《面向新型工业化的5G内生确定技术白皮书》解读：5G内生确定赋能数智工厂

——《面向新型工业化的5G内生确定技术白皮书》解读 中国移动研究院都晨辉2023.11 新型工业化政策频出，已成为国家重大战略 2021年以来，国家工业互联网政策密集发布，总体呈体系化、持续增强的特点，工业互联网已成为推进新型工业化的新型基础设施 中国移动5G+工业互联网取得显著成效 在5G+工业互联网领域，中国移动提出从辅助生产到融入生产再到改变生产的发展路径，全面推进5G赋能数智工厂高质量发展 数智工厂对5G确定性的需求场景 5G对数智工厂的全面赋能，需要实现对工业网络“两层三级”架构的全连接全服务 5G确定内生的三大核心理念及技术体系 中国移动推动确定性能力从外挂式叠加向内生式供给演进，通过5G架构与确定性能力的深度耦合，实现内生确定性服务的一体化供给 1确定能力内生供给：对外部改造需求小，内生提供组网融通、极致通信、运营保障等能力 确定可靠全局保障：通过多维度、多层级的可靠性和安全措施，保障通信及工业数据安全 确定组网技术：构筑坚实5G基础设施 通过确定组网技术打造无线全覆盖的“地基”，砌筑业务保障隔离的“墙”，打通精确路由的“窗” 核心技术 核心技术 核心技术 •5G无线覆盖：利用无线配置调整、pRRU冗余覆盖、RHUB交叉等方式，保障覆盖的确定性•星闪端距覆盖：先进帧结构、Polar/RS信道编解码技术，实现死角盲区覆盖 •UPF本地分流：UPF下沉实现流量的本地卸载，将用户面的数据就近转发至边缘云或企业内网•基站分流：是UPF本地分流的有利补充，主要适用于部分UPF下沉困难的中小型园区 •5G LAN组网：实现多VN组间的业务隔离，VN组内实现成员之间的单播、组播、广播通信；实现5GLAN容灾以及精简组管理机制 实施目标 实施目标 实施目标 •业务隔离：实现VN组内设备间的直接互访，VN组间业务安全隔离•可靠运维：减少网络切片、DNN等资源占用，提升网络可靠性与管理便捷性 •精确路由：实现终端零改造的情况下，实现跨园区的路由与漫游，生产数据不出园区，提供边缘计算服务。 •无线全覆盖：实现全区域的大尺度连续覆盖，死角区域细粒度补盲增强 确定性通信技术：匹配严苛的性能要求 面向工业不同层级的业务场景，提供确定带宽、高精度时间同步、超低时延及有界抖动、低功耗等多样化技术手段，实现分档分级的确定性服务供给 确定性保障技术：实现全生命周期服务 采用系统化思维，全面提升5G通信系统的可靠性及安全性，满足工业生产7*24业务不间断需求 数智工厂应用实践—园区级应用案例 宁德时代：5G内生确定赋能AGV跨车间移动 浙江爱柯迪：5G内生确定赋能智慧厂区便捷数采 Ø企业痛点 Ø企业痛点 •同时接入超千台5GAGV设备，完成电芯自动上线、模组自动转运、等自动运输场景，AGV小车通信业务要求为200ms@80%•厂区内AGV小车存在偶发掉线问题，掉线后0.5~1分钟自恢复，掉线期间AGV停止运送货物，极大影响厂区整体生产效率 •生产线机加设备每年共需调整约1500台次，涉及超500条隧道数据配置•MES适配方案复杂，方案部署难度大，改造开发工作量大•运营商网络和企业网络耦合，产线变更调整周期长 Ø解决方案 Ø解决方案 •基站RRU异常触发MCS掉坑影响，诱发流间不平衡，导致丢包•RRU升级解决流间不平衡触发条件•通过配置基站单流数据发送方案，规避流间不平衡导致的丢包问题 •通过内生确定隔离的精简5G-LAN组网技术，减少运营商和企业间强耦合带来的数据配置复杂问题•通过应用5G确定性技术，使5G高速无线局域网构建MES终端和服务器间互联网络 Ø实施效果 Ø实施效果 •MES终端及服务器互通，简化组网，实现企业网络与运营商网络解耦•工厂产线调整即插即用，免额外配置及终端IP自管理，共计节约400个热点以及30公里网线 •通过应用5G内生确定性的精准定位和确定高可靠技术，空口指标正常，AGV小车掉线次数降至0，有效解决MCS掉坑和调用不平衡两流引起的掉线问题 数智工厂应用实践—车间级应用案例 青岛海尔：5G内生确定赋能洗衣机拖链控制系统 辽宁鞍钢：5G内生确定助力冶金热轧厂天车无人化控制 Ø企业痛点 •热轧厂现场环境恶劣、安全风险高、人工作业条件艰苦，需要抖动低、丢包少、鲁棒性高的无线网络，保障设备间的确定性通信传输 Ø解决方案 Ø企业痛点 •南向实现多设备融合统一接入，具备多路冗余传输、确定性时延控制、高精度时钟同步等业务能力•北向通过协同5GQoS实现工控数据低丢包、低时延、低抖动、高鲁棒的稳定传输，保障天车远程控制业务稳定运行 •洗衣机内桶制作产线上拖链持续拖拽弯折，易导致线缆故障引发通信中断，定位困难•故障发生后串接的主从PLC均停止工作，导致整个产线停机，严重影响生产进程•单厂房有400~600个拖链控制系统，运维成本高 Ø解决方案 •引入确定隔离的5G-LAN技术和指令级准确收发的双发选收技术，提供确定性通信保障，实现5G和工业系统可靠灵活对接 Ø实施效果 Ø实施效果 •实现厂内14台天车无人化控制改造，系统稳定运行，显著降低热轧厂天车远控场景故障率，保障生产安全，减少停工损耗 •产线稳定高效运行，5G网络达到16ms@99.99%的性能指标，满足产线的时延和可靠性要求，顺利通过7*24小时连续稳定测试验收•缩短工厂每月20小时的停机维护时间，提高整体生产效率 数智工厂应用实践—产线级应用案例 荆州美的：5G内生确定使能洗衣机过滤门冲压工位柔性生产 河北领克：5G内生确定赋能车辆生产的柔性换线 Ø企业痛点 Ø企业痛点 •洗衣机生产中，伺服驱动器与机械臂面向多品种、定制化生产的产线变动需求时，其传统有线连接网络具有改造困难、工位变动不柔性的问题 •车体加工通常共用同一条加工产线，此场景中存在线缆拖拽易损等问题，导致产线停机，每次断链需约30分钟恢复，直接导致数十台车产量下降 Ø解决方案 Ø解决方案 •5G无线化改造实现工位柔性化生产，通过网业协同、空口增强等确定低时延及有界抖动技术保障确定性通信•将机械臂接入5G网络，实现PLC全向控制无线化，灵活化产线部署控制 •基于5G高确定性工业基站、双发选收等技术改造焊接工位，北向5G对接高确定性工业基站，南向对接加装5G CPE的伺服，实现控制指令在终端与控制器间的单向通信 •针对不同型号车体生产与切换，采用无线化方式驱动工位卡槽移动，解决线缆磨损问题，赋能柔性化生产 Ø实施效果 Ø实施效果 •5G通信性能稳定达到伺服控制的使用要求8±1ms@99.99%，顺利通过7*24小时持续稳定测试要求，为工业柔性制造提供了新的解决思路 应用5G内生确定性技术的控制网络时延低至8ms，支持工控业务正常运行，实现PLC无线化部署，赋能产线柔性制造，提升企业生产效率 5G内生确定性产业展望 推进应用创新 强化技术突破 打破跨界障碍 •打破工业制造和通信网络技术壁垒，形成发展愿景共识，鼓励创新合作•推动创新产业双链深度融合，加快产业结构化升级 •面向数智工厂应用需求，持续稳定推进新标准制定、新技术攻关，OICT融合贯通•引导产业新方向，支撑新产业格局演进 •开展多层级应用实践，推动规范约束，促进成果转化，打造标杆示范工程•推广解决方案应用，激发产业活力 携手共进，繁荣5G+工业互联网产业生态 加速中国新型工业化进程