中国联合网络通信有限公司智网创新中心陈斌，蔡超，侯迎龙，徐亚楠，高沛

1　目标和概述

随着工业数字化的深入发展，工业体系架构正向工业4.0时代的两层体系架构迈进。新型两层架构要求设备端侧与边缘云之间的网络具备高可靠、低时延等能力。为了满足制造企业向“工业4.0”和智能化迈进过程中遇到的海量设备接入、分布式实时控制、智能调度、数据安全与隐私保护等方面的业务需求，智网创新中心设计并研发了中国联通5G边缘算网一体机，为行业提供了“算力+网络+应用”的一体化解决方案和一站式服务。其结合数字孪生、VR/AR、人工智能、机器学习等技术，构建工业互联网应用，可实现诸如人工巡检、远程协作、无人搬运、自动质检、能耗分析、生产设备在线实时状态检测/在线巡检/预测性维护等场景，很好地解决了工业互联网计算资源的零散性和有限性，以及现场网络的异构性给系统确定性、实时性和安全性带来的问题，显著降低了企业运营成本，提高了生产效率，优化了制造资源配置。

2　方案介绍

中国联通对边缘计算产品进行了能力拓展和延伸。它通过MEC边缘计算的开放式架构，以业务场景为驱动，打造了5G工业边缘算网一体机，并提供了三种设备形态、四类产品能力和三个业务平台服务，以一种开放式架构推进了制造企业向智造企业转型升级。

2.1　三种设备形态

为了满足工业行业客户的多样化需求，中国联通推出了三种不同形态的边缘算网一体机产品，方便客户按需选择。其具体产品说明如下：

标准型一体机部署3台MEC服务器设备+2台交换机设备+2台防火墙设备+1台UPF设备，兼顾成本与安全可靠性，满足普通行业用户边缘业务需求。

轻量型一体机部署1台MEC服务器设备+1台防火墙设备（可选）+1台UPF设备，基于云原生技术架构研发，凭借其单服务器的轻量化部署，实现低成本敏捷交付。

高可靠型一体机部署6台MEC服务器设备+4台交换机设备+4台防火墙设备+2台UPF设备，基于分布式架构实现UPF和MEP的高可用性，具备状态同步、应用迁移等跨节点容灾能力，满足高可靠边缘应用需求。

在上述三种设备的形态基础上，MEC服务器设备的产品在配置上根据实际业务需求配置为计算型、内存型和存储型。计算型MEC服务器，适用于边缘数据分析和计算应用；内存型MEC服务器，适用于依赖内存的数据处理集群、边缘内存型数据库；存储型MEC服务器，适用于边缘海量视频数据缓存。

2.2　四类能力供给

2.2.1自演进异构融合的边缘智能算力

随着智慧制造的快速发展，工业应用对算力需求呈现多样化趋势，如工业图形设计、AI类应用需要能提供高算力的GPU云主机来承担边缘工作负载，数采类应用需要轻量级且快速启停的容器来承担边缘工作负载。中国联通5G工业边缘算网一体机通过边缘基座，提供了CPU/GPU/DPU等异构算力，通过对虚机和容器的统一调度编排，提供了良好的弹性资源扩缩能力，并为工业多样化应用提供了一致的边缘算力服务。

2.2.2面向云边端协同的边缘智能组网

为适配工业企业多厂区场景，兼顾全连接工厂中对办公、生产等不同的组网安全需求，中国联通5G工业边缘算网一体机通过虚拟云化网关，以软件的方式实现交换机、路由器、防火墙等网络功能，确保边缘业务灵活开通、快速上线，在全连接工厂中实现边缘分流、云边/边边协同、边缘服务访问、企业专线等全量边缘网络服务场景。

2.2.3面向工业控制场景的边缘应用赋能

聚焦工业控制、工业数据管理和工业运营管理，中国联通5G工业边缘算网一体机预置三类工业应用：（1）工控云化PLC，实现L1～L3层的工业控制、监视操作、智能应用等功能，集成传统工控机和PLC的全部功能，轻松实现移动化、智能化、协同化工业控制场景；（2）雁飞格物DMP，实现物联网设备统一接入、统一管理；（3）工业MEC运营管理，实现5G+工业网络的智能感知服务，提供AGV调度、工业AI等业务综合分析能力，并搭建时序数据进行3D建模，打造数字孪生，为工业SaaS应用赋能。

2.2.4面向可管可控的边缘增值安全保障

为满足企业管理者对工业终端的直接管控需求，中国联通5G工业边缘算网一体机通过内置的工业AAA模块面向MEC用户开放5G网络终端IP地址自定义及管理能力，实现终端二次鉴权、黑白名单管理等功能，满足对企业内外网流量审计的需求；为保障工业环境下数据流量可管可控，通过内置工业专网探针和5G专网网关，面向工业企业客户提供安全防控、业务增强、可靠性保障、灵活组网等服务，实现工业应用的自主精细适配、业务配置实时生效和网络实时感知，实时发现号卡的异常访问行为并执行违规阻断操作。

2.3　三个平台保障

中国联通边缘计算产品依托联通集团先天的能力及资源优势，以用户体验为中心，构建集约化、智能化的5G边缘计算“运维营服”业务支撑体系，通过“运营+运维+自服务”三个平台系统，贯通B/0域，打通“售前、售中、售后”的商业闭环，提供三类服务。其具体服务说明如下：

MEC运营服务：面向门户为客户提供端到端一体化边缘支持服务，提供MEC产品最新资讯、产品功能介绍、产品优势、产品使用场景、产品解决方案介绍等；面向业务开通通过一点下单订购，实现MEC基础能力以及MEC增值能力订购开通，同时面向场景化MEC能力支持用户定制化开通。

MEC自服务：为用户提供MEC自服务能力，对资源进行创建和管理，包括但不限于VPC创建、云主机创建、公网能力挂载、AAA、MP2分流、Ddos WAF安全管理等自主控制能力。

MEC运维服务：支持跨域项目一点管理，提供节点、业务、资源等维度的查询、监控、告警及工单服务。

通过上述能力创新，以期打造工业制造全生命周期的闭环数字孪生，实现能力构建、业务重构、系统重构。

3　代表性及推广价值

3.1　创新性

中国联通5G工业边缘算网一体机从实际工业落地业务需求出发，通过MEC边缘计算的开放式架构，以业务场景为驱动，推进制造企业向智造企业转型升级，形成全新的生产制造和服务体系，优化资源要素配置效率，推动制造业高质量发展，促进先进制造业和现代服务业融合发展，为工业企业的转型升级和持续创新赋能。其技术创新性主要体现在如下六点：

（1）一体化部署，快速敏捷交付：软件与硬件一体、算力与网络一体、CT与IT能力一体、应用与管理一体，实现一站式交付、一体化部署，真正实现开箱即用。

（2）统一管理平台，一站式自服务：基于平台聚合，实现硬件、软件、应用、网络的统一管理，提供给客户一站式自服务，实现工业边缘算网的自主监控管理。

（3）算力灵活连接，与底层网络解耦：基于联通边缘算力底座和MEC平台，并搭载边缘云化网关，与底层网络解耦，算力连接灵活，满足工业行业算力网络灵活配置的需求。

（4）算力安全护航，安全风险处置：搭载工业AAA、探针、专网网关等本地通信能力模块，实现安全事件监控、安全风险及时处置，保障工业边缘网络及业务安全。

（5）CT能力本地化，摆脱大网束缚：本地内置轻量化UPF、核心网等CT通信能力，实现CT能力本地化，摆脱大网束缚，提供灵活自主的通信服务能力。

（6）工业应用定制，适配各种场景：预置工业DMP、云化PLC、AI质检等工业场景常见应用，实现快速业务接入，并支持工业应用定制，灵活适配各种工业场景。

3.2　应用情况及商业价值

下面以施耐德和重庆长安为例阐述中国联通5G工业边缘算网一体机的落地情况及商业价值。

3.2.1施耐德项目

施耐德电气是全球领先的绿色能源和工业自动化控制领域专家。中国联通携手施耐德在全国9个省市、26家工厂/物流园区进行5G专网覆盖建设，依托5G工业边缘算网一体机打造全连接工厂。该项目在接入层面提供“专线&专网固移融合”服务，在数据安全层面提供“控制&用户数据全下沉”服务，在企业管理层面提供“集中监控&分省运维&客户自服务”，积极探索CT和IT、OT深度融合，切入工业核心生产场景，构建新型生产业务模式与应用平台，实现产业转型升级。

中国联通5G工业边缘算网一体机通过图1三层架构实现了各类工控设备感知、多厂区网络融通、柔性产线等应用赋能，助力施耐德实现了设备无线化、控制集中化，解决了产线换线效率低、多工岛分散控制不良率高的数据孤岛问题，助力企业高效运营，践行“双碳”行动。

图1 施耐德多厂区解决方案

部署和实现的应用场景主要包括：

5G Edge Cube+PLC连接：将PLC与运动控制器、变频器、远程I/O通过5G工业边缘算网一体机进行打通，实现控制端与执行端的解耦，生产线根据订单产品进行灵活重组。

5G Edge Cube+数据采集：利用5G工业边缘算网一体机采集工厂内生产线上各种设备的配置参数及运行状态，并上报至数据处理平台进行监控分析，以保证生产线的稳定运转。

5G Edge Cube+AI质检：利用5G、云计算、机器视觉质检设备、AI大数据分析等技术，结合5G工业边缘算网一体机实现对产品外观及外形的全自动图像采集、处理、传送、智能识别与筛选。

5G Edge Cube+AMR：利用5G工业边缘算网一体机将机器人无缝对接，进一步打通搬运、对接、拣选、存储四大场景，覆盖物料出入库、拣选、组装、原料搬运、产线搬运、回收全环节。

·商业价值

该项目落地实施后，实现了5GMEC技术与工业控制技术的深度融合，推动了柔性生产与柔性供应链布局，为工业的高效与可持续发展提供了借鉴意义。

该项目通过5G Edge Cube+PLC柔性产线解决了产线多品种、小批量的产品制造难题，可对诸如PLC等工业控制组件进行集中部署和布局管理，一台PLC可以远程控制多台设备，让产线、生产单元和设备能够灵活移动，减少了产线和设备的投入及运维成本，直接经济效益达到120万/年，其中单条产线实现了产能提升12%，设备利用率增加了80%，换线时间降低至15分钟，PLC成本降低了50%，线体面积降低了50%。

该项目通过应用5G Edge Cube+智能焊机，在产品提质、节能减排、管理优化等方面发挥了显著作用，在边缘侧对每台焊接设备数据（如焊接轨迹）进行采集，在中心侧通过信息提取及处理，明确焊接任务，并制定控制策略，进行焊接参数规划及监控，及时发现异常数据。低时延、高带宽的5G网络和边缘算力将生产过程自动控制一体化，并实现远程监控、诊断和检修，产品不良率降低了30%，焊接设备停机时间降低了30%，抽检费用降低了50%，单焊机成本节省了80万/年。

该项目未来将作为成熟的解决方案，在施耐德电气中国区供应链进行复制推广，并赋能更多工业用户，打造更高效和绿色的供应链。

3.2.2重庆长安项目

为打造一个全新、智能、高端的新能源汽车制造工厂，长安汽车希望基于5G+工业边缘算网一体机，通过“端到端”的全价值链运营，引领行业从制造迈向智造，拉通质量、设备、交付等关键环节，打造C2M的产业模式，同时利用数智化技术，实现人与机器脑力协同，打造制造核心竞争力。

中国联通5G工业边缘算网一体机携手长安汽车，利用5G极简网络、MEC现场交互、微服务架构、快速迭代和容器化部署，支撑业务全调度、全监控和问题全追踪。

部署和实现的应用场景主要包括：

5G Edge Cube融入制造核心环节：实现了数据采集、能耗监测、远程运维、AGV、工业控制平台等十多项工厂典型应用场景，还通过5G代替工业以太网深入了工业控制，并基于5G边缘计算进行了vPLC的部署。项目实现了基于5G构建工厂生产网络、替代PLC北向的工业以太网，以及承载PLC南向工业控制，赋能长安汽车产线柔性生产，首次全面验证了5G Edge Cube融入工业制造核心环节的可行性。

虚拟工厂赋能：通过虚拟工厂模拟，实物工厂对照验证的方式，促进业务流程改善进而促进实际运营指标的提高，打造生产制造过程全生命周期的闭环数字孪生平台。该平台涵盖六大功能场景：仿真、可视、分析、预测、优化以及控制。

·商业价值

项目落地实施后，针对AGV部署，我们提出了5G Edge Cube+AGV方案,将AGV关键控制功能部署在AGV车辆附近，提供低延迟5G连接和高可靠算力，释放AGV产能，实现服务自动化扩展，降低AGV掉线率达10%，提升物流周转效率近30%，降低配送不及时率达50%。

针对电检环节，我们提出了5G Edge Cube+电检仪方案，通过5G工业边缘算网一体机实现了电检仪和车辆数据的5G传输，以此来编排和执行所需的电检流程。这种解决方案无需固定电检工位，节省了布线成本，同时将电检效率提升了300%，从每小时200辆增加到800辆，另外，通过实现对多辆汽车电检过程的远程实时监控，增强了可维护性、可扩展性和便利性。

3.3　示范效应

该项目依托5G工业边缘算网一体机，在施耐德和重庆长安已落地实施。该项目以业务场景为驱动，推进了制造企业向智造企业转型升级，形成了全新的生产制造和服务体系，优化了资源要素配置效率，推动了制造业高质量发展，促进了先进制造业和现代服务业的融合发展，助力工业企业在“数智化”转型升级的道路上实现了从1到N的复制，打造了更高效和绿色的供应链，形成了5G+MEC+工业互联网的产品新范式。其具体示范效应有：

（1）帮助企业实现了柔性制造，小批量定制产品可敏捷快速响应，从而加快了新产品的研发速度，提高了市场占有率；

（2）为企业提供了技术支持，给后续的创新和发展提供了宝贵的资源和经验，可以进一步提升企业的竞争力和市场地位；

（3）本产品规模化应用后，可以减少工业生产过程中的碳排放，降低了工业生产对环境的影响，有助于推动绿色经济的发展、推动更多企业向5G绿色发展转型升级，从而实现“双碳”目标。

摘自《自动化博览》2024年第二期暨《边缘计算2024专辑》