專(zhuān)題丨OnePower工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)平臺(tái)助力智慧工廠建設(shè)
作者簡(jiǎn)介
李騰達(dá)
中國(guó)移動(dòng)上海產(chǎn)業(yè)研究院工程師，高級(jí)產(chǎn)品經(jīng)理，主要從事工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)、智能制造、人工智能、工業(yè)大數(shù)據(jù)、工業(yè)低代碼等方面的研究工作。
詹瑤
中國(guó)移動(dòng)上海產(chǎn)業(yè)研究院工程師，產(chǎn)品經(jīng)理，主要從事工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)、工業(yè)低代碼、中小型企業(yè)數(shù)字化轉(zhuǎn)型等方面的研究工作。
蔣宇佳
中國(guó)移動(dòng)上海產(chǎn)業(yè)研究院工程師，高級(jí)產(chǎn)品經(jīng)理，主要從事工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)、智能制造、中小型企業(yè)數(shù)字化轉(zhuǎn)型、工業(yè)大數(shù)據(jù)等方面的研究工作。
馬昊
中國(guó)移動(dòng)上海產(chǎn)業(yè)研究院工程師，產(chǎn)品經(jīng)理，主要從事工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)、智能制造、中小型企業(yè)數(shù)字化轉(zhuǎn)型、工業(yè)大數(shù)據(jù)等方面的研究工作。
論文引用格式：
李騰達(dá), 詹瑤, 蔣宇佳, 等. OnePower工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)平臺(tái)助力智慧工廠建設(shè)[J]. 信息通信技術(shù)與政策, 2023, 49(11): 48-54.
OnePower工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)平臺(tái)助力智慧工廠建設(shè)
李騰達(dá) 詹瑤 蔣宇佳 馬昊
（中國(guó)移動(dòng)上海產(chǎn)業(yè)研究院，上海 201206）
摘要：OnePower工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)平臺(tái)是中國(guó)移動(dòng)上海產(chǎn)業(yè)研究院的核心產(chǎn)品之一，依托中國(guó)移動(dòng)云網(wǎng)資源部署，融合5G+AICDE技術(shù)，可為智慧工廠建設(shè)提供豐富的工業(yè)場(chǎng)景通用和定制化產(chǎn)品及解決方案。首先，介紹智慧工廠的發(fā)展現(xiàn)狀；其次，介紹OnePower工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)平臺(tái)的架構(gòu)；最后，介紹基于OnePower工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)平臺(tái)的AI質(zhì)檢子平臺(tái)的某光伏組件企業(yè)AI質(zhì)檢項(xiàng)目。
關(guān)鍵詞：OnePower；工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)平臺(tái)；智慧工廠；AI質(zhì)檢；數(shù)智化轉(zhuǎn)型
0 引言
在工業(yè)4.0時(shí)代，工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)、5G、大數(shù)據(jù)等已成為新一代信息技術(shù)生產(chǎn)力[1]，引領(lǐng)了智能物流、智慧倉(cāng)儲(chǔ)、智慧駕駛艙等新型運(yùn)營(yíng)模式，催生了制造業(yè)智能工廠、“黑燈工廠”、透明工廠的數(shù)字化轉(zhuǎn)型需求，推動(dòng)了制造業(yè)的服務(wù)化轉(zhuǎn)型。
智慧工廠是工業(yè)4.0時(shí)代下實(shí)現(xiàn)制造業(yè)轉(zhuǎn)型升級(jí)的重要助力，大數(shù)據(jù)、云計(jì)算、人工智能（Artificial Intelligence，AI）、物聯(lián)網(wǎng)等新技術(shù)為智慧工廠賦能。
在智慧工廠建設(shè)中，通過(guò)5G數(shù)采網(wǎng)關(guān)、傳感器、工業(yè)通信協(xié)議等實(shí)現(xiàn)設(shè)備連接、聯(lián)網(wǎng)，5G網(wǎng)絡(luò)、工業(yè)Wi-Fi、現(xiàn)場(chǎng)總線等實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)傳輸，為工業(yè)場(chǎng)景中萬(wàn)物互聯(lián)、數(shù)據(jù)分析與處理、應(yīng)用開(kāi)發(fā)等功能奠定基礎(chǔ)，并以此實(shí)現(xiàn)制造業(yè)數(shù)字化、網(wǎng)絡(luò)化、智能化轉(zhuǎn)型升級(jí)的最終目標(biāo)。
中國(guó)制造業(yè)整體大而不強(qiáng)，將新一代信息技術(shù)（AI、區(qū)塊鏈、云計(jì)算、大數(shù)據(jù)、邊緣計(jì)算、物聯(lián)網(wǎng)等）融入生產(chǎn)制造的核心環(huán)節(jié)，實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)企業(yè)與上下游供應(yīng)商、客戶(hù)之間，企業(yè)內(nèi)部各業(yè)務(wù)部門(mén)之間的數(shù)據(jù)、信息的高效流通，是建設(shè)智慧工廠的必由之路。
1 智慧工廠發(fā)展現(xiàn)狀
智慧工廠的發(fā)展可以分為以下幾個(gè)階段。
（1）自動(dòng)化階段：工廠主要采用自動(dòng)化設(shè)備和機(jī)器人等，實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)過(guò)程的自動(dòng)化。這個(gè)階段主要是為了提高生產(chǎn)效率和降低成本。
（2）數(shù)字化階段：工廠開(kāi)始采用數(shù)字化技術(shù)，實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)過(guò)程的可視化、可預(yù)測(cè)和可優(yōu)化。這個(gè)階段主要是為了提高生產(chǎn)效率和降低成本，同時(shí)也可以提高產(chǎn)品質(zhì)量和個(gè)性化程度。
（3）智能化階段：工廠開(kāi)始采用智能化設(shè)備和系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)過(guò)程的智能化管理和控制。這個(gè)階段主要是為了提高生產(chǎn)效率和降低成本，也可以提高產(chǎn)品質(zhì)量和個(gè)性化程度，同時(shí)還可以實(shí)現(xiàn)設(shè)備的自主運(yùn)行和優(yōu)化。
隨著5G技術(shù)的蓬勃發(fā)展，5G逐漸從生產(chǎn)輔助環(huán)節(jié)進(jìn)入核心生產(chǎn)環(huán)節(jié)，深入各垂直行業(yè)，包括工廠、冶金、礦山、港口、電力等重點(diǎn)行業(yè)，5G+智慧工廠呈現(xiàn)融合發(fā)展趨勢(shì)。在5G+智慧工廠建設(shè)方面，已經(jīng)有如下場(chǎng)景落地。
（1)5G+大規(guī)模數(shù)據(jù)采集
通過(guò)5G數(shù)采網(wǎng)關(guān)，實(shí)現(xiàn)車(chē)間內(nèi)設(shè)備連接、協(xié)議適配、數(shù)據(jù)采集、數(shù)據(jù)清洗與預(yù)處理、數(shù)據(jù)分析及可視化展示，并通過(guò)5G網(wǎng)絡(luò)，對(duì)海量數(shù)據(jù)實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)采集與上傳[2]。
（2）5G+視覺(jué)質(zhì)檢
在邊緣側(cè)，采集現(xiàn)場(chǎng)照片，訓(xùn)練機(jī)器視覺(jué)算法[3]，利用特征提取、特征識(shí)別、缺陷分類(lèi)等技術(shù)，實(shí)現(xiàn)質(zhì)量檢測(cè)、異常檢測(cè)、儀表讀數(shù)等功能，借助5G的高速數(shù)據(jù)傳輸，提高設(shè)備的移動(dòng)性，實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程控制。
（3）5G+視覺(jué)安防
利用5G大帶寬的特點(diǎn)，借助邊緣計(jì)算，在遠(yuǎn)端部署服務(wù)器和安防算法，通過(guò)對(duì)現(xiàn)場(chǎng)的視頻流進(jìn)行拆幀、取流等分析，實(shí)時(shí)發(fā)現(xiàn)安防風(fēng)險(xiǎn)，并及時(shí)報(bào)警，將傳統(tǒng)的事后被動(dòng)檢查，改為事中、事前預(yù)防，降低安全生產(chǎn)風(fēng)險(xiǎn)[4]。
（4）5G+AR巡檢
將5G和增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)（Augmented Reality，AR）技術(shù)相結(jié)合，借助5G的高速數(shù)據(jù)傳輸，將AR終端的數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)傳遞和處理，實(shí)現(xiàn)音畫(huà)同步、高清畫(huà)面回傳，用于輔助裝配、培訓(xùn)教學(xué)、專(zhuān)家遠(yuǎn)程指導(dǎo)、智能巡檢等場(chǎng)景[5]。
（5）5G+能耗管理
通過(guò)5G智能網(wǎng)關(guān)、傳感器等，對(duì)電表、水表、氣表等設(shè)備的數(shù)據(jù)進(jìn)行采集，并通過(guò)5G技術(shù)進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸和邊緣計(jì)算，實(shí)現(xiàn)能源數(shù)據(jù)的采集、存儲(chǔ)、統(tǒng)計(jì)、分析，便于耗能大戶(hù)企業(yè)采取針對(duì)性措施降低能耗，并根據(jù)能耗數(shù)據(jù)分析設(shè)備健康狀況[6]。
（6）5G+數(shù)字孿生
數(shù)字孿生是將現(xiàn)實(shí)場(chǎng)景通過(guò)3D建模的形式[7]，真實(shí)地反映在網(wǎng)絡(luò)空間的技術(shù)。通過(guò)將真實(shí)現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行映射，可以對(duì)生產(chǎn)過(guò)程的關(guān)鍵指標(biāo)進(jìn)行監(jiān)控和評(píng)估，并記錄生產(chǎn)過(guò)程中的各類(lèi)數(shù)據(jù)，并可以動(dòng)態(tài)顯示在數(shù)字孿生系統(tǒng)中，為后續(xù)的生產(chǎn)分析與優(yōu)化提供依據(jù)。5G+邊緣計(jì)算大大提高了數(shù)據(jù)的傳輸和處理速度，使數(shù)字孿生技術(shù)擺脫了網(wǎng)絡(luò)的掣肘[8]。
2 OnePower工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)平臺(tái)
OnePower是中國(guó)移動(dòng)依托5G云網(wǎng)優(yōu)勢(shì)，面向工業(yè)、能源領(lǐng)域打造的工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)平臺(tái)，自2020年首次發(fā)布以來(lái)，歷經(jīng)20多個(gè)版本迭代，形成了“1+1+1+N”的產(chǎn)品能力體系（見(jiàn)圖1）。2023年8月，OnePower入選工業(yè)和信息化部“跨行業(yè)跨領(lǐng)域工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)平臺(tái)”，標(biāo)志著該平臺(tái)進(jìn)入國(guó)家工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)平臺(tái)“第一梯隊(duì)”，成為全國(guó)工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)核心平臺(tái)中有實(shí)力、有潛力、覆蓋較廣的創(chuàng)新力量之一。OnePower工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)平臺(tái)以“項(xiàng)目→產(chǎn)品→平臺(tái)”為發(fā)展路徑，以“連接→控制→融合”為推進(jìn)策略，以5G+AICDE為技術(shù)方向，以“平臺(tái)+生態(tài)”為合作模式，聚焦細(xì)分行業(yè)，重點(diǎn)打造數(shù)字化運(yùn)維服務(wù)，做深數(shù)據(jù)采集、數(shù)據(jù)分析、異常告警、反向控制核心能力，賦能制造企業(yè)數(shù)字化轉(zhuǎn)型。
圖1 中國(guó)移動(dòng)OnePower工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)平臺(tái)架構(gòu)
“1+1+1+N”的產(chǎn)品能力體系，即 OnePower包含一系列5G工業(yè)終端模組、一張5G工業(yè)專(zhuān)網(wǎng)、一個(gè)OnePower工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)平臺(tái)，以及N個(gè)5G應(yīng)用場(chǎng)景。其中，一系列5G工業(yè)終端模組包括新型工業(yè)智能網(wǎng)關(guān)（現(xiàn)場(chǎng)級(jí)）、5G工業(yè)模組、工業(yè)傳感器、5G 無(wú)線終端設(shè)備（Data Transfer unit，DTU）等；一張5G工業(yè)專(zhuān)網(wǎng)包括新型工業(yè)智能網(wǎng)關(guān)（工廠級(jí)）、高質(zhì)量外網(wǎng)、工業(yè)標(biāo)識(shí)解析和遞歸等；一個(gè)OnePower工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)平臺(tái)主要是面向中小微型企業(yè)提供云化工業(yè)應(yīng)用，面向政府單位提供區(qū)域型工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)平臺(tái)，為政府施策提供數(shù)字化服務(wù)，并幫助地方企業(yè)轉(zhuǎn)型及上云，面向行業(yè)頭部企業(yè)提供工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)行業(yè)子平臺(tái)，結(jié)合行業(yè)特色應(yīng)用，助力企業(yè)數(shù)字化轉(zhuǎn)型；N個(gè)5G應(yīng)用場(chǎng)景包括智慧工廠、智慧礦山、智慧電力、智慧冶金、智慧石化等。
工業(yè)數(shù)字化底座是中國(guó)移動(dòng)上海產(chǎn)業(yè)研究院自主研發(fā)的OnePower平臺(tái)底座與集成框架，可靈活集成與打通政府和企業(yè)內(nèi)外各領(lǐng)域的應(yīng)用與系統(tǒng)，統(tǒng)一用戶(hù)管理，消除“數(shù)據(jù)孤島”，提供場(chǎng)景化、定制化能力的集成，為數(shù)智化工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)平臺(tái)融合夯實(shí)根基。
工業(yè)數(shù)字化底座包含連接集成平臺(tái)、工業(yè)數(shù)據(jù)中臺(tái)、工業(yè)AI使能中心、應(yīng)用開(kāi)發(fā)平臺(tái)、智慧運(yùn)營(yíng)中心（Intelligent Operations Center，IOC）、企業(yè)工作臺(tái)。
從整體架構(gòu)來(lái)看，底層是數(shù)據(jù)接入層，通過(guò)融合創(chuàng)新支持?jǐn)z像頭、傳感器、機(jī)器人等現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備泛在接入；可以利用新型工業(yè)智能網(wǎng)關(guān)將行業(yè)應(yīng)用、邊緣應(yīng)用等已下沉到現(xiàn)場(chǎng)的數(shù)據(jù)泛在接入；可以接入第三方數(shù)據(jù)庫(kù)、業(yè)務(wù)系統(tǒng)。
連接集成平臺(tái)提供了數(shù)據(jù)清洗、數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換、數(shù)據(jù)接入等模塊，支持工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)（Internet of Things，IoT）數(shù)據(jù)、工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)卡連接等業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)，對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行統(tǒng)一清洗與預(yù)處理后，將其歸集到工業(yè)數(shù)據(jù)中臺(tái)。
工業(yè)數(shù)據(jù)中臺(tái)支持工業(yè)數(shù)據(jù)共享、工業(yè)數(shù)據(jù)治理與工業(yè)數(shù)據(jù)歸集三大模塊，將設(shè)備數(shù)據(jù)、業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)、平臺(tái)數(shù)據(jù)和三方數(shù)據(jù)進(jìn)行高效的數(shù)據(jù)融合，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)交換、數(shù)據(jù)共享。其中，數(shù)據(jù)價(jià)值的發(fā)揮離不開(kāi)工業(yè)AI使能中心，通過(guò)建設(shè)統(tǒng)一的工業(yè)AI算法庫(kù)、工業(yè)視覺(jué)模型庫(kù)、工業(yè)設(shè)備模型庫(kù)、工業(yè)數(shù)據(jù)模型庫(kù)、工業(yè)機(jī)理模型庫(kù)、工業(yè)知識(shí)圖譜，從海量的工藝數(shù)據(jù)中萃取經(jīng)驗(yàn)，從海量數(shù)據(jù)中沉淀共性?xún)r(jià)值，支撐上層業(yè)務(wù)實(shí)現(xiàn)產(chǎn)業(yè)升級(jí)。
應(yīng)用開(kāi)發(fā)平臺(tái)是在工業(yè)數(shù)據(jù)中臺(tái)之上，利用工業(yè)低代碼平臺(tái)、工業(yè)商業(yè)智能（Business Intelligence，BI）可視化工具與數(shù)字孿生等工具，對(duì)數(shù)據(jù)和業(yè)務(wù)進(jìn)行二次開(kāi)發(fā)與探索，實(shí)現(xiàn)工業(yè)領(lǐng)域現(xiàn)實(shí)與虛擬的融合、數(shù)據(jù)與實(shí)體的融合。
企業(yè)工作臺(tái)是面向業(yè)務(wù)的工作界面，統(tǒng)一用戶(hù)身份，支持中國(guó)移動(dòng)上海產(chǎn)業(yè)研究院的工業(yè)安監(jiān)、工業(yè)質(zhì)檢、工業(yè)標(biāo)識(shí)、設(shè)備云巡檢等標(biāo)準(zhǔn)化產(chǎn)品，還可以集成企業(yè)自有/第三方的生產(chǎn)執(zhí)行系統(tǒng)（Manufacturing Execution System，MES）、企業(yè)資源計(jì)劃（Enterprise Resource Planning，ERP）、分布式控制系統(tǒng)（Distributed Control System，DCS）等系統(tǒng)與應(yīng)用，以及生態(tài)伙伴的集成應(yīng)用，滿足企業(yè)現(xiàn)場(chǎng)不同類(lèi)別人員需求。
IOC重點(diǎn)建設(shè)運(yùn)營(yíng)監(jiān)控與安全防護(hù)兩大核心模塊。運(yùn)營(yíng)監(jiān)控方面，實(shí)現(xiàn)了統(tǒng)一的系統(tǒng)監(jiān)控、系統(tǒng)運(yùn)維、系統(tǒng)運(yùn)營(yíng)，一站式納管工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)平臺(tái)；安全防護(hù)層面，數(shù)字化底座圍繞業(yè)務(wù)安全、數(shù)據(jù)安全和網(wǎng)絡(luò)安全三大維度開(kāi)展安全防護(hù)建設(shè)，提升泛在的安全接入能力，確保工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)安全可靠。
3 某光伏組件企業(yè)AI質(zhì)檢項(xiàng)目案例
基于OnePower工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)平臺(tái)，中國(guó)移動(dòng)上海產(chǎn)業(yè)研究院推出了OnePower-工業(yè)視覺(jué)質(zhì)檢產(chǎn)品。該產(chǎn)品是一款基于云、邊、端一體化架構(gòu)的AI機(jī)器視覺(jué)檢測(cè)產(chǎn)品，調(diào)用了OnePower工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)平臺(tái)的工業(yè)連接、工業(yè)AI、工業(yè)低代碼等能力，其核心是通用算法模塊。該模塊結(jié)合傳統(tǒng)圖像檢測(cè)算法以及神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)算法，在不同細(xì)分領(lǐng)域進(jìn)行調(diào)試和優(yōu)化，從而提高在不同場(chǎng)景下的部署落地效率和檢測(cè)質(zhì)量。在邊緣側(cè)，產(chǎn)品采集圖像數(shù)據(jù)，進(jìn)行缺陷標(biāo)注，并將有缺陷的圖像上傳云端；在云端，產(chǎn)品進(jìn)行多行業(yè)算法模型訓(xùn)練，并實(shí)現(xiàn)算力資源分配和缺陷在線判斷，下發(fā)至客戶(hù)產(chǎn)線側(cè)的算力一體機(jī)，對(duì)工業(yè)成像設(shè)備如工業(yè)相機(jī)采集到的圖像進(jìn)行實(shí)時(shí)智能檢測(cè)。所有產(chǎn)線的檢測(cè)數(shù)據(jù)都會(huì)作為初檢結(jié)果匯總在邊緣側(cè)的質(zhì)量管理分析平臺(tái)，由人工進(jìn)行一人多機(jī)遠(yuǎn)程復(fù)檢，同時(shí)該平臺(tái)可以實(shí)現(xiàn)多維質(zhì)量統(tǒng)計(jì)分析、歷史檢測(cè)數(shù)據(jù)查詢(xún)等功能。
基于OnePower-工業(yè)視覺(jué)質(zhì)檢平臺(tái)，中國(guó)移動(dòng)上海產(chǎn)業(yè)研究院在河北某光伏組件企業(yè)，落地了電致發(fā)光（Electroluminescent，EL）智能檢測(cè)項(xiàng)目，實(shí)現(xiàn)了基于圖像處理和深度學(xué)習(xí)的光伏組件智能檢測(cè)方法，由AI質(zhì)檢代替人工目檢，極大提高了質(zhì)檢效率和準(zhǔn)確率。
3.1 項(xiàng)目背景
某光伏組件企業(yè)主營(yíng)光伏組件研發(fā)，涵蓋光伏組件、光伏電站、光伏支架、儲(chǔ)能、氫能、風(fēng)能六大事業(yè)板塊。該企業(yè)在全球范圍擁有四大生產(chǎn)基地，包含12 家子公司，目前為國(guó)內(nèi)光伏企業(yè)產(chǎn)能十強(qiáng)。該企業(yè)在部署視覺(jué)質(zhì)檢系統(tǒng)前面臨如下質(zhì)檢痛點(diǎn)。
一是人工質(zhì)檢的檢測(cè)準(zhǔn)確性較差，當(dāng)前漏檢率約為10%。二是人工檢測(cè)效率低，產(chǎn)線7×24 h不間斷生產(chǎn)，兩班人員倒班，難以保證穩(wěn)定、高效的工作質(zhì)量。三是產(chǎn)線質(zhì)檢環(huán)節(jié)缺乏質(zhì)量管理流程，無(wú)法溯源某一個(gè)工序前的缺陷成因，極大影響質(zhì)量管理效率。四是產(chǎn)線節(jié)拍快，日均3 000 張圖，易對(duì)產(chǎn)品造成損傷，工人負(fù)荷也較大。
3.2 解決方案
中國(guó)移動(dòng)上海產(chǎn)業(yè)研究院自主研發(fā)了基于圖像處理和深度學(xué)習(xí)的光伏組件智能檢測(cè)方法，該方法在EL圖像數(shù)據(jù)采集的基礎(chǔ)上，對(duì)組件圖像進(jìn)行預(yù)分割，根據(jù)先驗(yàn)的缺陷類(lèi)型對(duì)組件類(lèi)型進(jìn)行預(yù)分類(lèi)，并基于Faster RCNN模型對(duì)光伏組件缺陷的不良類(lèi)型進(jìn)行二次檢測(cè)。詳細(xì)的方法描述如下。
3.2.1 EL圖像數(shù)據(jù)采集基于5G智能網(wǎng)關(guān)的EL圖像數(shù)據(jù)采集與傳輸方法，通過(guò)5G智能網(wǎng)關(guān)采集生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)的數(shù)據(jù)，借助5G專(zhuān)網(wǎng)大帶寬、廣連接、低時(shí)延的特點(diǎn)[9]，將分散在生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)的眾多設(shè)備、系統(tǒng)中的數(shù)據(jù)上傳到邊緣計(jì)算服務(wù)器。借助5G專(zhuān)網(wǎng)，EL圖像可以實(shí)時(shí)傳輸，使EL設(shè)備安裝、布局時(shí)不再拘泥于現(xiàn)場(chǎng)網(wǎng)線布置限制，可以隨時(shí)隨地將圖像實(shí)時(shí)傳輸?shù)絆nePower-AI質(zhì)檢平臺(tái)；同時(shí)，5G網(wǎng)絡(luò)的大帶寬特性確保EL圖像可以高質(zhì)量傳輸：快速傳輸4~8 K的EL圖像，100%保留EL圖像的細(xì)節(jié)和清晰度，提高了光伏檢測(cè)算法的識(shí)別準(zhǔn)確率[10]。EL圖像數(shù)據(jù)采集及傳輸過(guò)程如圖2所示。
圖2 EL圖像采集與數(shù)據(jù)傳輸
3.2.2 EL圖像處理為提高整張EL圖像檢測(cè)的精度和魯棒性，需要首先對(duì)EL圖像進(jìn)行處理，項(xiàng)目實(shí)施團(tuán)隊(duì)提出一種光伏組件EL圖像預(yù)分割方法，對(duì)EL圖像進(jìn)行劃分，從而得到每個(gè)單片電池所在區(qū)域的圖像（見(jiàn)圖3）。
圖3 EL圖像預(yù)分割示例
3.2.3 組件類(lèi)型預(yù)分類(lèi)為提高光伏組件檢測(cè)的效率，減小計(jì)算資源的消耗，可對(duì)單個(gè)光伏電池片進(jìn)行正常或者疑似異常的預(yù)分類(lèi)。預(yù)分類(lèi)的具體步驟如下。
步驟1：統(tǒng)計(jì)各個(gè)單片電池所在區(qū)域圖像的平均亮度，若平均亮度<50 cd/m2，則判斷該單片電池為短路缺陷。
步驟2：創(chuàng)建正樣本的單塊電池片模板，將排除短路缺陷后的單片電池與單塊電池模板進(jìn)行對(duì)比，若相似度高于80%，則判斷為無(wú)缺陷的正樣本，反之則為候選負(fù)樣本。
3.2.4 基于Faster RCNN模型的二次缺陷檢測(cè)
（1）缺陷分類(lèi)及樣本訓(xùn)練分析數(shù)十種光伏組件EL的缺陷類(lèi)型，包括叉狀隱裂、線型隱裂、樹(shù)枝狀隱裂、斷柵、破片、混檔、黑斑、黑片、黑邊、線痕、虛焊、過(guò)焊等。
將每一種缺陷的單元圖像，使用標(biāo)簽圖像標(biāo)注缺陷類(lèi)型和位置，包括前面提到的12類(lèi)缺陷，標(biāo)注信息保存成xml文件，每種缺陷類(lèi)型標(biāo)注200組。
（2）Faster RCNN模型引入Faster RCNN檢測(cè)模型。如圖4所示，該模型的架構(gòu)主要包括4個(gè)模塊，分別是二層卷積層（Conv Layers）、區(qū)域網(wǎng)格（Region Proposal Network，RPN）、感興趣區(qū)域池化（Region of interest pooling，RoI Pooling）、分類(lèi)與壓縮。
圖4 Faster RCNN模型架構(gòu)
（3）二次缺陷檢測(cè)對(duì)預(yù)分類(lèi)之后疑似異常的光伏板進(jìn)行檢測(cè)，進(jìn)一步明確其具體的缺陷類(lèi)型，主要步驟如下。
步驟1：對(duì)目標(biāo)檢測(cè)標(biāo)注數(shù)據(jù)集進(jìn)行訓(xùn)練集和測(cè)試集劃分，做歸一化、縮放圖像預(yù)處理，使圖像符合網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，并減小對(duì)計(jì)算資源的要求，再設(shè)置好輸入圖像的寬高、類(lèi)型等參數(shù)和初始權(quán)重文件，進(jìn)行模型訓(xùn)練直至收斂，或達(dá)到設(shè)定的預(yù)定義次數(shù)，保存權(quán)重文件。
步驟2：載入訓(xùn)練好的Faster RCNN模型權(quán)重文件，對(duì)當(dāng)前單元圖像進(jìn)行缺陷檢測(cè)。
3.3 項(xiàng)目效果
在產(chǎn)線側(cè)部署了一套基于云邊端架構(gòu)的AI質(zhì)檢系統(tǒng)（質(zhì)檢平臺(tái)架構(gòu)如圖5所示，光伏質(zhì)檢系統(tǒng)界面如圖6所示），從EL質(zhì)檢儀獲取圖像數(shù)據(jù)，面對(duì)主要的19種缺陷進(jìn)行自動(dòng)檢測(cè)。對(duì)工業(yè)產(chǎn)線初始過(guò)檢率、漏檢率高的問(wèn)題，本項(xiàng)目采集兩萬(wàn)張樣本進(jìn)行模型訓(xùn)練，迭代70余輪后，檢測(cè)精度由部署前的漏檢率10%提升至部署后的漏檢率<0.2%、過(guò)檢率<4%。同時(shí)，系統(tǒng)將重點(diǎn)質(zhì)檢數(shù)據(jù)上報(bào)邊緣側(cè)部署的工業(yè)質(zhì)檢業(yè)務(wù)平臺(tái)，實(shí)現(xiàn)質(zhì)量數(shù)據(jù)全流程智能化管理。除此以外，在機(jī)器代替人工的數(shù)字化轉(zhuǎn)型浪潮中，中國(guó)移動(dòng)上海產(chǎn)業(yè)研究院還為客戶(hù)提供了數(shù)字化管理全套解決方案，助力企業(yè)完成管理模式的變革。
圖5 5G-AI質(zhì)檢平臺(tái)架構(gòu)
圖6 光伏質(zhì)檢系統(tǒng)界面
4 結(jié)束語(yǔ)
中國(guó)移動(dòng)作為5G通信領(lǐng)域的主力軍，積極踐行中國(guó)制造業(yè)數(shù)智化戰(zhàn)略，打造OnePower工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)平臺(tái)助力智慧工廠建設(shè)，在終端側(cè)做到設(shè)備能連能采，在邊緣側(cè)做到數(shù)據(jù)能存能算，在平臺(tái)側(cè)做到開(kāi)放、共享、包容，在應(yīng)用側(cè)堅(jiān)持賦能千行百業(yè)，匯聚產(chǎn)業(yè)鏈上下游，共同營(yíng)造繁榮有序的產(chǎn)業(yè)創(chuàng)新生態(tài)，助力中國(guó)制造業(yè)數(shù)字化、網(wǎng)絡(luò)化、智能化轉(zhuǎn)型升級(jí)的最終目標(biāo)。
OnePower Industrial Internet Platform promotes construction of smart factories
LI Tengda, ZHAN Yao, JIANG Yujia, MA Hao
(China Mobile Shanghai Industrial Research Institute, Shanghai 201206, China)
Abstract: The OnePower Industrial Internet Platform is one of the core products of China Mobile Shanghai Industrial Research Institute. Relying on the deployment of China Mobile’s cloud network resources and integrating 5G+AICDE technology, the platform can provide universal and customized products and solutions in diverse industrial scenarios for the construction of smart factories. This paper first introduces the current development situation of smart factories. Then, it gives a detailed introduction of the architecture of the OnePower Industrial Internet Platform. Finally, it introduces the AI quality inspection project of an enterprise based on the AI quality inspection sub platform of the OnePower Industrial Internet Platform.Keywords: OnePower; Industrial Internet platform; smart factory; AI quality inspection; digital-intelligent transformation
本文刊于《信息通信技術(shù)與政策》2023年 第11期
主辦：中國(guó)信息通信研究院
《信息通信技術(shù)與政策》是工業(yè)和信息化部主管、中國(guó)信息通信研究院主辦的專(zhuān)業(yè)學(xué)術(shù)期刊。本刊定位于“信息通信技術(shù)前沿的風(fēng)向標(biāo)，信息社會(huì)政策探究的思想庫(kù)”，聚焦信息通信領(lǐng)域技術(shù)趨勢(shì)、公共政策、國(guó)家/產(chǎn)業(yè)/企業(yè)戰(zhàn)略，發(fā)布前沿研究成果、焦點(diǎn)問(wèn)題分析、熱點(diǎn)政策解讀等，推動(dòng)5G、工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)、數(shù)字經(jīng)濟(jì)、人工智能、區(qū)塊鏈、大數(shù)據(jù)、云計(jì)算等技術(shù)產(chǎn)業(yè)的創(chuàng)新與發(fā)展，引導(dǎo)國(guó)家技術(shù)戰(zhàn)略選擇與產(chǎn)業(yè)政策制定，搭建產(chǎn)、學(xué)、研、用的高端學(xué)術(shù)交流平臺(tái)。
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