星火有机硅5G智慧工厂
应用案例   2021-09-06
主体单位:
联合单位:

文本框: 江西蓝星星火有机硅有限企业

当前,以数字化、网络化、智能化为本质特征的第四次必威体育革命正在兴起。betway体育亚洲版入口作为新一代信息技术与制造业深度融合的产物,通过对人、机、物的全面互联,构建起全要素、全产业链、全价值链全面连接的新型生产制造和服务体系,是数字化转型的实现途径,是实现新旧动能转换的关键力量。而5G具备高速率大带宽、低时延高可靠、大连接广覆盖的技术特性,可有效满足必威体育业务苛刻的安全性、传输时延及可靠性要求,支撑betway体育亚洲版入口快速落地。

化工行业作为国民经济的重要组成部分,在各国的国民经济中占有重要地位,是许多国家的基础产业和支柱产业。化工行业的发展速度和规模对社会经济的各个部门有着直接影响,世界化工产品年产值已超过15000亿美金。化工行业发展走可持续发展道路对于人类经济、社会发展具有重要的现实意义。

江西蓝星星火有机硅有限企业隶属于中国化工集团的核心企业,是全球最大的上下游一体化有机硅化工生产基地,也是中国民族有机硅的摇篮,在企业发展的过程中,星火有机硅提出了“绿色化、精细化、智能化、国际化和可持续化” 高质量转型升级的战略目标。

一、项目概述

1.   项目背景

2019年江西蓝星星火有机硅有限企业与中国电信股份有限企业九江分企业联合召开“5G+智能化工”星火研讨会,对 “5G+智能化工”星火应用展开讨论,并成立“5G+智能化工”联合创新实验室聚合资源创新实践。

2. 项目概况

实验室经过一年多的探索实践,打造了“基于边缘云的星火有机硅5G+智慧工厂应用”,项目基于中国电信优势的5G云网融合和创新能力,综合运用5G、物联网、人工智能、边缘计算和大数据等技术,围绕企业的安全、质量和效率三大领域的核心诉求,形成了包括5G数字孪生工厂、5G MEC企业专网、5G近红外质量检测、5G摄像头移动监控、5G安防监测、NB在线设备监测、5G作业人员监测、5G智能手机巡检、5G机器人巡检和5G无人机送样在内的十大场景的应用,促进了化工企业数字化和智能化,能够有效提升化工企业的职工人身安全保障、质量管控和生产效率,降低工人劳动强度和企业用工成本。

3. 项目目标

基于星火有机硅在向高质量转型升级的过程中遇到的切实问题,项目主要制定了以下目标:

1)安全生产管理的实时性:通过新技术应用实现安全生产的实时管控、避免重大安全事故、人员事故的发生。

2)生产过程的智能化管理:通过新技术实现有机硅合成工艺过程的自动化和智能化。

3)生产运营效率的提升:通过新技术为企业提供更高效、更智能化的管理手段,实现生产质量效率降本增效。

二、项目实施概述

5G与betway体育亚洲版入口在化工行业的应用,不仅有效地改变企业安全、环保、应急等传统应用模式,而且在企业用工、生产组织方式上会带来新的变化,将为企业提供生产环境数字化、技术装备智能化、生产过程可视化、流程质量可控化、信息传输网络化、管理决策智能化的能力。

1.项目总体架构和主要内容

15G网络建设:2019年,九江电信在星火厂区完成5G网络建设,在厂区内建设了6个宏站和2个室分站,满足了星火园区的5G网络全覆盖,5G大流量、低延时、大接入的技术能力,为实现企业的专网建设、质量的在线检测、人员设备环境的实时监测、多路高清视频的实时传输、生产数据的实时上传等提供了优质网络保障。

(2)5G MEC的部署:在厂区提前部署了5G+MEC,将5G核心网的部署能力下沉到星火园区,通过5G MEC的部署,将5G、4G、NB等运营商网络与企业必威体育内网深度融合,满足智慧工厂全场景安全连接的需要,同时实现企业数据不出厂区,保证必威体育生产数据安全;MEC部署专属应用算法,本地应用端到端时延降低到20ms以下,有效地保障了无人机、机器人以及视频AI分析的应用。

(3)搭建数字孪生工厂平台:通过数字孪生技术,打造集数字孪生可视化、运营管理可视化和业务管理可视化于一体的“5G+智能化工”应用平台。通过5G必威体育网关、智能手环、5G摄像头、5G无人机实现对工厂人、机、物的数 据采集,以此为基础叠加大数据应用构建全新、全要素数字孪生工厂平台,形成装置运行的可视化管理和维护、安全生产的实时化监测和管控、生产作业的智慧化等方向的AI安防检测、在线设备监测、巡送检无人机、巡检机器人等十大场景应用。

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?  通过MEC实现5G、4G、NB等运营商网络与企业必威体育内网深度融合,支撑4G/5G/WiFi等多种制式,为企业全场景连接提供保障,满足智慧工厂全场景安全连接的需要;同时,通过MEC更靠近用户侧部署,一方面从物理和网络层面解决了时延问题,另一方面将内容与计算能力下沉,将业务本地分流,内容本地缓存,本地应用端到端时延降低到20ms,为更多低时延场景应用提供网络保障;通过UPF下沉将运营商网络与企业内网深度融合,实现企业必威体育数据及大量视频数据本地化处理,实现企业数据不出厂区,保证必威体育生产数据安全,为企业的信息安全提供保障。

?  利用大数据模型算法,对化工装置在生产过程中产生的多维度海量数据进行综合分析,精准研判出化工装置的运行状态和运行趋势,并将化工装置的运行状态和趋势简化为一张图,如下图所示,通过图中状态点的移动范围即可实时反映出化工装置的健康情况,同时分析结果实时在数字孪生平台中进行可视化呈现,维护作业人员根据视图可快速、准备地定位出存在问题的装置,同时通过健康趋势的研判也提高了装置/设备的预测性维护率,保证化工装置安全稳定地运行。

?  通过5G必威体育网关、NB智能手环、高清摄像头等载体对工厂人、机、物等多要素进行数据采集和汇聚,形成企业生产数据中心,并通过数字孪生技术将生产过程中的各类实时数据与分析数据精准地映射到厂区的三维仿真地图,实现了工厂生产、管理、运营的可视化,极大地提升了企业生产效率,管理成本降低了20%以上。

?  采用近红外光谱技术,通过将近红外探针置于化工生产过程中的反应釜、管道、罐体中形成近红外光谱图像,利用5G大带宽、低时延的特性,在边缘侧进行图谱分析,在线判断生产过程中成品的质量,大大地缩短产品检测时间,有效地保证了产品质量的稳定性。

?  针对化工企业安全生产,通过自研视频AI算法,并与5G MEC技术相结合,在边缘侧对摄像头采集的视频画面进行实时化分析,对于厂区内出现违规作业行为(如未戴安全帽、未穿防护服、发生烟火等)即时进行多渠道的告警(平台、短信和现场声光),实现化工园区安防监测的实时化和闭环化管理,有效地降低违规行为80%以上。

?  利用5G技术,实现无人机、机器人的自动化控制,并以此为载体,利用5G无人机实现样品的自动化送检,改变了以往“人骑车”的送检模式,将送检间隔从4小时缩短到1小时。同时,通过结合5G机器人对厂区内的化工管廊、塔釜等装置进行空地一体化的巡检,减少人工巡检的“死角”,提高巡检覆盖率。

2 安全及可靠性

通过开放5G网络安全能力、保护化工企业分布在端网边云的资产、应用和数据,支撑化必威体育务安全合规的开展。

1)企业内网边界/私有云安全

?  配置边界防火墙/IPSec网关、MSCG边界网关和AAA服务器,降低和杜绝常见网络威胁,如蠕虫、端口扫描、拒绝服务攻击(DoS)和分布式拒绝服务攻击(DDoS)、木马等。

2)切片安全 (安全管道)

?  采用切片隔离、加密等方式,保证管道安全,防止管理面、信令面攻击。

3)MEC安全

?  过UPF下沉到园区,实现数据不出园区;基站和MEC之间通过IPSEC加密,保证数据传输的安全性;企业内网与MEC之间采用防火墙和NAT安全隔离。

?  5G核心网和MEC间部署防火墙FW1,并启用IPSec VPN:防止外网攻击、5GC信令被非法篡改。

?  在FW1上启用IPS功能,实现入侵防护。

?  5GC和MEC侧UPF间管理面使用TLS:防止网管指令被非法篡改。

?  MEC与安全服务区间部署防火墙FW2,启用IPS功能:隔离园区网络与企业内网。

4)终端安全

?  终端通过VPN加密连接接入到MEC园区网,保护企业数据安全;MEC平台与园区应用APP之间的消息交互采用TLS/SSL加密。

?  双向鉴权和加密:RAN启用5G CPE/5G 摄像头与5G网络进行双向鉴权和加密(5G AKA标准),防止仿冒CPE/5G摄像头接入5G网络。

?  机卡绑定:CPE终端/5G摄像头绑定SIM卡, 防止终端仿冒。

5)安全能力开放

?  基于用户USIM卡和运营商网络的身份认证体系,为第三方应用提供认证服务和安全传输通道。

三、下一步实施计划

1. 在生产领域的应用

通过5G高精定位、5G必威体育数采及反向控制、5G机器人等技术,加快化工行业生产制造的自动化和智能化,减少人员作业,将进一步地提升生产效率、降低安全隐患。

2. 在质量领域的应用

通过5G+AR技术对产线的原材料投送进行精准辅导及分析,利用5G+机器视觉对产品质量进行实时化监测,从生产源头、作业过程加强产品质量的管控,将有效地降低流程化工不良品的发生概率。

3. 在效率领域的应用

通过5G技术构建高品质的企业内外网,打通企业上下游产业链、价值链之间的数据链条,打造企业的betway体育亚洲版入口应用,将有力地助推企业的高质量转型。

四、项目创新点和实施效果

1. 项目创新点

(1)5G MEC实现了5G+betway体育亚洲版入口的全场景连接。

(2)模式化大数据算法精准研判生产装置健康状态。

(3)5G数字孪生工厂应用让工厂管理更加高效化。

(4)浸入式传感器+5G边缘计算实现生产的在线质量检测。

(5)基于5G+AI企业安全生产全要素数据采集与分析。

(6)5G+无人机与机器人实现天地一体化巡检。

2. 实施效果

(1)通过一期项目的落地实施使星火有机硅预防性维修率提升80%、生产管理成本降低20%、样品送检效率提升75%。在工艺安全预判效率提升、生产管理成本降低、产品送检效率、违规行为减少等方面取得实效,有效地提升企业的作业安全、质量管控和生产效率,降低工人劳动强度和企业用工成本。

(2)项目在今年工信部主办的第三届“绽放杯”5G应用征集大赛中荣获“5G+betway体育亚洲版入口”专题赛一等奖、全国总决赛二等奖。

(3)项目成功入选2020年国家重大科技专项03专项智能制造示范

(4)助力江西蓝星星火有机硅有限企业入选江西省2020年首批“5G+betway体育亚洲版入口”示范试点企业。

(5)实验室基于项目的实践经验,形成了《5G+智能化工白皮书》。针对化工行业的安全、质量和效率三大领域,以“5G化工园区专网、云、模式化大数据、安全”四大技术平台为基础,提供十大场景应用方案。


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