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，縮短產品生產周期，提高生產效率，降低產品不良品率，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、管理和服務的各個環(huán)節(jié)。供給側縮減產能，也就意味著市場倒逼企業(yè)轉型升級，而5G成為了轉型升級的有力抓手。
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個生產基地，覆蓋光伏的全產業(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)，解決了數據采集困難、質量追溯困難、信息處理滯后等問題，將多種網絡技術運用至5G網絡，包括大流量回傳的數據監(jiān)控、廣連接的物聯網接入、貼近生產環(huán)境的低時延邊緣計算等，充分發(fā)揮利用了5G網絡的eMBB、mMTC、uRLLC三大主要優(yōu)勢。建設的阿特斯工廠運營可視化，對數據傳輸的上行帶寬有較高要求，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。為解決數據不出園區(qū)，采用了邊緣UPF技術，同時考慮邊緣接入的安全，促使網絡運營商結合安全技術（專用防火墻、MSCG、二次AAA認證、Ipsec隧道加密）連接至內網。
3. 項目目標
為達到降低成本，提高效率，實時監(jiān)控以及安全生產的目的，實現全方位提高產能的目標，本產品遵循以下設計理念：
5G建設高質量網絡
基于5G網絡eMBB、uRLLC、mMTC三大原生能力，滿足光伏企業(yè)在柔性組網、低時延控制、生產高可靠性、大流量上行等痛點。
MEC保障數據不出園區(qū)
根據5G核心網控制面和用戶面分離的特點，將用戶面UPF下沉到阿特斯數據中心實現數據本地分流，保障企業(yè)核心數據安全，并進一步降低網絡時延，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+機器生產制造”向“智慧分析判斷+智能生產制造”模式的轉變，提升生產效率，降低成本；降本增效從依靠人工經驗向依靠智能大腦的精準分析轉變，即從事后分析提高的模式向事前優(yōu)化、實時監(jiān)控的模式轉變。
逐段保證數據安全
針對5G專網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)內網(邊界對接網絡)等逐段考慮制定技術方案，實現端到端安全解決方案，保證企業(yè)數據和生產安全，增強企業(yè)重要機密信息的安全性。。
二、項目實施概況
1. 項目總體架構和主要內容
應用架構
圖4-1 阜寧阿特斯應用交互架構圖
在現有ERP、MES、WMS、EMS、OA等信息系統(tǒng)的基礎之上，本項目實現了MDC數據采集系統(tǒng)、LiMS實驗室管理系統(tǒng)、廠區(qū)AI安防監(jiān)控系統(tǒng)、工藝及質量智能管控系統(tǒng)、AGV調度系統(tǒng)等。后期規(guī)劃有BI商業(yè)智能分析系統(tǒng)。
網絡架構
圖4-2 阜寧阿特斯網絡架構圖
本項目采用中國電信5G定制網比鄰模式組網，新建入駐式獨享UPF，企業(yè)內網出口路由器通過專線與UPF互聯。企業(yè)與UPF之間引入安全設備用于隔離網絡。終端安裝5G模組，通過5G專網實現與控制臺通信。
2.具體應用場景和應用模式
數據采集與AI分析
實現生產過程可視化，實時采集、監(jiān)控關鍵設備的設備參數、工藝參數等數據，將技術、知識、經驗和方法以數字化模型的形式沉淀到平臺，形成不斷迭代的知識庫，結合AI技術，提供工藝優(yōu)化、計劃調度、設備管理、質量檢測等多樣化服務。
4.1.2 實驗室管理平臺
打通研發(fā)與生產環(huán)節(jié)，LiMS平臺將產品標準工藝參數處理之后，經MES系統(tǒng)傳輸至MDC系統(tǒng)，通過5G專網分發(fā)至各道工序的生產設備。
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)內多源數據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。
網絡安全
在網絡安全方面，采用接入安全控制、數據不出園區(qū)、人網與物網分離、網絡隔離及安全審計等手段增強網絡安全。
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、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、縮短產品生產周期、提高生產效率、降低產品不良品率，創(chuàng)建集數據采集、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，實現光伏電池生產的集約化和管理的精細化，最大限度的降低生產成本、提高電池片產能和轉換效率。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業(yè)鏈智能制造進程，推動光伏產業(yè)轉型升級，助力光伏平價上網，支持“中國制造2025”戰(zhàn)略落地。
阜寧阿特斯“5G+工業(yè)互聯網”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年實現碳達峰的目標和2060年實現碳中和的愿景。
第三，光伏產業(yè)橫跨第二和第三產業(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
本項目以保證數據安全為主旨構建5G+MEC網絡，通過5G數采終端完成設備參數采集，運用AI技術進行分析處理，優(yōu)化改善工藝參數，強化實驗室管理系統(tǒng)、MES、MDC、WMS、ERP系統(tǒng)中數據的互操作性，同時部署5G云化AGV應用，項目實現OEE提升1%、WIP周期縮短50%、效率提升0.09%、良率提成0.5%、年產能提升24MW。
聲明
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