華菱湘潭鋼鐵跨國AR遠程專家指導項目
引言:
湖南華菱湘潭鋼鐵有限公司（簡稱“湘鋼”）是國內線、棒材和寬厚板專業(yè)生產優(yōu)鋼企業(yè)之一，擁有煉焦、燒結、煉鐵、煉鋼、軋材等一整套工藝裝備。其中，進口高速線材軋機、寬厚板煉鋼、精煉和軋機均達到國際先進水平。湘鋼資產總額達到420億元，營業(yè)收入超過600億元，是湖南省單體規(guī)模最大、綜合實力最強的國有企業(yè)。
2019年6月，國家工信部向三大運營商正式頒發(fā)5G牌照，標志著我國正式進入5G時代。5G作為跨時代技術，相較于4G網(wǎng)絡，不僅可以提供更極致的用戶體驗和更大的網(wǎng)絡容量，還將開啟萬物互聯(lián)的時代，同時滲透至千行百業(yè)，因此人們賦予5G前所未有的期待。據(jù)華為Wireless X Labs發(fā)布的《5G時代十大應用場景》白皮書所述，AR/VR的關注度高居首位，尤其在工業(yè)、教育等行業(yè)有著巨大的發(fā)展前景，遠程專家指導、操作培訓、遠程教學等場景已經(jīng)逐步在全國各地進行試點落地，并且已經(jīng)被階段性驗證可有效解決企業(yè)的痛點需求。隨著產業(yè)鏈的逐漸成熟，產品進一步的更新迭代，相信AR/VR在未來會被更廣泛的應用。
一、項目概況
1. 項目背景
5G網(wǎng)絡技術的出現(xiàn)，以及人工智能技術和產品的逐步成熟，為智慧鋼廠建設提供了一個強大的技術支撐。為此中國移動與湘鋼于2019年9月簽訂了戰(zhàn)略合作協(xié)議，截至2020年4月，已完成五米板廠、新棒材廠的5G網(wǎng)絡覆蓋，部署了20個5G基站，實現(xiàn)了5G天車遠程操控、5G無人天車、5G加渣機械臂、5G視頻高清回傳4個5G創(chuàng)新應用場景。
2020年初，在已經(jīng)取得的成果基礎上，中國移動與湘鋼進一步擴大了5G創(chuàng)新應用場景的合作，其中便包括針對設備維修而打造的跨國AR遠程專家指導場景。湘鋼的新棒材廠計劃于2020年4月底投產，為此湘鋼從德國和奧地利進口了大量的高端軋機設備。但是受到“新冠”疫情的影響，德國和奧地利的設備廠家無法到現(xiàn)場對設備進行指導安裝，導致大量設備閑置。因此，中國移動提出了利用5G、AR技術搭建跨國AR遠程專家指導系統(tǒng)，實現(xiàn)歐洲專家與湘鋼現(xiàn)場的跨國實時通訊，遠程指導湘鋼現(xiàn)場進行設備的安裝、維修、調試等工作。
2. 項目目標
通過本項目的建設，實現(xiàn)5G技術與湘鋼設備運維環(huán)節(jié)的融合，以工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)技術為基礎，以關鍵研發(fā)環(huán)節(jié)智能化為核心，以端到端數(shù)據(jù)流為基礎，全面提升設備安裝調試、維修維護的效率，縮短設備停機時間，提升企業(yè)生產效率。
湘鋼希望通過本項目的實施，探索5G技術在制造領域的應用，構建5G技術示范應用，為鋼鐵制造企業(yè)及其他高端制造產業(yè)提供范例，助力國家智能制造戰(zhàn)略落地。
二、項目實施概況
為解決受疫情影響導致的歐洲設備廠家無法進行現(xiàn)場支持的問題，中國移動為客戶私有化搭建跨國AR遠程專家指導系統(tǒng)，設備廠家可在歐洲直接觀看到現(xiàn)場的實時情況，遠程指導現(xiàn)場工人完成相關工作。目前跨國AR遠程專家指導系統(tǒng)已交付客戶使用并穩(wěn)定運行7個月之久，不僅為客戶節(jié)省了大量的技術支持成本，同時提升了設備日常的運維效率。
1. 系統(tǒng)軟件架構及業(yè)務功能
（1）系統(tǒng)軟件架構
跨國AR遠程專家指導系統(tǒng)主要分為三部分：終端層、網(wǎng)絡層、平臺層。終端層（AR眼鏡）放置在湘鋼設備現(xiàn)場，供現(xiàn)場維修工人使用。網(wǎng)絡層提供高質量的傳輸網(wǎng)絡，用于連接湘鋼現(xiàn)場及歐洲設備原廠。平臺層提供多樣化的業(yè)務能力，以滿足現(xiàn)場維修工人及歐洲技術專家的使用需求。
1) 終端層：本案例中采用的是分體式雙目AR眼鏡，采用高精度、工業(yè)級攝像頭，分辨率最高可達1080P。視場角（FOV）達45度，續(xù)航時間長達4小時。除此之外，遠程專家指導系統(tǒng)還支持其他不同型號的AR眼鏡，包括手機、平板電腦等移動終端；
2) 網(wǎng)絡層：支持4G、5G、Wi-Fi等網(wǎng)絡的接入。受限于AR產業(yè)5G模組尚不成熟，本案例中借助CPE設備，將5G信號轉換成Wi-Fi信號，實現(xiàn)AR眼鏡的網(wǎng)絡接入；
3) 平臺層：可為客戶提供用戶管理、設備管理、業(yè)務統(tǒng)計等通用管理功能，此外，還可提供音視頻通訊、畫面標注、文件傳輸?shù)葮I(yè)務功能；
圖1 系統(tǒng)架構圖
（2）業(yè)務功能
1) 畫面標注：歐洲專家在接收到的畫面上進行畫面標注（可一鍵暫停通訊畫面進行標注，或在通訊過程中的實時畫面上進行標注），通過在任意位置添加特定的指示信息（如：箭頭、圓圈等），并同步呈現(xiàn)在現(xiàn)場工人的AR眼鏡上，輔助專家完成遠程指導工作。
2) 高清音視頻通訊：支持1080P、720P高清視頻通話，現(xiàn)場工人第一視角畫面可借助AR眼鏡的變焦調節(jié)能力，保證細節(jié)的清晰展現(xiàn)。
3) 共享白板：開啟共享白板功能后，畫面將從實景畫面切換至空白的面板上，歐洲專家可在此白板上進行隨意圖寫，圖寫內容也將同步呈現(xiàn)在現(xiàn)場工人的AR眼鏡上。
4) 文件傳輸：在通訊的同時，歐洲專家可傳輸文檔、圖片、視頻等多種類型的文件，現(xiàn)場工人可借助這些文檔輔助自己完成設備檢修工作，提高協(xié)作效率。
5) 多方通話：支持一對一、一對多、多對多等各種場景，客戶可自由選擇接入通訊的終端設備類型。
2. 實施方案
（1）場景描述
基于部署的跨國AR遠程專家指導系統(tǒng)，現(xiàn)場維修工人可通過佩戴AR眼鏡向歐洲專家發(fā)起音視頻通話，實時采集并分享現(xiàn)場第一視角畫面。同時，歐洲專家可基于現(xiàn)場采集到的畫面，通過語音指導、畫面標注、共享白板等功能，指導現(xiàn)場工人完成設備的安裝調試、維修維護等工作。
（2）網(wǎng)絡部署方案
圖2 網(wǎng)絡拓撲圖
受限于跨國網(wǎng)絡出境防火墻的限制，跨國AR遠程專家指導系統(tǒng)的部署方案分為兩部分：湘鋼主業(yè)務平臺及香港POP點。
l 湘鋼主業(yè)務平臺：部署有產品的核心業(yè)務能力，以及音視頻的處理及轉發(fā)等配套能力。
l 香港POP點：部署有音視頻的處理及轉發(fā)等能力，主要負責與海外用戶間的數(shù)據(jù)中轉。
其中，湘鋼現(xiàn)場的AR眼鏡及歐洲登錄的PC終端分別通過5G、4G網(wǎng)絡連接至本地互聯(lián)網(wǎng)，再基于SD-WAN技術的跨國虛擬專網(wǎng)進行互聯(lián)互通。
（3）方案優(yōu)勢
1) 業(yè)務模式優(yōu)勢：利用AR眼鏡遠程通訊的方式替代傳統(tǒng)的現(xiàn)場支撐，既節(jié)省專家側的差旅成本，又可以提升設備維護效率。此外，對于設備廠家而言，AR遠程專家指導系統(tǒng)可充分復用技術專家資源，從而減少專家儲備不足的痛點；
2) 5G網(wǎng)絡優(yōu)勢：相較于4G網(wǎng)絡通訊，5G網(wǎng)絡可滿足24幀、1080P高清畫面?zhèn)鬏?，解決4G網(wǎng)絡通訊條件下存在的畫面卡頓、延遲等問題；
3) SD-WAN虛擬專網(wǎng)優(yōu)勢： SD-WAN虛擬專網(wǎng)可解決跨國出境防火墻的限制問題，提供優(yōu)質的網(wǎng)絡通訊能力，且相較于跨國專線，建設成本更低，開通速度更快；
（4）部署時間安排
序號 | 實施步驟 | 涉及技術 | 完成時間 |
1 | 搭建湘鋼廠區(qū)5G實驗網(wǎng) | 5G SA | 4.8 |
2 | 部署AR遠程專家指導系統(tǒng) | AR、云計算 | 4.15 |
3 | 設立香港POP點 搭建SD-WAN跨國專網(wǎng) | 云計算、SD-WAN | 4.23 |
4 | 跨國聯(lián)調、測試 | - | 4.29 |
三、下一步實施計劃
中國移動將自身定位為網(wǎng)絡運營商與系統(tǒng)集成商，結合5G網(wǎng)絡優(yōu)勢，通過“自研+合作”的模式，整合行業(yè)資源、取長補短。為客戶提供一站式“AR+”服務，覆蓋企業(yè)生產、運營的諸多環(huán)節(jié)。
中國移動將于2020年底完成AR遠程輔助公有云平臺的自主研發(fā)。這個平臺最大的特點就是聚焦構建AR產品中臺能力（AR Cloud）：
1）通過開放的SDK服務，可實現(xiàn)與第三方品牌AR眼鏡的無縫對接（預計年底完成至少5款不同品牌硬件的引入）；
2）AR Cloud作為PAAS能力，賦能上層AR應用開發(fā)環(huán)境（AR Studio），研發(fā)人員可基于客戶的定制化需求進行快速開發(fā)。
中國移動將以工業(yè)行業(yè)作為主要拓展領域，并逐步面向金融、交通行業(yè)提供端到端解決方案。同時充分利用中國移動在全球各地的云網(wǎng)資源優(yōu)勢，逐步開通歐洲、北美等地的POP接入點，將AR業(yè)務在全球范圍內進行推廣。
四、項目創(chuàng)新點和實施效果
1. 項目先進性及創(chuàng)新點
（1）技術先進性
本項目結合5G的大帶寬、低時延等特性，與AR技術相結合，解決以往在4G網(wǎng)絡通訊條件下圖像清晰度低、高清圖像傳輸速率慢、AR頭動響應時延大、渲染分辨率低、畫面疊加效果傳輸時延長等痛點。
本項目基于遠程音視頻通訊能力，結合AR眼鏡，在不影響工人正常作業(yè)的前提下，實現(xiàn)專家遠程指導，節(jié)省現(xiàn)場支撐成本，提升設備維護效率。
（2）商業(yè)模式先進性
AR遠程專家指導系統(tǒng)支持公有云及私有云方式部署，其中，本項目屬于交鑰匙工程，即客戶通過一次性支付的方式購買所需的軟硬件產品并進行本地私有化部署。同時，受益于AR遠程專家指導產品標準化程度較高，不會因為客戶生產工藝不同而產生大量二次開發(fā)的工作，因此，客戶同樣可以選擇公有云服務的方式，硬件通過一次性購買，軟件服務則按照月租/年租的方式進行付費。相較于私有化部署的方式，公有云服務可縮短項目交付周期，并且可在周期內享受免費的軟件升級，進一步降低客戶的投入成本。
（3）可復制推廣性
本項目結合5G、AR等技術，在湘鋼的高端進口軋機設備車間進行了落地應用，驗證了此場景在典型離散制造企業(yè)的可落地程度。并且由于AR遠程專家指導系統(tǒng)標準化程度較高，未來可以在離散行業(yè)進行推廣應用，具備良好的可復制推廣性。此外，公有云模式提供標準化的業(yè)務功能，客戶可根據(jù)自身需求在線訂購，進一步提升產品的可復制推廣性。
2. 實施效果
據(jù)客戶反饋，每年由于進口設備的安裝調試、維修維護工作而需要請求海外支撐的次數(shù)在7-8次，單次所需的差旅成本在10萬左右。因此，即使在不考慮設備故障導致生產暫停的條件下，每年僅設備維護而產生的差旅費用至少需要70萬元。而本項目的實施成本不足百萬，且永久交付給客戶使用，因此，客戶從第二年起，每年便可節(jié)省70萬元的差旅成本。此外，設備的安裝調試、維修維護周期也得到了較大程度的縮短。當設備發(fā)生故障后，歐洲專家從接收請求到現(xiàn)場解決問題，普遍需要至少1周的時間，而借助跨國AR遠程專家指導系統(tǒng)，現(xiàn)場工人可在第一時間獲取設備原廠專家的技術支持，當天便可解決問題并恢復生產。
綜上所述，中國移動為湘鋼打造的跨國AR遠程專家指導系統(tǒng)，不僅可以為客戶節(jié)省差旅支撐成本，同時還可以提升設備檢修維護效率，變相地提升企業(yè)的生產效率，實現(xiàn)降本增效。
聲明
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