賽特斯信息科技股份有限公司

1 目標和概述

某鋁業作為1958年建廠的大型鋁產品制造加工企業，建廠時間長導致企業內部各產線投產時間不一，造成內部設備各自為治的局面。本方案旨在利用5G網絡，占地2300畝構建通信高速路；通過邊緣計算網關、邊緣計算平臺與定制化應用實現運行監控自動化、功能組件智能化、決策輔助可視化的目標。

本方案依托在園區內構建的5G專網與賽特斯自主研發的邊緣計算平臺，保證企業核心工藝數據安全，滿足企業數據不出廠的基本要求。現階段的實施包括8大場景：可視化數字工廠、生產能耗管理、污水處理管理、鋁板表面瑕疵監測、鋁板生產工藝監控、鋁板出庫監管、工區安防監控、OICT數據融合中心。場景覆蓋南平鋁業總廠、輕量化分廠、板帶分公司。

本方案創新點在于以OICT融合數據中心為核心，運用5G、邊緣計算、AI、傳感等技術實現廠區內鋁板生產過程的覆蓋，通用技術與定制化流程相結合，具有衍生復制與快速落地的能力。

2 方案介紹

冶煉行業邊緣計算融合創新方案以邊緣計算平臺為核心，通過5G專網實現園區內通訊鏈路的搭建，利用邊緣計算網關與邊緣計算平臺構建企業內部OICT融合數據中心。現場業務以邊緣計算網關為橋梁聯通工業現場設備與邊緣計算平臺內的應用，邊緣計算平臺部署在南平鋁業數據中心內，通過專線與運營商網絡相連，在邊緣計算平臺上部署用戶面功能（UserPlaneFunction，UPF）實現5G數據的本地化處理。本階段在南平鋁業能實現以下8大功能。

（1）可視化數字工廠：在工廠鋁板加工產前的數字化聯網，采用邊緣計算網關將中頻爐、冷棒機械手、熱棒機械手、擠壓機、風箱工藝、上牽引機、下牽引機等設備的生產數據、運行日志與缺陷告警通過5G高速網絡實時回傳至邊緣計算平臺，進行可視化展示。

根據生產數據實現生產節拍、生產進度、生產效率等相關信息的綜合展示，為企業提供生產進度可視、故障位置可見、生產效率可觀的綜合展示能力。南平鋁業新擠壓車間3D可視化數字孿生應用如圖1所示。

圖1 南平鋁業新擠壓車間3D可視化數字孿生應用

（2）生產能耗管理：廠區內部通過布置互感器、更換智能計量設備、采集現有數字化儀表實現數據全量采集，根據工廠排產計劃動態監控水、電、氣的能耗情況，根據歷史數據為企業提供排產與用能建議，并向企業提供多維度靈活分析報表。南平鋁業綜合能耗管理應用如圖2所示。

圖2 南平鋁業綜合能耗管理應用

（3）污水處理管理：在鋁板表面加工過程中會產生有毒有害廢水，工廠建有污水處理池，分為調節池、中和池、反應池、沉淀池、清水池，配備鼓風機、攪拌機、壓濾機等專有器材。當前采用人工方式管理，無自動化手段，有潛在隱患。本次通過在污水處理現場增設邊緣計算網關實時掌握污水廠運作狀況（污水液位、儲氮管、液堿、硫酸、絮凝劑等），同時增設電控閥門、聲光告警裝置。邊緣網關在邊緣側實時分析運作情況，在邊緣側以邊邊協同能力針對上游車間發出聲光預警，在緊急情況下排污口進行控制手段。

（4）鋁板表面瑕疵監測：鋁板表面處理完成后，原采用人工抽檢，監測效率低、監測精度差、漏檢誤報等現象時有發生。在生產環節增設矩陣相機配合邊緣計算網關，通過專用模型進行實時分析處理。提供鋁板表面漆炮、噴流、臟點、露底、擦花、桔皮、起坑等缺陷的實時分析，并與產線聯動，在可視化數字工廠提升良品率指標。如圖3、圖4所示。

圖3 南鋁板帶鋁卷表面檢

圖4 鋁卷材料表面檢統計分析應用

（5）鋁板生產工藝監控：在鋁板生產卷裝環節，鋁材表面溫度為重要考量指標，關系到產品表面整潔度。改造前采用手動采集鋁材溫度、人工開啟降溫風扇加快降溫的方式，存在無法全局掌控板材溫度、風扇啟停調度粗獷、板材擺放不合理等問題。通過邊緣計算網關調度實時掌控各貨架鋁板溫度，基于降溫預測模型實現有序地降溫操作，提高鋁板良品率，優化車間用能，提高車間生產效率。

（6）鋁板出庫監管：改造前南平鋁業出庫管理是貨車司機持出庫單進行提貨，提貨前后對車輛進行稱重用于復核發貨重量。本次改造通過攝像頭、地泵、聲光告警等設備與邊緣計算網關進行聯動，邊緣計算網關調配地磅數據、視頻數據、聲光告警設備實現鋁板無人出庫。大幅提升出庫效率，有效提高準確度，減少舞弊現象的發生。

（7）工區安防監控：改造前場內安防監控通過人工方式進行巡查。人工巡查存在工作強度大、人員疲勞造成漏判等問題。將現有系統與邊緣計算平臺打通，在尚未布線的區域可以通過5GCPE靈活地新增攝像頭監控點位。在邊緣計算平臺上部署的視覺AI安防功能可以實現安全規范（安全操作、安全帽、電工鞋、工裝等），避免違規操作（帶電作業、違章操作）、區域跨越（禁區、危險區）、風險隱患（明火、煙霧、吸煙）。南平鋁業無人值守地磅應用架構圖如圖5所示。

圖5 南平鋁業無人值守地磅應用架構圖

（8）OICT數據融合中心：企業內部分為工控網、生產網、辦工網等，通過本次OICT數據融合中心改造將三網貫通，并采用相應安全隔離層數，保證系統數據安全。將傳統的信息孤島進行融合，加以5G邊緣計算平臺為其在場內構建出按需擴展的通路、本地可控的基礎設施平臺，為后續部署企業進一步數字化轉型提供堅實基礎。5GAI視覺安防（智慧天眼）如圖6所示，南鋁板帶風機無人化控制改造如圖7所示。

圖6 5G AI視覺安防（智慧天眼）

圖7 南鋁板帶風機無人化控制改造

3 代表性及推廣價值

在本次推行5G邊緣計算改造中提升生產效率35%，自項目建成，累計為工程節約能耗費用600萬元，節約人員成本1200萬元。在當地以及行業內部起到良好的標桿示范作用，相關應用場景在行業內具有廣泛適用性，并可以輻射帶動當地制造業企業。

本次項目為企業提供一種可復制的降本增效手段，預計年均為企業創造產值近千萬元。同時在冶煉與鋁加工行業作為重污染行業，通過邊緣計算賦能為工區內增設一面環保屏障。

摘自《自動化博覽》2022年2月刊