1.1 引言/導讀  

華為引領(lǐng)5G產(chǎn)業(yè)，在標準技術(shù)、產(chǎn)品解決方案、行業(yè)應用，不斷創(chuàng)新合作，成為通信行業(yè)的先進設(shè)備供應商，幫助運營商服務(wù)廣大用戶，并建設(shè)數(shù)字化社會。5G URLLC在行業(yè)的主要應用領(lǐng)域之一是工業(yè)自動化控制，本次期望與工業(yè)自動化廠商聯(lián)合創(chuàng)新，驗證5G-A URLLC穩(wěn)定時延的技術(shù)可行性，打通產(chǎn)業(yè)斷點，推進5G URLLC及工業(yè)5G產(chǎn)業(yè)快速發(fā)展。

聯(lián)通是領(lǐng)先的5G通信服務(wù)商，響應國家新基建以及十四五的規(guī)劃，加快5G網(wǎng)絡(luò)建設(shè)和服務(wù)，并積極發(fā)展在垂直行業(yè)的應用。聯(lián)通也在網(wǎng)絡(luò)技術(shù)架構(gòu)方面不斷創(chuàng)新，推動5G URLLC場景快速落地。2021年3月，中國聯(lián)通發(fā)布了《CUBE-Net 3.0網(wǎng)絡(luò)創(chuàng)新體系白皮書》，表示將在云網(wǎng)融合與算網(wǎng)一體、開放光網(wǎng)絡(luò)與云光一體、5G網(wǎng)絡(luò)與確定性服務(wù)、云網(wǎng)大腦與智能運營、泛在彈性超寬接入等領(lǐng)域開展科技創(chuàng)新工作。產(chǎn)業(yè)方面，發(fā)力國內(nèi)主要汽車車廠，建設(shè)5G工廠，如華晨寶馬/長春一汽/長安汽車/長城魏牌/廣汽本田、比亞迪智慧工廠。

精誠工科汽車系統(tǒng)有限公司保定自動化技術(shù)分公司隸屬于精工集團，為長城汽車股份有限公司全資子公司，成立于2018年6月26日。公司經(jīng)營范圍主要包括：工業(yè)自動化、傳動及控制設(shè)備、工業(yè)機器人集成、儀器儀表系統(tǒng)的研發(fā)、設(shè)計、制造等，公司21年營業(yè)收入超過10億元。一方面現(xiàn)有工業(yè)通信網(wǎng)絡(luò)采用硬介質(zhì)布線，存在諸多應用痛點，若5G無線通信技術(shù)能夠在工業(yè)通信領(lǐng)域得到應用，將打破現(xiàn)有傳統(tǒng)硬介質(zhì)網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)，從根本上消除現(xiàn)有工業(yè)網(wǎng)絡(luò)痛點；另一方面，國內(nèi)一線傳統(tǒng)線體集成商有業(yè)務(wù)轉(zhuǎn)型的迫切需求，5G工業(yè)應用技術(shù)的研究與落地成為工業(yè)轉(zhuǎn)型的一個重要突破口。

勃傲自動化是汽車產(chǎn)線tie2集成商，連續(xù)9年被大眾評為TOP1供應商。工業(yè)協(xié)議是工業(yè)自動化的重要組成部分，傳統(tǒng)工業(yè)通信以有線技術(shù)方案為主，對其技術(shù)原理以及在汽車行業(yè)的應用有10多年的豐富經(jīng)驗。 5G URLLC為工業(yè)通信網(wǎng)絡(luò)帶來新的變革，工業(yè)協(xié)議與5G的對接成為關(guān)鍵。

5G工業(yè)互聯(lián)脫虛向?qū)崳ㄐ排c工業(yè)融合實現(xiàn)產(chǎn)業(yè)升級。2020年中國5G通信產(chǎn)業(yè)規(guī)模達5000億，隨著5G無線通訊技術(shù)不斷成熟，各大企業(yè)都在基于5G技術(shù)探索落地應用場景，在5G十大先鋒應用領(lǐng)域中工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)領(lǐng)域5G市場空間最大，且處于探索期。5G及5G-Advanced標準持續(xù)演進，URLLC能力不斷提升；5G URLLC將使5G成為真正的工業(yè)5G網(wǎng)絡(luò)，讓工業(yè)自動化真正走向網(wǎng)絡(luò)化、柔性化和智能化的變革，使工業(yè)制造實現(xiàn)產(chǎn)業(yè)升級。

1.2 關(guān)鍵詞

5G/5G-Advanced、URLLC、IT/OT融合、無線實時/非實時一張網(wǎng)、工業(yè)實時控制

1.3 測試床項目承接主體

1.3.1 發(fā)起公司和主要聯(lián)系人聯(lián)系方式

1.3.2 合作公司

1.4 測試床項目目標

本測試床將完成以下幾方面的創(chuàng)新：

1. 5G URLLC能力提升：4ms@5個9 ， URLLC模組定義

2. 工業(yè)協(xié)議over5G的跨層技術(shù)：業(yè)務(wù)協(xié)同以提升系統(tǒng)效率

3. 5G下沉OT層的聯(lián)合創(chuàng)新：5G-A URLLC柔性產(chǎn)線，及5G+OT應用，如5G+隨行夾具，5G+遠程IO化AGV或EMS，5G+集中化PLC，5G+機器人夾具/固定設(shè)備無線化等

1.5 測試床方案架構(gòu)

1.5.1 測試床應用場景

本測試床針對5G-A URLLC在汽車主要工藝中的應用進行聯(lián)合驗證。主要包括焊裝白車身模擬產(chǎn)線，IO化AGV輸送線，智能安裝線。

本次階段1，完成5G-A URLLC在焊接產(chǎn)線和AGV輸送線的E2E驗證。該產(chǎn)線代表了未來汽車柔性生產(chǎn)的發(fā)展方向，從傳統(tǒng)按計劃排產(chǎn)到未來訂單式生產(chǎn)，由立體庫+隨行夾具可以匹配多種車型，機器人+工具切換可以支持多種混合工藝，整個產(chǎn)線形成模塊化的部署，匹配車間不同工藝不同車型的生產(chǎn)需要。

如下圖所示，是生產(chǎn)汽車后車門的焊裝柔性產(chǎn)線，由四臺機器人通過切換工具，配合完成抓件、焊接、涂膠、滾邊多種工藝；并結(jié)合立體庫隨行夾具，支持多種車型的后車門的混線生產(chǎn)。

1.5.2 測試床架構(gòu)

本測試床針對的是工廠內(nèi)網(wǎng)，由傳統(tǒng)的IT/OT分層網(wǎng)絡(luò)，演進為工業(yè)5G實時網(wǎng)絡(luò)，支持柔性化剪辮子，IT數(shù)據(jù)采集/OT實時控制一張網(wǎng)。

1.5.3 測試床方案

測試床焊接生產(chǎn)線可完成前門、后門兩種制件生產(chǎn)，當前以后門生產(chǎn)為例進行具體工藝方案的介紹：

工藝方案：①AGV小車攜帶內(nèi)板總成夾具運行至KD件庫區(qū)，10R1機器人通過視覺系統(tǒng)分別抓取后門內(nèi)板和內(nèi)板小件，放到AGV上；②AGV運行至20工位后，R2從AGV上抓取內(nèi)板和內(nèi)板小件放到內(nèi)板總成焊接夾具上，R3、R4開始焊接；焊接完成后R2抓取內(nèi)板總成，空中對接給R1開始涂膠，R2將抓手放到內(nèi)板夾具上，之后NBG開始切換胎模夾具；切換完成之后，R2切換外板抓手將外板放到胎模夾具上，R1涂膠完成后將內(nèi)板總成放到胎模夾具上，R3抓取胎模壓緊裝置放到胎模夾具上壓緊制件后， R3和R4切換伺服輥頭開始輥邊；輥邊完成之后，R1機器人抓取總成制件對接給20R2，20R2再將總成放置到AGV上；③AGV拉著車門總成返回10工位，10R1切換抓手，抓取車門總成，在七軸上移動到安裝位置，同時NC頂升完成車身定位后，抓手攜后門總成與車身進行匹配，完成車門安裝。

該方案有兩臺AGV同時作業(yè)依次循環(huán)工作；后期可根據(jù)需要擴展，通過新增機器人工裝夾具實現(xiàn)車門所有小件全工藝焊接生產(chǎn)。

傳統(tǒng)工業(yè)通信組網(wǎng)，以主PLC為中心，主PLC到SCADA/MES采用IT化組網(wǎng)，主PLC到現(xiàn)場設(shè)備/IO采用OT化實時組網(wǎng)。在車間OT網(wǎng)絡(luò)內(nèi)部，在車間環(huán)網(wǎng)之下，也存在2-4級有線組網(wǎng)。傳統(tǒng)的工業(yè)有線網(wǎng)絡(luò)集成方案如下圖：

而采用5G 網(wǎng)絡(luò)之后，現(xiàn)場設(shè)備可以在車間內(nèi)部實現(xiàn)一跳接入，直接與主PLC通信，同時也可通過車間環(huán)網(wǎng)接入服務(wù)器，進行數(shù)采等業(yè)務(wù)交互，從而大幅簡化車間組網(wǎng)。5G組網(wǎng)具備扁平化、實時/非實時一張網(wǎng)、5G URLLC/eMBB/定位多種業(yè)務(wù)QOS保障機制。

本測試床階段1采用5G-Adcanced 技術(shù)樣機，進行該柔性產(chǎn)線的驗證，通過5G-A URLLC連接實現(xiàn)主PLC到現(xiàn)場設(shè)備之間的實時工業(yè)網(wǎng)絡(luò)無線化。其中主PLC從5G UPF接入，現(xiàn)場設(shè)備從5G UE接入； 5G-A URLLC終端采用測試終端TUE，因TUE數(shù)量有限，現(xiàn)場設(shè)備多數(shù)采用級聯(lián)方式接入5G網(wǎng)絡(luò)。具體組網(wǎng)如下圖所示：

5G-A URLLC網(wǎng)絡(luò)的現(xiàn)場部署，采用lampsite小基站，pRRU間距10m*12m，UPF下沉車間，部署在產(chǎn)線邊。

1.5.4 方案重點技術(shù)

5G-A URLLC技術(shù)樣機，為滿足4ms@5個9的業(yè)務(wù)述求，采用以下關(guān)鍵技術(shù)：

? 采用兩個TDD載波，配置成互補配比，構(gòu)建類似FDD幀結(jié)構(gòu)避免空口業(yè)務(wù)包傳輸?shù)却档蜁r延，同時具備TDD上下行信道互易性等優(yōu)勢，獲取可靠性和容量增益。

? 5G UPF下沉車間，且實時處理能力<0.5ms

1.5.5 方案自主研發(fā)性、創(chuàng)新性及先進性

本測試床方案的自主研發(fā)性、創(chuàng)新性及先進性如下：

1.6 測試床實施部署

1.6.1 測試床實施規(guī)劃

測試床時間規(guī)劃如下：

1.6.2 測試床實施的技術(shù)支撐及保障措施

四家單位已成立聯(lián)合工作組，并制定測試床開展計劃，其中對于階段1的計劃如下：

測試床工藝方案與焊裝車間工藝方案完全按照1:1比例規(guī)劃設(shè)計，覆蓋整個焊裝車間80%的工藝應用，測試床目前具體建設(shè)計劃如下：

階段1：3月已完成5G/5G-A 網(wǎng)絡(luò)部署，受疫情影響，部分產(chǎn)線裝備到貨延期，7月底完成產(chǎn)線業(yè)務(wù)上線及E2E集成測試

階段2：已啟動，預估12月底完成

1.7 測試床預期成果

1.7.1 測試床的預期可量化實施結(jié)果

焊裝模擬產(chǎn)線：基于立體夾具庫的柔性工藝，3大類14個場景，涵蓋汽車焊裝全場景，涵蓋80% 5G URLLC應用場景。

1.7.2 測試床的商業(yè)價值、經(jīng)濟效益

首先，本測試床將推進業(yè)界首個基于5G URLLC產(chǎn)線的落地。長城精工探索5G URLLC在工業(yè)自動化落地三波走，需首先完成5G URLLC的技術(shù)創(chuàng)新驗證。

1.7.3 測試床的社會價值

基于5G URLLC構(gòu)建工業(yè)5G實時網(wǎng)絡(luò)，帶動工業(yè)自動化三大變革：網(wǎng)絡(luò)化、柔性化、智能化。國產(chǎn)工業(yè)自動化企業(yè)將借助工業(yè)5G網(wǎng)絡(luò)，實現(xiàn)彎道超車，實現(xiàn)工業(yè)自動化產(chǎn)品的自主創(chuàng)新。

1.7.4 測試床初步推廣應用案例

本測試床將利于5G URLLC產(chǎn)業(yè)推進，抓住汽車新能源產(chǎn)能新建的契機，聚焦的C2IO聯(lián)合技術(shù)創(chuàng)新，E2E拉動5GURLLC工業(yè)控制產(chǎn)業(yè)。

1.8 測試床成果驗證

1.8.1 測試床成果驗證計劃

測試床時間規(guī)劃如下：階段1測試(2022.6)，階段2測試(2022.12)

1.8.2 測試床成果驗證方案

本測試床階段1完成，5G-A URLLC創(chuàng)新技術(shù)保障4ms@5個9，可支持汽車柔性產(chǎn)線穩(wěn)定運行。測試驗證方案如下：

采用PLC-IO現(xiàn)場總線分析儀，測試5G-A URLLC網(wǎng)絡(luò)的時延，無論是PLC-IO，還是IO-PLC均可達到4ms@5個9.

通過現(xiàn)場產(chǎn)線實際運行，5G-A URLLC網(wǎng)絡(luò)可保證產(chǎn)線穩(wěn)定運行。說明URLLC技術(shù)可以匹配工業(yè)控制C2IO的業(yè)務(wù)場景。

1.9 測試床成果交付

1.9.1 測試床成果交付件

本測試床的交付件如下：

1.9.2 測試床可復制性

因汽車行業(yè)的自動化水平最高，本測試床的能力和場景，基本適用于多數(shù)離散制造的產(chǎn)線自動化，從而使工業(yè)5G實時全業(yè)務(wù)網(wǎng)絡(luò)成為未來全連接5G工廠的選擇。

1.9.3 測試床開放性

本測試床將聯(lián)合汽車主機廠商，集成商，下游OT廠商聯(lián)合參與。

1.10 其他信息

1.10.1 測試床資金

生產(chǎn)線預估資金需求如下，資金來源：公司自籌。