supOS工业互联网平台的前端数据采集模块。

平台层:5G+supOS工业互联网平台提供数据接入、数据存储、数据管理、数据分析等基础功能,同时提供可扩展的工业机理模型、工业微服务等功能,为上层应用开发提供通用功能。

应用层:通过对平台提供的大数据技术、工业机理模型、工业微服务等功能的综合调用,实现设备状态预测、工艺寻优、操作寻优和运营优化等。

3 兆丰机电5G工业互联网示范项目介绍

(1)5G云化AGV

当前AGV(Automated Guided Vehicles)需要大量的传感器和强力计算单元,造价过高且无法形成协同调度。在智能制造生产场景中,利用5G的低时延、大带宽和广连接的特性,将AGV所需资源云化,在园区实行层级部署,实现显著降低成本并可协同调度的目标。

本项目是验证5G网络环境下AGV在仓储或在生产线上的应用,项目分以下部分进行,首先,在试点企业园区架构部署5G基站;其次,安装搭建满足本项目应用研发验证的网络测试环境,测试基于5G的AGV运行效果;最后,测试5G网络环境下机器人调度系统控制任务下发、交通管理、路径规划、调度管理、设备管理及告警联动等效果。

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图4 5G网络环境下AGV在仓储或在生产线上的应用

价值分析:可实现智能化仓库管理、分拣、搬运等功能,提升仓储作业效率及管理水平;多路径最优规划,提供最短路径形式,避让控制,路径重新规划控制;支持柔性生产,适用于多批次,小批量的定制性生产服务,任务合理分配,实现系统负载均衡。

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图5 基于5G+supOS的工业视觉分析方案

使用主要的5G网络的功能和性能指标有:URLLC(2ms的延时),移动类型,活动范围在200平方内,移动的速度大约是5公里/小时,一个基站连接终端数量要求是不超过50个。

(2)工业视觉分析

工业机器视觉在汽车行业有着普遍的应用,可大大提高工作效率,保证工作质量。兆丰机电在以下场景中实现5G+工业互联网+融合应用。

在场景中我们将持续采集轴承淬火工艺的高清视频,基于5G的eMBB切片上传到MEC,通过MEC边缘计算机器视觉分析模块,对轴承的送件位置、加热线圈的定位位置以及轴承加热后的热成像图进行分析。结合历史上该生产工艺的样本数据,进而分析生产设备的运行状态、故障和预测维护等数据,保证生产的安全性,提高轴承的成品率。

MEC作为边缘计算节点,不仅可以实现数据的本地存储与分流,进一步降低时延,同时还可以利用其强大的计算能力,对数据进行预处理,深度挖掘;supOS作为开放的工业互联网操作系统平台,可以引入各类第三方APP,针对企业不同需求做到快速灵活部署,同时可以对不同数据进行融合,结合中控深耕流程化工行业的丰富经验,提升数据价值。

方案优势:综合该平台部署在淬火工艺等机器视觉分析、5G网络优势、多路4K高清视频抓取,直击整个制造行业痛点,使系统快速部署不再成为障碍,本次5G+MEC+supOS工业互联网平台在兆丰机电成功落地。

使用主要的5G网络的功能和性能指标有:eMBB (30M/s),静态类型,活动范围在200平方内,一个基站连接终端数量要求是不超过10个。

(3)基于5G AR巡检

目前兆丰项目引入了360度无死角的AR技术,未来可以对建模的设备进行远程的维修, AR将提升生产力和运营效率,降低总体成本,加速工业互联网化和云化的进程。

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图6 基于5G AR巡检方案

在实际的使用中,AR可以使用在设备模型、视频标记、AR叠加和语音交互上。很多企业发现他们的生产线都有一个特点,即跨区域、跨地区的分散式生产。这些都离不开工业软件提供的数据支持,仅仅是一个智能制造的生态环境,AR能完美的融合到这个生态中帮助解决实际问题。

使用主要的5G网络功能和性能指标:eMBB(50M/s),动态类型,活动范围在200平方内,移动速度不超过5公里/小时。URLLC(延时小于1ms),一个基站连接终端数量要求不超过10个。

摘自《自动化博览》2020年6月刊

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