基于5G網絡連接的工業(yè)智能化巡檢測試床
中國移動通信集團政企客戶分公司（簡稱：政企分公司），成立于2012年8月，是中國移動通信集團下屬經營集團客戶市場的專業(yè)化分公司。政企分公司依托于中國移動在網絡、客戶、渠道、業(yè)務和產業(yè)鏈等方面的整體優(yōu)勢，緊密圍繞“移動改變生活”的發(fā)展愿景，為各行各業(yè)提供安全有效的行業(yè)解決方案，做質量更好、服務更優(yōu)、創(chuàng)新更強、價值更高、管理更有效的運營商和現(xiàn)代服務企業(yè)。
2017年底，國務院下發(fā)《深化“互聯(lián)網+先進制造業(yè)” 發(fā)展工業(yè)互聯(lián)網的指導意見》，其中明確指出： 在5G研究中開展面向工業(yè)互聯(lián)網應用的網絡技術試驗，協(xié)同推進5G在工業(yè)企業(yè)的應用部署。為積極響應國務院加速工業(yè)互聯(lián)網應用的發(fā)展，2017年10月，中國移動政企公司與廣西玉柴共同成立為期3年的智能制造聯(lián)合實驗室，重點結合5G網絡技術，開展面向車間內部設備以及廠區(qū)電力設備的智能化巡檢測試驗證工作。
一、關鍵詞
5G、巡檢、AR、工業(yè)機器人、圖像分析
二、發(fā)起公司和主要聯(lián)系人聯(lián)系方式
中國移動通信集團公司政企客戶分公司
楊天樂：yangtianle@chinamobile.com; 13810755446
梁睿：liangrui@chinamobile.com; 13910102465
王科：wangkezq@chinamobile.com; 13811628367
三、合作公司
廣西玉柴機器集團有限公司
四、測試床項目目標和概述
項目背景及目標：
2017年10月，中國移動政企公司與廣西玉柴共同成立智能制造聯(lián)合實驗室，實驗室計劃為期3年。結合5G、AR、智能硬件終端等技術，對玉柴傳統(tǒng)車間進行智能化試點改造，并將試點驗證的成果進行內部復制推廣，逐步實現(xiàn)玉柴智能制造轉型升級。
項目概述：
設備的定期巡檢與故障排查對于產線7*24小時安全生產至關重要，而傳統(tǒng)的設備巡檢存在諸多弊端，如人員誤操作，假巡檢，專業(yè)技能較低等，給企業(yè)的生產工作埋下了很多安全隱患。隨著5G、機器人、增強現(xiàn)實等技術的逐步成熟，可實現(xiàn)設備的智能化巡檢。本項目具體滿足如下場景：
1. 工業(yè)AR設備點檢：借助AR眼鏡，采集前端巡檢人員觀察到的實時畫面，將視頻圖像實時回傳至云端，可實現(xiàn)前后端人員的實時交互，同時還可以利用AR眼鏡管理設備信息，包括維修，點檢記錄，保養(yǎng)信息等。
關鍵性能指標：
a. AR眼鏡設備要求：
主要性能 | 指標內容 | 范圍要求 |
可佩帶 | 最高運行溫度 | ≤50℃ |
重量 | ≤200g | |
攝像頭 | 拍照 | ≥1000萬像素 |
攝像 | 1080P | |
續(xù)航能力 | 續(xù)航時間 | ≥5小時 |
b. 實時性要求：
數(shù)據(jù)端到端傳輸時延應小于20ms，以消除眩暈感。
c. 對5G網絡性能需求：
功能 | 上行速率 | 下行速率 | 端到端時延 | 覆蓋 | 連接數(shù) | 可靠性（丟包率） |
AR視頻數(shù)據(jù)傳輸 | 10Mbps/每個終端 | 10Mbps/每個終端 | <20ms | 連續(xù)覆蓋試點范圍 | 50 | <10-5 |
2. 變電站機器人巡檢：遠程控制機器人的運動軌跡，實時采集、回傳高清視頻圖像至云端，系統(tǒng)通過對采集到的圖像數(shù)據(jù)進行人工智能分析判斷變電站內設備是否存在異常，從而大幅減少人工投入。
關鍵性能指標：
a. 精度要求
攝像頭分辨率應達到1080P，可實現(xiàn)高倍數(shù)自動調焦和手動調焦，滿足對至少12米外儀表數(shù)據(jù)的清晰拍攝；傳感器采集的主要數(shù)據(jù)精度應達到下表要求：
項目 | 測量分辨率 | 測量范圍 | 測量精度 |
溫度 | 0.1℃ | 0~60℃ | ±0.1℃ |
濕度 | 0.1% | 0~100%RH | ±1% |
TVOC | 0.1mg/m3 | 0~5.00mg/m3 | ±15% |
b. 移動要求：
行進速度可控，遇到異常情況可緊急制動，支持遙控器手動操控；
c. 實時性要求：
遠程控制信息端到端數(shù)據(jù)傳輸時延應小于10ms；
傳感視頻數(shù)據(jù)端到端傳輸時延應小于50ms；
d. 續(xù)航能力要求
續(xù)航時間保證在5小時以上，并且在電量不足時，可自動發(fā)出告警或自動回到充電點進行充電。
e. 對5G網絡性能需求：
功能 | 上行速率 | 下行速率 | 端到端時延 | 覆蓋 | 連接數(shù) | 可靠性（丟包率） |
傳感和視頻數(shù)據(jù)傳輸 | 20Mbps/每臺機器人 | 10Mbps/每臺機器人 | 50ms | 連續(xù)覆蓋試點范圍 | 10 | <10-5 |
遠程控制 | 10ms |
五、測試床解決方案架構
(一) 測試床應用場景
場景1（工業(yè)AR設備點檢）：
客戶需求
玉柴的機加生產線具有很多高價值機床設備，需要定期對設備進行點檢。玉柴傳統(tǒng)的方式還是采用人工抄寫紙質表單的方式進行設備點檢，急需要通過信息化手段升級關鍵設備的點檢方式。玉柴希望在五工段機加生產線的HELLER加工中心使用AR終端對40-50臺機加工設備進行智能化點檢，具體需求為：
1. 希望通過AR眼鏡實現(xiàn)設備維修時前后端的交互。
2. 智能識別設備，管理設備信息，包括維修，保養(yǎng)，點檢記錄，設備狀態(tài)等。
業(yè)務功能：
通過給點檢人員佩戴AR眼鏡，可以將AR終端所見的實時視頻通過5G SDN網關組建的工業(yè)虛擬專網回傳至平臺，平臺通過對畫面進行智能分析，將點檢人員需要了解的關鍵信息（如廠區(qū)環(huán)境參數(shù)，設備運行狀況，耗損情況等）發(fā)回至AR眼鏡終端，疊加在現(xiàn)實畫面上，以幫助點檢人員準確判斷點檢設備是否出現(xiàn)異常。當出現(xiàn)異常時，后臺技術人員可通過AR眼鏡攝像頭拍攝的實時畫面了解異常狀況，并向廠區(qū)人員下達實時指令及現(xiàn)場操作指導等信息。通過5G移動邊緣計算技術，保證虛擬畫面疊加至現(xiàn)實景象的低時延，以消除眩暈感。
通過平臺，主要可實現(xiàn)以下功能：
1. 智能識別生產設備，通過AR終端管理設備信息，包括維修，保養(yǎng)，點檢記錄，設備狀態(tài)等；2. 點檢人員與后端技術人員的實時音視頻交互；
3. 可作為教學直播平臺，利用實際點檢、維修過程培訓新技師；
4. 平臺可存儲一段時間內的點檢，維修視頻數(shù)據(jù)，并提供調閱功能，可作為后期事故分析及追責的主要依據(jù)。
業(yè)務流程圖：
場景2（智能機器人巡檢）：
客戶需求：
玉柴廠區(qū)內設置了一個變電站，站內最高電壓11w伏。目前完全依賴人工進行巡檢，共3個巡檢班，每班2人，一天共巡檢6次，每個班每天巡檢兩次。巡檢設備包括變壓器、電流互感器、斷路器、隔離刀閘、避雷器、PT端子線等，巡檢內容包括對儀表數(shù)值檢查和記錄、器件破損檢查、溫度檢測、聲音檢測等。目前的問題在于巡檢項目很多，人工成本高；一些設備和儀表位于6米以上的高處，人工查看難度大；變電站環(huán)境比較危險，工人人身安全保障要求高。
綜上，玉柴希望能使用智能機器人自動化巡檢的方式，減少人工巡檢的工作量。
業(yè)務功能：
智能巡檢機器人通過搭配各類傳感器，紅外傳感技術，音視頻識別技術等，可安全高效的完成巡檢任務，是未來巡檢的重要方式。智能巡檢機器人可定時，定點，定路徑巡檢，根據(jù)不同場景，按需制定巡檢方案。巡檢過程中，通過5G網絡回傳實時高清巡檢畫面、設備信息、環(huán)境信息等，系統(tǒng)通過對收集到的數(shù)據(jù)進行人工智能分析判斷廠區(qū)設備或環(huán)境是否存在異常。后臺人員可對機器人進行遠程實時控制，以對廠區(qū)某些地點進行重點巡查，節(jié)省大量人力物力。通過5G移動邊緣計算技術降低機器人指令傳輸時延，已滿足對機器人進行遠程實時控制的要求。
智能機器人巡檢應用的主要功能：
1. 機器人可搭載多種傳感器和高清攝像頭，可對巡檢對象的溫度、聲音、震動等環(huán)境參數(shù)進行檢測；
2. 機器人可拍攝高清的現(xiàn)場畫面并進行無線回傳；
3. 平臺可對設備及儀表畫面進行智能分析，識別儀表數(shù)據(jù)及設備的異常狀況；
4. 平臺可對人臉、行為、物體擺放等進行智能識別，對異常環(huán)境狀況或人員行為進行實時告警；
5. 機器人具備自主移動，自我管理，自動避障，自動充電等功能，同時通過平臺，可由人工對機器人進行遠程操控。
業(yè)務流程圖：
(二) 測試床重點技術
1. 5G：5G技術在低時延、工廠應用的高密度海量連接、可靠性、以及網絡移動性管理等方面具備顯著優(yōu)勢，為移動設備的數(shù)據(jù)穩(wěn)定傳輸提供了強有力的保障，打破了傳統(tǒng)工業(yè)有線傳輸?shù)慕d。因此，5G的發(fā)展可以真正實現(xiàn)信息化和工業(yè)化的深度融合。
2. 增強現(xiàn)實：通過將工廠內設備信息和虛擬世界信息進行“無縫”集成，從而把原本在現(xiàn)實中難以觀察到的信息（溫度，產品編號，故障代碼等），通過設備建模，模擬仿真后再與真是場景疊加，將虛擬的設備信息實時應用到真實世界，讓工人直觀的觀察到設備的實時運行狀態(tài)。
3. 機器人巡檢：智能巡檢機器人通過搭配各類傳感器，紅外傳感技術，音視頻識別技術等，可定時，定點，定路徑巡檢。巡檢過程中，通過5G網絡回傳實時高清巡檢畫面、設備信息、環(huán)境信息等，系統(tǒng)通過對收集到的數(shù)據(jù)進行人工智能分析判斷廠區(qū)設備或環(huán)境是否存在異常。
(三) 技術創(chuàng)新性及先進性
本測試床利用5G技術的高速率、低時延、高可靠、網絡切片和移動邊緣計算等特性，與人工智能技術進行有機的結合，創(chuàng)造出基于5G的智能巡檢業(yè)務，可大幅提升工廠內的巡檢效率。通過5G的低時延高可靠特性可大大提高對智能機器人遠程控制的實時性和可靠性，從而可利用機器人對廠區(qū)進行有效的自動巡檢。
同時5G的高速率和低時延可大幅提高AR應用的實時性，大幅降低AR眼鏡的眩暈感，使得AR技術可真正應用于工業(yè)領域。結合人工智能技術的機器人巡檢與工業(yè)AR點檢業(yè)務可大幅提高巡檢和點檢效率和效果。
(四) 測試床解決方案架構
六、預期成果
(一) 測試床的預期測試結果，針對測試項
工業(yè)AR設備點檢：在降低人力成本的同時，可以解決維修人員水平參差不齊的問題，提升設備維修效率。并保證巡檢結果100%的電子化，實現(xiàn)設備狀態(tài)及保養(yǎng)信息的即時查看。實現(xiàn)的主要功能點如下：
1. 智能識別生產設備，通過AR終端管理設備信息、包括維修、保養(yǎng)、點檢記錄、設備狀態(tài)等；
2. 點檢人員與后端技術人員的實時音視頻交互；
3. 可作為教學直播平臺，利用實際點檢、維修過程培訓新技師；
4. 平臺可存儲一段時間內的點檢，維修視頻數(shù)據(jù)，并提供調閱功能，可作為后期事故分析及追責的主要依據(jù)。
機器人巡檢：每天可節(jié)省6個人的巡檢工作，并且還可以保證7*24小時全天候巡檢。可實現(xiàn)的功能如下：
1. 機器人可搭載多種傳感器和高清攝像頭，可對巡檢對象的溫度、聲音、震動等環(huán)境參數(shù)進行檢測；
2. 機器人可拍攝高清的現(xiàn)場畫面并進行無線回傳；
3. 平臺可對設備及儀表畫面進行智能分析，識別儀表數(shù)據(jù)及設備的異常狀況；
4. 平臺可對人臉、行為、物體擺放等進行智能識別，對異常環(huán)境狀況或人員行為進行實時告警；
5. 機器人具備自主移動，自我管理，自動避障，自動充電等功能，同時通過平臺，可由人工對機器人進行遠程操控。
(二) 經濟效益
利用AR眼鏡對工廠內設備進行日常檢查維修可極大的提升效率，減少維護人員的投入成本，并可以將誤操作給設備帶來的潛在安全風險降至最低。傳統(tǒng)車間設備是依靠工人憑借自身經驗對設備進行維護，對工人的專業(yè)技能要求很高，且依然難以保證工人可以應對所有故障問題。而利用AR技術，前端維護人員可在后端技術專家的實時指導下對所有設備的突發(fā)狀況進行有效的應對。
可利用巡檢機器人代替人工對變電站進行日常的巡檢工作，大幅減少人員的投入。一個300平方米左右的變電站一天需要12人次的巡檢（不保障夜間巡檢）。而一臺巡檢機器人則可以承擔上千平方米的變電站的日夜巡檢，可以大大節(jié)省電力公司的運營成本。
(三) 社會價值
“4G改變生活，5G改變社會”，這是各行各業(yè)對5G的普遍認知。但5G技術尚未得到實際的應用，因此，通過在工業(yè)領域智能巡檢應用中利用5G網絡進行實時的數(shù)據(jù)傳輸，可以有效的驗證5G的傳輸速率，穩(wěn)定性等特性，不僅可以加速發(fā)展工業(yè)的無線網絡體系，突破現(xiàn)有有線傳輸?shù)慕d，實現(xiàn)工業(yè)的智能化巡檢。同時還可以加速5G在各行各業(yè)應用的速度，給社會經濟，生活帶來革命性的影響。
七、交付件
最終交付AR眼鏡5套、巡檢機器人1套、集中巡檢管理平臺；
八、測試床使用者
廣西玉柴機器集團有限公司
九、知識產權說明
中國移動享有本測試床的全部知識產權，負責項目的研發(fā)測試。廣西玉柴擁有使用權，包括巡檢機器人，AR眼鏡以及巡檢管理平臺。其中，數(shù)據(jù)模型屬于雙方共有。
十、部署，操作和訪問使用
平臺部署在中國移動IDC/云計算資源池上，并為廣西玉柴相關人員提供訪問權限。
十一、 資金
預計約為400萬。
十二、 時間軸
時間 | 任務 | 具體工作 | 輸出內容 |
2018.4-2018.5 | 需求分析 | 與合作方溝通確認示范項目具體需求 | 示范方案、網絡建設需求表 |
2018.5-2018.6 | 方案制定 | 完成網絡建設方案，完成端到端業(yè)務解決方案 | 網絡建設方案 |
2018.7-2018.8 | 業(yè)務驗證方案 | 完成業(yè)務驗證方案 | 業(yè)務驗證方案 |
2018.9-2018.10 | 業(yè)務采購 | 完成業(yè)務采購需求凍結 | 采購需求上會材料，技術需求說明書 |
2018.10-2018.11 | 網絡建設 | 完成網絡建設，并達到業(yè)務需求指標 | 試點網絡 |
2018.10-2019.3 | 業(yè)務采購 | 完成業(yè)務類采購 | 業(yè)務類采購合同 |
2018.10-2019.3 | 業(yè)務部署 | 完成業(yè)務部署，具備業(yè)務示范能力，進行初步業(yè)務示范 | 業(yè)務示范 |
2019.4-2019.12 | 業(yè)務驗證 | 完成業(yè)務驗證，進行業(yè)務示范，完成業(yè)務示范總結 | 業(yè)務示范 |
聲明
本報告所載的材料和信息，包括但不限于文本、圖片、數(shù)據(jù)、觀點、建議，不構成法律建議，也不應替代律師意見。本報告所有材料或內容的知識產權歸工業(yè)互聯(lián)網產業(yè)聯(lián)盟所有（注明是引自其他方的內容除外），并受法律保護。如需轉載，需聯(lián)系本聯(lián)盟并獲得授權許可。未經授權許可，任何人不得將報告的全部或部分內容以發(fā)布、轉載、匯編、轉讓、出售等方式使用，不得將報告的全部或部分內容通過網絡方式傳播，不得在任何公開場合使用報告內相關描述及相關數(shù)據(jù)圖表。違反上述聲明者，本聯(lián)盟將追究其相關法律責任。
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聯(lián)系電話：010-62305887
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