引言/導(dǎo)讀
在后疫情時代，挑戰(zhàn)與機(jī)遇并存。除了要應(yīng)對錯綜復(fù)雜的客戶消費(fèi)需求和市場的快速演變，生產(chǎn)企業(yè)還面臨成本與質(zhì)量進(jìn)一步持續(xù)優(yōu)化的考驗(yàn)，為了在利潤空間日趨收窄，產(chǎn)品交期逐漸縮短，需求波動愈發(fā)頻繁的情勢下時刻保留一席之地，制造企業(yè)必須利用工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)，對自身進(jìn)行數(shù)字化轉(zhuǎn)型升級，賦能價值鏈，尋求新契機(jī)。基于此，博世汽車電子中國區(qū)開啟了工廠的數(shù)字化轉(zhuǎn)型。并同步啟動了“數(shù)據(jù)驅(qū)動”模式下的智慧工廠項(xiàng)目。即：采用工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)實(shí)現(xiàn)價值流內(nèi)閉環(huán)的智能管控，推動工廠從數(shù)字化，互聯(lián)化向智能化的邁進(jìn)。
博世汽車電子中國區(qū)立足于卓越運(yùn)營，在生產(chǎn)智能方面，曾榮獲江蘇省智能制造突出貢獻(xiàn)獎，擁有兩座“江蘇省智能車間”，分別為：汽車電子事業(yè)部傳感器測試車間和防抱死系統(tǒng)九代電控單元生產(chǎn)車間。在2019年底被評選為工信部“智能制造標(biāo)桿企業(yè)”。
然而我們追求卓越的腳步并未停止。基于5G的超高速，超大連接及超低時延的關(guān)鍵能力，和萬物互聯(lián)的應(yīng)用場景，我們啟動了5G在生產(chǎn)制造領(lǐng)域的試點(diǎn)。此舉將極大地推動我們智能制造的實(shí)施，助力“數(shù)據(jù)驅(qū)動”模式下的智慧工廠的實(shí)現(xiàn)。為實(shí)現(xiàn)智能制造環(huán)節(jié)中的數(shù)據(jù)驅(qū)動，需花大力打造數(shù)據(jù)驅(qū)動模式下的工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)標(biāo)桿工廠應(yīng)用場景，力求業(yè)務(wù)與技術(shù)同步發(fā)展，依托工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)平臺，綜合運(yùn)用數(shù)據(jù)采集與集成應(yīng)用、建模分析與優(yōu)化等技術(shù)，實(shí)現(xiàn)制造系統(tǒng)各層級優(yōu)化，以及產(chǎn)品、工廠資產(chǎn)和商業(yè)的全流程優(yōu)化。
該項(xiàng)目需求主要為了實(shí)現(xiàn)以下內(nèi)容：生產(chǎn)調(diào)度和物料配送實(shí)現(xiàn)機(jī)器自動補(bǔ)料和AGV自動運(yùn)輸。實(shí)現(xiàn)車間內(nèi)的生產(chǎn)執(zhí)行系統(tǒng)與企業(yè)資源管理系統(tǒng)（ERP）互聯(lián)，真正做到實(shí)物流與信息流的實(shí)時匹配。人工智能技術(shù)（AI）和大數(shù)據(jù)分析實(shí)現(xiàn)質(zhì)量精進(jìn)，實(shí)現(xiàn)信息共享，確保員工的標(biāo)準(zhǔn)化操作。工廠通過數(shù)字化轉(zhuǎn)型在工廠各層級各領(lǐng)域的驅(qū)動，互聯(lián)從供應(yīng)商端到客戶端的信息，在數(shù)據(jù)平臺集成并儲存生產(chǎn)過程中產(chǎn)生的數(shù)據(jù)，從而實(shí)現(xiàn)產(chǎn)品價值鏈的全流程透明化。此外，工廠還使用人工智能（AI）和大數(shù)據(jù)分析技術(shù)更好地實(shí)現(xiàn)了制程優(yōu)化、問題排除和預(yù)測預(yù)警。全面的信息互通和共享保證工廠制程與生產(chǎn)工藝的全面優(yōu)化。
工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)，數(shù)字化，智能化，互聯(lián)化，價值流閉環(huán)。
發(fā)起公司和主要聯(lián)系人聯(lián)系方式
博世汽車（部件）蘇州有限公司
中國電信股份有限公司蘇州分公司
無。
自2014年始，博世集團(tuán)就在調(diào)研5G的應(yīng)用。在2019年，我們開始啟動5G在生產(chǎn)制造領(lǐng)域的試點(diǎn)。在蘇州工業(yè)園區(qū)管委會的大力支持和協(xié)調(diào)統(tǒng)籌下，博世汽車電子中國區(qū)和中國電信蘇州于2020年4月雙方達(dá)成合作協(xié)議，共同探索5G技術(shù)，助力智能制造，合力打造“數(shù)據(jù)驅(qū)動”下的智慧工廠。本項(xiàng)目主要圍繞5G的增強(qiáng)寬帶、海量連接、低延時、高可靠等特性，逐步測試實(shí)現(xiàn)在量產(chǎn)模式下的全生產(chǎn)要素互聯(lián)，實(shí)現(xiàn)產(chǎn)品全生命周期的實(shí)時數(shù)據(jù)跟蹤和追溯。
整個項(xiàng)目分三階段實(shí)施，第一階段基于中國電信高品質(zhì)5G網(wǎng)絡(luò)實(shí)現(xiàn)面向生產(chǎn)執(zhí)行系統(tǒng)（MES）去中心化的接入功能；第二階段將通過5G+MEC來完成5G和博世內(nèi)網(wǎng)的融合；同步開展第三階段，驗(yàn)證包括PLC及傳感器數(shù)據(jù)回傳、AR、VR、高清視頻、大數(shù)據(jù)分析和邊緣計(jì)算等場景在內(nèi)的更多5G+工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)在生產(chǎn)中的應(yīng)用技術(shù)案例。
聚焦在"行業(yè)+技術(shù)+應(yīng)用"的融合創(chuàng)新，博世將5G技術(shù)融合到智能制造的場景中，助力"智慧工廠"建設(shè)，最終實(shí)現(xiàn)"數(shù)據(jù)驅(qū)動工廠"的愿景。即通過獲取、分析、和應(yīng)用企業(yè)內(nèi)外部數(shù)據(jù)進(jìn)行決策的過程，在實(shí)現(xiàn)產(chǎn)品價值鏈的全流程透明化的基礎(chǔ)上，利用人工智能和大數(shù)據(jù)分析等技術(shù)更好地實(shí)現(xiàn)流程優(yōu)化、問題解決和預(yù)測分析，全面的信息互通和共享保證人員始終在合適的時間確切的地點(diǎn)進(jìn)行正確的操作。作為博世集團(tuán)汽車與智能交通技術(shù)業(yè)務(wù)領(lǐng)域首批步入5G時代的制造企業(yè)，博世蘇州將成為率先在博世全球?qū)?G融入實(shí)際量產(chǎn)的試點(diǎn)。
5G助力的“數(shù)據(jù)驅(qū)動模式下”的智慧工廠項(xiàng)目，目前計(jì)劃的主要應(yīng)用包含：設(shè)備互聯(lián)，人員互聯(lián)和產(chǎn)品互聯(lián)。以及產(chǎn)品全生命周期的數(shù)據(jù)跟蹤和追溯。利用基于5G的邊緣計(jì)算來支持生產(chǎn)實(shí)時監(jiān)控并動態(tài)優(yōu)化制程的大數(shù)據(jù)分析。主要實(shí)現(xiàn)：
1. 生產(chǎn)線設(shè)備全互聯(lián)。產(chǎn)品生命周期全追溯。
2. 擴(kuò)大設(shè)備數(shù)據(jù)采集范圍。利用5G技術(shù)，在不改動設(shè)備的情形下，加裝物聯(lián)傳感器，采集更多設(shè)備信息來輔助數(shù)據(jù)分析，從而實(shí)現(xiàn)工藝優(yōu)化。
3. 基于以上數(shù)據(jù)基礎(chǔ)，對生產(chǎn)設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)進(jìn)行實(shí)時監(jiān)控、進(jìn)行故障自動報(bào)警和診斷分析。利用5G超帶寬、低延遲特性，借助AR、VR技術(shù)實(shí)現(xiàn)人機(jī)互聯(lián)快速問題解決。
根據(jù)博世汽車電子中國區(qū)的“數(shù)據(jù)驅(qū)動工廠”愿景，業(yè)務(wù)與技術(shù)需同步發(fā)展。依托5G+工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)平臺，綜合運(yùn)用數(shù)據(jù)采集與集成應(yīng)用，實(shí)現(xiàn)在量產(chǎn)模式下的“數(shù)據(jù)驅(qū)動”智能制造。
根據(jù)該戰(zhàn)略，在量產(chǎn)中試點(diǎn)的5G應(yīng)用項(xiàng)目應(yīng)助力推動工廠從數(shù)字化，互聯(lián)化向智能化的邁進(jìn)。基于此，我們在試點(diǎn)的5G應(yīng)用項(xiàng)目將聚焦在設(shè)備層面，并遵循以下設(shè)計(jì)理念：
1. 數(shù)字化：擴(kuò)大設(shè)備數(shù)據(jù)采集范圍。利用5G技術(shù)，在不改動設(shè)備的情形下，加裝物聯(lián)傳感器，采集更多設(shè)備信息來輔助數(shù)據(jù)分析，從而實(shí)現(xiàn)工藝優(yōu)化。
圖3：博世物聯(lián)傳感器采樣精度
2. 互聯(lián)化：首先，擴(kuò)大設(shè)備互聯(lián)范圍，對生產(chǎn)線設(shè)備進(jìn)行全互聯(lián)。并基于現(xiàn)有博世生產(chǎn)執(zhí)行系統(tǒng)（Nexeed MES），利用5G技術(shù)，實(shí)現(xiàn)去中心化的生產(chǎn)過程中各環(huán)節(jié)的數(shù)據(jù)集成和產(chǎn)品價值鏈的全流程數(shù)字化。其次，利用5G超帶寬、低延遲特性，借助AR、VR技術(shù)實(shí)現(xiàn)人機(jī)互聯(lián)快速問題解決。
圖4：博世AR遠(yuǎn)程專家在線輔助項(xiàng)目的體驗(yàn)
智能化：基于采集的數(shù)據(jù)，對生產(chǎn)設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)進(jìn)行實(shí)時監(jiān)控、進(jìn)行故障自動報(bào)警和診斷分析。通過5G技術(shù)接入設(shè)備，實(shí)現(xiàn)對加裝的物聯(lián)傳感器、控制器等各類設(shè)備的數(shù)據(jù)采集，建立設(shè)備參數(shù)優(yōu)化模型，實(shí)現(xiàn)參數(shù)智能配置。
博世汽車部件（蘇州）有限公司汽車電子事業(yè)部工廠生產(chǎn)車間內(nèi)的所有設(shè)備都已百分之百連入網(wǎng)絡(luò)。采用現(xiàn)場總線、以太網(wǎng)和分布式控制系統(tǒng)等信息技術(shù)和控制系統(tǒng)，建立了車間級工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)。博世汽車部件（蘇州）有限公司汽車電子事業(yè)部還和蘇州工業(yè)園區(qū)和中國電信江蘇分公司合作進(jìn)行生產(chǎn)區(qū)域中的5G試點(diǎn)。
本項(xiàng)目采用大數(shù)據(jù)、數(shù)據(jù)倉庫、非關(guān)系型數(shù)據(jù)庫等工廠的數(shù)據(jù)和IT架構(gòu)戰(zhàn)略在生產(chǎn)現(xiàn)場基于數(shù)據(jù)可視化管理、數(shù)據(jù)分析和數(shù)據(jù)建模對生產(chǎn)過程中工藝流程進(jìn)行快速優(yōu)化與調(diào)整。運(yùn)用機(jī)器視覺，語音識別等人工智能技術(shù)完善產(chǎn)品質(zhì)量、優(yōu)化工藝及提升生產(chǎn)效率。
? 5G網(wǎng)絡(luò)下的產(chǎn)線數(shù)據(jù)采集
生產(chǎn)環(huán)節(jié)中，所有產(chǎn)品在生產(chǎn)第一個工藝由制造執(zhí)行系統(tǒng)的序列號生成器生成一個唯一序列號并通過激光刻碼機(jī)刻錄一個二維碼在產(chǎn)品規(guī)定的位置，所有生產(chǎn)工藝的生產(chǎn)數(shù)據(jù)和物料數(shù)據(jù)都鏈接到這個唯一的二維碼信息并存儲在制造執(zhí)行系統(tǒng)里。所有生產(chǎn)設(shè)備工藝都由可編程邏輯控制器（PLC)或工業(yè)電腦（IPC)通過5G通訊連接到制造執(zhí)行系統(tǒng)（MES),實(shí)現(xiàn)所有產(chǎn)品在所有工藝上的實(shí)時流程管控和質(zhì)量管控，確保產(chǎn)品的完美質(zhì)量和生產(chǎn)信息的透明，所有數(shù)據(jù)存儲在制造執(zhí)行系統(tǒng)的數(shù)據(jù)庫里，定期歸檔，確保產(chǎn)品數(shù)據(jù)全程可追溯。
以電子線路板加工導(dǎo)通性測試設(shè)備為例，通過對測試機(jī)臺的基于5G網(wǎng)絡(luò)的數(shù)據(jù)采集后對后臺文件進(jìn)行解析，將解析出來的數(shù)據(jù)進(jìn)行處理，并依據(jù)寫入的正態(tài)規(guī)則自動完成數(shù)據(jù)分析并預(yù)設(shè)預(yù)警值及控制極限。被處理過的數(shù)據(jù)，都保存在一個公共數(shù)據(jù)庫中。通過可視化的數(shù)據(jù)界面開發(fā)，形成了根據(jù)需求定義的報(bào)告格式。與此同時，生產(chǎn)測試過程中產(chǎn)生的不良和偏差，也都可以透明化的呈現(xiàn)出來。因?yàn)閷?shù)據(jù)剖析的深刻，透明化的不良和偏差等級，不僅僅針對機(jī)臺層面，更有針對每一個測試端點(diǎn)的實(shí)時偏差呈現(xiàn)。工程師和生產(chǎn)技術(shù)人員，能夠獲得實(shí)時的數(shù)據(jù)報(bào)告。
? 5G+AI AOI視覺檢測
本項(xiàng)目中基于5G技術(shù)同時引入人工智能技術(shù)，實(shí)現(xiàn)人工智能中圖像識別在光學(xué)檢測站的應(yīng)用（AI@AOI）。由于汽車行業(yè)對產(chǎn)品安全性要求非常高，在汽車電子生產(chǎn)制造環(huán)節(jié)的末端，用自動光學(xué)檢測設(shè)備（AOI）來檢測產(chǎn)品的焊接質(zhì)量，從而確保提供高品質(zhì)產(chǎn)品給客戶。由于設(shè)備是自動檢測，為了降低質(zhì)量風(fēng)險(xiǎn)，會對參數(shù)進(jìn)行加嚴(yán)，在檢測到真實(shí)不良的同時會產(chǎn)生誤報(bào)-非真實(shí)不良產(chǎn)生，故每臺光學(xué)檢測設(shè)備（AOI）都會配備目檢員對機(jī)器報(bào)警進(jìn)行二次確認(rèn)。由于員工本身存在技能的差異性和狀態(tài)的不穩(wěn)定性，我們也一直在探索新的方案對光學(xué)檢測設(shè)備（AOI）報(bào)警進(jìn)行確認(rèn)。人工智能之圖像識別在光學(xué)檢測站的應(yīng)用（AI@AOI）這個項(xiàng)目就是以大數(shù)據(jù)為基礎(chǔ)（上百萬張圖片），采用神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)深度學(xué)習(xí)，并制定專門的與之匹配數(shù)學(xué)邏輯，采用神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)深度學(xué)習(xí)，并制定專門的與之匹配數(shù)學(xué)邏輯，使其具備預(yù)測性，由系統(tǒng)來自動判斷AOI報(bào)警到底是好的產(chǎn)品還是不好的產(chǎn)品，代替人的作業(yè)，從而實(shí)現(xiàn)自動化智能化并且更精準(zhǔn)的判斷。同時，人工糾正后的信息會自動成為該人工智能（AI）系統(tǒng)的輸入，進(jìn)而做到神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)深度學(xué)習(xí)模型的自優(yōu)化，從而不斷提升AI系統(tǒng)預(yù)判定的準(zhǔn)確率。
? 5G邊緣云化AGV
對于廠內(nèi)物流優(yōu)化，博世集團(tuán)正在基于5G網(wǎng)絡(luò)內(nèi)部推行廠內(nèi)物流執(zhí)行系統(tǒng)（IES）。這是一套用于內(nèi)部和外部客戶的內(nèi)部物流的互操作軟件解決方案。該系統(tǒng)的主要重點(diǎn)是將所有內(nèi)部物流運(yùn)輸工具（如牛奶車，叉車和自動引導(dǎo)車（AGV））集成到一個軟件系統(tǒng)中。在擁有不同品牌，不同種類車輛的復(fù)雜環(huán)境中，通過5G網(wǎng)絡(luò)形成低時延的快速響應(yīng)，同時利用IES系統(tǒng)即時將運(yùn)輸訂單分配到正確的車輛，以最大程度地提高流程效率。
? 5G+數(shù)字孿生
對于資產(chǎn)故障管理和優(yōu)化，通過5G網(wǎng)絡(luò)下的數(shù)據(jù)實(shí)時性采集，同時運(yùn)用三維人機(jī)交互3D-HMI技術(shù)完成設(shè)備故障的在線診斷與預(yù)警。實(shí)現(xiàn)設(shè)備故障虛擬3D定位。即當(dāng)設(shè)備發(fā)生故障時，故障組件可以在虛擬3D中高亮并快速定位，縮短技術(shù)員排查故障的時間。采用遠(yuǎn)程真3D視角監(jiān)控設(shè)備運(yùn)動，掌握產(chǎn)線運(yùn)行狀態(tài)，實(shí)現(xiàn)虛擬現(xiàn)實(shí)動作同步。可以在虛擬組件上配置多種信息（組件文檔，物料信息，工程信息），實(shí)現(xiàn)組件相關(guān)信息的快捷查看。我們還計(jì)劃，在2021年底通過對歷史運(yùn)行數(shù)據(jù)的匯集與故障數(shù)據(jù)收集，訓(xùn)練故障預(yù)測模型，實(shí)現(xiàn)廠內(nèi)設(shè)備的預(yù)測性維護(hù)。
利用三維人機(jī)交互3D-HMI進(jìn)行在線診斷
實(shí)施方案及周期
實(shí)施方案
1、進(jìn)行業(yè)務(wù)需求的收集和分析，根據(jù)覆蓋范圍以及網(wǎng)絡(luò)實(shí)際情況，設(shè)計(jì)和規(guī)劃專網(wǎng)方案；
2、基站側(cè)：開通RAN sharing功能，并配置基站共享參數(shù)；
3、傳輸側(cè)：從傳輸機(jī)房拉線至客戶機(jī)房，在A/B設(shè)備上為專網(wǎng)設(shè)置VLAN并配置路由；
4、MEC側(cè)：在客戶機(jī)房搭建熱備方案，并和基站進(jìn)行對接，建立S1鏈路；
5、網(wǎng)絡(luò)優(yōu)化側(cè)：在覆蓋范圍內(nèi)進(jìn)行測試優(yōu)化，確保良好覆蓋和合理的切換；
6、運(yùn)行維護(hù)。
考慮到廠區(qū)應(yīng)用所有數(shù)據(jù)需滿足博世公司要求，所涉及所有數(shù)據(jù)需5G無線內(nèi)網(wǎng)中傳輸，本項(xiàng)目網(wǎng)絡(luò)方案采用5G專網(wǎng)+MEC邊緣計(jì)算方案，組網(wǎng)架構(gòu)見下圖。其中MEC位于S1接口靠近基站位置，采用通用的硬件設(shè)備和邊緣云軟件平臺，連接博世（蘇州）工廠多個宏基站及室分信號。
基于5G MEC的專網(wǎng)組網(wǎng)方案
其中MEC部署在蘇州電信機(jī)房，作為網(wǎng)絡(luò)邊緣計(jì)算平臺，和公網(wǎng)EPC共用基站資源，專網(wǎng)的控制面和業(yè)務(wù)面流量均與公網(wǎng)EPC隔離。公網(wǎng)用戶接入NR，S1 traffic正常路由接入EPC，不經(jīng)過MEC設(shè)備。企業(yè)專網(wǎng)用戶通過專屬PLMN，接入MEC設(shè)備，專網(wǎng)用戶數(shù)據(jù)直接通過專網(wǎng)的傳輸鏈路到達(dá)MEC設(shè)備，傳向企業(yè)服務(wù)器，專網(wǎng)數(shù)據(jù)不經(jīng)過公網(wǎng)核心網(wǎng)。且MEC無需對EPC做任何的軟件和硬件上的改動，僅需要本地修改基站部分路由的數(shù)據(jù)（如TAC參數(shù)）即可。
MEC邊緣計(jì)算結(jié)合5G網(wǎng)絡(luò)的組網(wǎng)方案具有超帶寬（本地服務(wù)，不受核心網(wǎng)帶寬限制）、低時延（本地處理，適合工業(yè)自動化等重要通訊應(yīng)用）、大連接（本地計(jì)算，內(nèi)容匯整增強(qiáng)，減少傳輸負(fù)荷）、高可靠性（企業(yè)業(yè)務(wù)在本地處理，具有更高的安全性）的特點(diǎn)，可為移動終端提供更好的業(yè)務(wù)體驗(yàn)。充分解決Wifi干擾大、安全性低、容量低以及以太網(wǎng)移動性差的難題。
本方案中專網(wǎng)用戶和公網(wǎng)用戶通過PLMN實(shí)現(xiàn)業(yè)務(wù)隔離，MEC會給用戶分配專屬PLMN。專網(wǎng)用戶業(yè)務(wù)面和控制面流量均指向MEC，專網(wǎng)用戶通過MEC建立專屬連接，數(shù)據(jù)流量經(jīng)傳輸專線直接路由至MEC，并到企業(yè)內(nèi)網(wǎng)。公網(wǎng)用戶通過原鏈路連接到公網(wǎng)EPC，不經(jīng)過MEC，正常訪問公網(wǎng)業(yè)務(wù)。專網(wǎng)用戶和公網(wǎng)用戶互不干擾，業(yè)務(wù)完全隔離，MEC為企業(yè)提供一個高度安全可靠的內(nèi)網(wǎng)環(huán)境。基站設(shè)備通過光纖匯聚到傳輸設(shè)備上，通過傳輸專線接到MEC交換機(jī)上，MEC通過專線連接企業(yè)核心匯聚節(jié)點(diǎn)設(shè)備，并打通企業(yè)服務(wù)器。MEC會對終端周期性廣播PLMN、APN等信息，允許專屬PLMN的終端接入企業(yè)內(nèi)網(wǎng)。
上行路由方案：從基站往MEC方向。
上行專網(wǎng)路由：專網(wǎng)用戶接入基站，透過傳輸專線將業(yè)務(wù)traffic送達(dá)MEC，最終到達(dá)企業(yè)服務(wù)器。
下行路由方案：從MEC往基站方向。
下行專網(wǎng)路由：企業(yè)服務(wù)器所有業(yè)務(wù)traffic，會通過MEC及傳輸專線，到達(dá)基站。
為實(shí)現(xiàn)MEC和EPC(公網(wǎng))共享LTE載波，方案將公網(wǎng)用戶和專網(wǎng)用戶劃分到不同的資源池內(nèi)，通過基站資源智能調(diào)度算法，為公網(wǎng)和專網(wǎng)用戶分配特定資源，保障專網(wǎng)用戶業(yè)務(wù)體驗(yàn)。
另外，針對專網(wǎng)用戶鑒權(quán)原理和實(shí)現(xiàn)方式，為確保只有企業(yè)內(nèi)的特定用戶才能使用專網(wǎng)業(yè)務(wù)，MEC提供了對用戶的多重鑒權(quán)方式。
專網(wǎng)用戶只能通過專屬PLMN和專屬APN接入MEC設(shè)備。同時MEC設(shè)備會對想要登錄的終端的SIM卡的IMSI進(jìn)行鑒別，僅允許在MEC中被寫入相應(yīng)信息的終端登錄。鑒權(quán)過程如下圖。
專網(wǎng)數(shù)據(jù)鑒權(quán)過程
博世汽車（蘇州）廠區(qū)內(nèi)所有終端通過專屬的PLMN來接入基站，當(dāng)PLMN不正確時，基站將拒絕連接。當(dāng)PLMN正確時，終端能夠接入基站，此時終端將發(fā)送APN信息和SIM卡信息到MEC設(shè)備進(jìn)行設(shè)備的鑒權(quán)。當(dāng)APN和SIM卡信息符合MEC內(nèi)設(shè)置的信息時，終端才能接入MEC，進(jìn)而接入企業(yè)內(nèi)網(wǎng)。
數(shù)據(jù)備份方面，MEC支持高可靠性硬件配置方式，透過兩臺相同硬件的服務(wù)器，提供熱備份，一旦有任何問題發(fā)生即切換到另一臺服務(wù)器，確保服務(wù)可靠性。主MEC故障時1秒內(nèi)可以切換到備MEC，當(dāng)備用MEC上線后，基站和MEC重新建立鏈路，之后終端重連后網(wǎng)絡(luò)端到端恢復(fù)。
方案自主研發(fā)性、創(chuàng)新性及先進(jìn)性
本項(xiàng)目中基于5G+MEC博世專屬5G內(nèi)網(wǎng)的優(yōu)勢：
優(yōu)勢一：低時延。內(nèi)部數(shù)據(jù)傳輸通過mec智能判斷，直連服務(wù)器平臺，縮短路由，降低時延，滿足工業(yè)自動化要求。
優(yōu)勢二：超帶寬。本地部署相關(guān)應(yīng)用服務(wù)，不受其他應(yīng)用及核心網(wǎng)帶寬限制。
優(yōu)勢三：大連接。本地工業(yè)控制器、掃碼槍、平板、攝像頭等多種終端接入，匯聚mec,內(nèi)容匯整增強(qiáng)，減少傳輸負(fù)荷。
優(yōu)勢四：高可靠性。透過兩臺相同硬件的服務(wù)器，提供備份，一旦有任何問題發(fā)生即切換到另一臺服務(wù)器，確保服務(wù)可靠性。
優(yōu)勢五：高安全性。所有專網(wǎng)用戶內(nèi)部機(jī)密數(shù)據(jù)皆無需經(jīng)過公網(wǎng)，對于專網(wǎng)用戶，核心網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行鑒權(quán)和定義訪問內(nèi)部網(wǎng)絡(luò)的權(quán)限，電信級別的網(wǎng)絡(luò)防護(hù)，無需第三方平臺，將網(wǎng)絡(luò)受攻擊的可能性降低到最低。
優(yōu)勢六：可控可管。宏微（站）結(jié)合，優(yōu)選分布式室內(nèi)皮站進(jìn)行覆蓋，故障定位易，靈活擴(kuò)容，支持5G網(wǎng)絡(luò)演進(jìn)，同時可對企業(yè)接入終端用戶進(jìn)行個性化設(shè)置管理，減小設(shè)備故障概率、提高生產(chǎn)效率。
優(yōu)勢七：低成本。運(yùn)營商提供獨(dú)特的企業(yè)LTE接入解決方案， 快速、安全、優(yōu)質(zhì)覆蓋，移動性好，擺脫傳統(tǒng)有線、無線WI-FI等繁雜組網(wǎng)及后期維護(hù)困難問題，降低企業(yè)TCO 成本。
? 系統(tǒng)安全方面，分三個方面來保障博世汽車（蘇州）數(shù)據(jù)安全：
1. 網(wǎng)絡(luò)隔離：從終端，到基站，到傳輸網(wǎng)，到MEC，公網(wǎng)業(yè)務(wù)與MEC業(yè)務(wù)高度隔離：
專網(wǎng)終端與公網(wǎng)終端駐留不同的PLMN網(wǎng)絡(luò)，相互之間不干擾；基站上聯(lián)口公網(wǎng)業(yè)務(wù)與MEC業(yè)務(wù)通過VLAN隔離，使用不同網(wǎng)段；傳輸B設(shè)備到MEC、B設(shè)備到公網(wǎng)核心網(wǎng)使用的是不同VLAN，不同網(wǎng)段；基站只將專網(wǎng)終端的數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)到MEC，公網(wǎng)數(shù)據(jù)不會流向MEC，確保公網(wǎng)數(shù)據(jù)安全；MEC反向訪問不到公網(wǎng)業(yè)務(wù)相關(guān)的任何節(jié)點(diǎn)。
2、安全機(jī)制：終端和MEC雙向認(rèn)證，確保安全性。
3、NAT和防火墻：MEC與企業(yè)網(wǎng)之間有NAT與內(nèi)置的linux防火墻,可根據(jù)需要添加過濾規(guī)則，或者部署其他安全軟件。
同時，本套組網(wǎng)方案具備高可靠性保證。MEC支持高可靠性硬件配置方式，透過兩臺相同硬件的服務(wù)器，提供熱備份，一旦有任何問題發(fā)生即切換到另一臺服務(wù)器，確保服務(wù)可靠性。當(dāng)部署MEC熱備份方案，主MEC故障時1秒內(nèi)可以切換到備MEC，當(dāng)備用MEC上線后，基站和MEC重新建立鏈路，之后終端重連后網(wǎng)絡(luò)端到端恢復(fù)。
? 5G無線空口安全方面：
5G的空口安全包括兩部分，無線接入層安全（AS）和非接入層安全（NAS）。5G所采用的空口加密與完保機(jī)制如下圖：
空口安全保護(hù)機(jī)制
整體加密機(jī)制采用的是對稱密鑰加密體制，即發(fā)送數(shù)據(jù)和接收數(shù)據(jù)的雙方使用相同的密鑰進(jìn)行機(jī)密和解密運(yùn)算。加密作用：為了保證數(shù)據(jù)安全、防竊聽。完保作用：保證數(shù)據(jù)完整、防重攻擊。
? 加密算法：
5G采用數(shù)據(jù)流加密機(jī)制，用算法和密鑰一起產(chǎn)生一個隨機(jī)秘鑰流，再和數(shù)據(jù)流XOR一起產(chǎn)生加密后的數(shù)據(jù)流。解密方只要產(chǎn)生同樣的隨機(jī)秘鑰流就可以了。用于生成偽隨機(jī)密鑰流（KEYSTREAM）的加密算法NEA包括：NEA0 空算法；128-NEA1 SNOW 3G算法；128-NEA2 AES算法；128-NEA3 ZUC算法。
加密流程圖解
? 完整保護(hù)算法：
5G無線安全保護(hù)在PDCP協(xié)議層實(shí)現(xiàn)：首先基于PDCP PDU(header + data part)計(jì)算出MAC-I(32bit)放在PDU尾部，然后對PDCP PDU的data part和MAC-I加密。5G基于如下完保算法NIA生成32bit的消息認(rèn)證碼MAC-I，所用算法包括：NIA0 空算法；128-NIA1 SNOW 3G算法；128-NIA2 AES算法；128-NIA3 ZUC算法。
完整保護(hù)加密流程
? 5G定制專網(wǎng)安全方面
安全解決方案框架如下圖所示：
5GC安全防護(hù)策略如下圖：核心網(wǎng)網(wǎng)元劃分VPC，硬件獨(dú)立，硬FW隔離。
2B MEC的主要安全風(fēng)險(xiǎn)如下圖所示：
針對風(fēng)險(xiǎn)1：
分隔安全域、邊界防護(hù)示意圖
實(shí)現(xiàn)安全域分隔：MEC分為三個安全域，同時采用VPC技術(shù)作安全域隔離，UPF如基于規(guī)模或者流量的需要，可以做基于I層的硬件隔離；VPC之間通過vFW或FW隔離。
? 安全域1：承載UPF，也就是與核心網(wǎng)邊緣安全域
? 安全域2：承載MEC平臺與運(yùn)營商自有應(yīng)用；
? 安全域3：第三方應(yīng)用，VM隔離；
實(shí)現(xiàn)邊界防護(hù)：
? N6口采用FW+IPS組合進(jìn)行邊界防護(hù)
? N3部署SecGW，與RAN實(shí)現(xiàn)IPSec加密通信
? 可選擇N4部署FW/SecGw，與5GC實(shí)現(xiàn)安全通信
針對風(fēng)險(xiǎn)2：
配置MEC集中威脅監(jiān)測處置：
? 建設(shè)針對MEC的SOC：實(shí)現(xiàn)攻擊行為、異常流量監(jiān)測，支持自動化響應(yīng)
? 構(gòu)建2B客戶視圖的安全運(yùn)營管理中心：支持對第三方App、主機(jī)異常監(jiān)控，能夠?qū)EC內(nèi)部的VM、容器提供異常攻擊行為的監(jiān)測；
設(shè)備安全威脅及策略：
將數(shù)據(jù)下沉遭受攻擊的情況分為以下兩種情況，設(shè)備安全威脅及解決策略下表所示：
a) 從近端攻擊：物理近端接觸，破壞、竊取或更換MEC部件進(jìn)行攻擊
b) 從外部接口發(fā)起攻擊
MEC對外接口安全威脅及策略：
針對風(fēng)險(xiǎn)3、4：
針對風(fēng)險(xiǎn)5，6：
構(gòu)建企業(yè)5G私網(wǎng)：
? 通過APN/DNN等方案組成企業(yè)子網(wǎng)，只允許無線側(cè)接入；
? 人，卡，機(jī)多因子鑒權(quán)；機(jī)卡綁定；企業(yè)AAA二次鑒權(quán)，僅特定終端可以訪問；
? 配置基站白名單，基站僅允許專網(wǎng)用戶接入（需額外配置）：
規(guī)劃建設(shè)獨(dú)立DNN，本地MEC作為邊緣UPF，為園區(qū)區(qū)域規(guī)劃獨(dú)立TA區(qū)，規(guī)劃獨(dú)立MEC DNN。省份專網(wǎng)AMF上配置指定TA表和號段（號碼）關(guān)聯(lián)，并配置接入限制白名單，用戶從指定基站接入后，AMF根據(jù)用戶接入的TA和號碼匹配白名單，通過白名單匹配的用戶，可以接入，白名單號碼在UDM中簽約區(qū)域漫游限制，不允許從其他TA下接入。
企業(yè)內(nèi)部用戶簽約獨(dú)立DNN，可以正常使用；企業(yè)外用戶，也會接入到獨(dú)立DNN，但是會被拒絕認(rèn)證，導(dǎo)致無法使用5G。企業(yè)內(nèi)網(wǎng)用戶附著激活后由SMF根據(jù)獨(dú)立DNN選擇本地MEC UPF，對邊緣業(yè)務(wù)進(jìn)行本地流量卸載，實(shí)現(xiàn)業(yè)務(wù)流量不出園區(qū)。
業(yè)務(wù)流程：
1. 企業(yè)用戶終端（白名單用戶）進(jìn)行5G激活附著；
2. AMF配置根據(jù)TAI+DNN選擇SMF；
3. SMF通過DNN選擇UPF；企業(yè)用戶使用特定行業(yè)DNN，選擇MEC UPF 根據(jù)數(shù)據(jù)報(bào)文的用戶面路由轉(zhuǎn)發(fā)。
4. 企業(yè)用戶移動到企業(yè)園區(qū)外，AMF中斷終端會話，強(qiáng)制用戶下線。
5. 企業(yè)外用戶（非白名單用戶）無法激活，在園區(qū)內(nèi)無法正常使用5G。
確保網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)機(jī)密性和完整性：
? 建立數(shù)據(jù)傳輸加密管道，包括空口加密完保、基站與MEC IPSec加密、MEC與企業(yè)云IPSec加密傳輸；
? 企業(yè)應(yīng)用層自身加密、CPE安全隧道；
保障MEC運(yùn)維安全：在中心云構(gòu)建統(tǒng)一的MEC運(yùn)維堡壘機(jī)。
管理區(qū)域部署堡壘機(jī)，對運(yùn)維人員進(jìn)行統(tǒng)一認(rèn)證、單點(diǎn)登錄、授權(quán)、操作審計(jì)等，主帳號過雙因素動態(tài)口令認(rèn)證加強(qiáng)安全性堡壘機(jī)部署在管理維護(hù)區(qū)，部署位置靈活，路由可達(dá)即可核心交換機(jī)旁掛VPN，外網(wǎng)運(yùn)維人員、2B客戶應(yīng)用維護(hù)人員通過VPN隧道安全接入內(nèi)網(wǎng)，登錄堡壘機(jī)系統(tǒng)進(jìn)行統(tǒng)一運(yùn)維操作；禁止直接登錄設(shè)備和云平臺。
實(shí)施規(guī)劃周期
從實(shí)施周期僅供參考，根據(jù)實(shí)際情況調(diào)整。
各階段任務(wù) | 工作內(nèi)容 | 部門 |
項(xiàng)目啟動 | 項(xiàng)目啟動，職責(zé)分工 | All |
租纖布放 | MEC至傳輸設(shè)備專線布放 | 電信 |
MEC到貨 | MEC硬件設(shè)備到貨 | 諾基亞 |
MEC安裝 | MEC設(shè)備安裝 | 電信 |
IP規(guī)劃 | MEC至企業(yè)、基站、傳輸B設(shè)備的IP/VLAN規(guī)劃 | 電信/企業(yè) |
MEC部署 | MEC軟件部署和調(diào)測 | 諾基亞 |
MEC聯(lián)調(diào) | MEC與企業(yè)/基站IP路由調(diào)測，實(shí)現(xiàn)終端ping通企業(yè)服務(wù)器 | 諾基亞/電信/企業(yè) |
多業(yè)務(wù)調(diào)測 | 企業(yè)業(yè)務(wù)測試及時延優(yōu)化 | 電信/企業(yè)/諾基亞 |
1. 項(xiàng)目維護(hù)和服務(wù)方案如下：
事件或故障定義和描述
? 事件或故障定義和描述
該大客戶發(fā)生影響業(yè)務(wù)的網(wǎng)絡(luò)故障或重要業(yè)務(wù)阻斷障礙。
? 事件或故障的影響面分析
影響大客戶網(wǎng)絡(luò)或重要業(yè)務(wù)的通信。
2. 事件或故障處置原則
? 障礙申告
1）在客戶端現(xiàn)場的故障修復(fù)過程中，要求現(xiàn)場維護(hù)人員每30分鐘向客戶調(diào)度中心匯報(bào)障礙處理的情況和進(jìn)展；
2）并根據(jù)重要大客戶業(yè)務(wù)故障處理的問題升級制度，將故障情況逐級向上報(bào)告；
? 障礙處理
1）客戶端現(xiàn)場維護(hù)人員在接到用戶障礙申告后，應(yīng)迅速作出響應(yīng)；
2）對客戶端的故障處理應(yīng)嚴(yán)格遵守大客戶故障處理流程（或與客戶簽訂的差異化服務(wù)協(xié)議或SLA服務(wù)協(xié)議）；
3）本著“對客戶負(fù)責(zé)到底”的原則，并遵循“先搶通，后排障”的原則在規(guī)定的時間內(nèi)恢復(fù)業(yè)務(wù)。
? 處理結(jié)束
1）應(yīng)認(rèn)真聽取并記錄用戶的意見和建議，耐心解答用戶提出的問題；同時詳細(xì)記錄故障現(xiàn)象及故障處理過程，并向客戶調(diào)度中心反饋處理結(jié)果與情況；
2）故障處理完畢后，應(yīng)在客戶端繼續(xù)觀察10分鐘（重復(fù)發(fā)生的故障應(yīng)適當(dāng)延長時間），確認(rèn)故障已經(jīng)徹底排除，業(yè)務(wù)恢復(fù)穩(wěn)定后，方能離開；
? 物料拿取和放置自動化。實(shí)現(xiàn)動態(tài)化多區(qū)域無人物流：減少50%廠內(nèi)物流管理成本和30%在線物料庫存。
? 利用數(shù)據(jù)分析進(jìn)行的工藝監(jiān)控和優(yōu)化要求的樣本完整性提高接近真實(shí)場景，確保分析結(jié)果的準(zhǔn)確度，為機(jī)器學(xué)習(xí)和深度學(xué)習(xí)打下良好基礎(chǔ)：基于此目的IT基建成本減少50%；實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)線“無感”改造和快速部署。
? 量產(chǎn)情況下，實(shí)現(xiàn)實(shí)時AI算法結(jié)果反饋，確保缺陷產(chǎn)品的實(shí)時在線自動分流：同工藝，AI視覺檢測的比例達(dá)到99%；光學(xué)檢測的工藝成本降低50%。
隨著智能制造和工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的成熟，制造型企業(yè)對于設(shè)備的連接數(shù)量，生產(chǎn)布局的靈活程度以及更靈活的通訊模式都有了越來越高的要求。基于有線和wifi的網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)在連接數(shù)、數(shù)據(jù)傳輸?shù)确矫娲嬖谥T多的限制。5G技術(shù)的發(fā)展正好契合了工業(yè)化4.0的進(jìn)程需要。
連接數(shù)的大量提升：隨著各類IOT技術(shù)的使用在生產(chǎn)設(shè)備上需要用來采集的數(shù)據(jù)越來越多，5G對客戶端連接能力的提升解除了這一類限制。
網(wǎng)絡(luò)連接的靈活性：90%的工業(yè)生產(chǎn)的設(shè)備是基于有線網(wǎng)絡(luò)，這樣的模式限制了設(shè)備模塊化和產(chǎn)線的靈活再組的期望，5G讓生產(chǎn)線的布局更加的靈活。
端對端的通訊模式：在工業(yè)生產(chǎn)信息化后，數(shù)據(jù)中心化的IT架構(gòu)使得每臺設(shè)備必須經(jīng)過數(shù)據(jù)機(jī)房的服務(wù)器進(jìn)行數(shù)據(jù)交互，服務(wù)器的性能在很大程度上制約著生產(chǎn)進(jìn)程。5G的D2D技術(shù)可以讓生產(chǎn)回歸到真實(shí)，實(shí)現(xiàn)去數(shù)據(jù)中心化。
博世與中國電信簽約共建5G智慧工廠，是蘇州工業(yè)園區(qū)5G+工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)先行先試的典范，是園區(qū)聚力創(chuàng)新、推進(jìn)產(chǎn)業(yè)升級進(jìn)程中，需要重點(diǎn)發(fā)展的模式。以本次共建5G智慧工廠為契機(jī)，持續(xù)打造園區(qū)5G+工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)標(biāo)桿項(xiàng)目，形成可復(fù)制可推廣的經(jīng)驗(yàn)，拉動園區(qū)整體產(chǎn)業(yè)發(fā)展，成為園區(qū)"金字招牌"。
主要驗(yàn)證項(xiàng)目5G網(wǎng)絡(luò)覆蓋、5G網(wǎng)絡(luò)特性和5G行業(yè)應(yīng)用效果。
5G應(yīng)用測試的基本程序：
收集資料-----現(xiàn)場踏勘------編制測試方案----測試前的設(shè)備調(diào)試（調(diào)試至正常工作狀態(tài)）-----現(xiàn)場測試并采集影像資料-----影像判讀與編輯------數(shù)據(jù)總結(jié)及測試報(bào)告-----編寫技術(shù)總結(jié)報(bào)告-----提交評估測試報(bào)告。
1. 3GPP TS 38.521 Release 15
2. 具體應(yīng)用場景的相關(guān)行業(yè)規(guī)范（若有）
對5G網(wǎng)絡(luò)性能需求：
根據(jù)工廠量產(chǎn)應(yīng)用的要求，對5G網(wǎng)絡(luò)的關(guān)鍵指標(biāo)要求如下：
編號 | 應(yīng)用名稱 | 上行帶寬 （Mbps） | 下行帶寬 （Mbps） | 最大時延 （ms） | 可靠性 |
1 | MES@Edge | 10 | 500 | 10 | 99.999% |
2 | AI輔助圖像質(zhì)檢 | 50 | 10 | 8 | 99.999% |
3 | Sensor數(shù)據(jù)采集 | 5 | 10 | 8 | 99.999% |
? 儀器和方法
本次測試儀器采用5G商用終端或?qū)Ｓ脺y試設(shè)備，具體型號如下：
編號 | 終端型號 | 版本號 |
1 | Mate20X | |
2 | CMCC FR01 | |
3 | 專用設(shè)備（若有） |
通過測試，5G“101車間”覆蓋情況為：5G信號強(qiáng)度-80.98dbm，最大下行速率964Mbps，平均下行速率950.12Mbps，最大上行速率116Mbps，平均上行速率92Mbps，平均時延9ms。上述5G網(wǎng)絡(luò)覆蓋測試結(jié)果表明，該項(xiàng)目的被測區(qū)域5G網(wǎng)絡(luò)覆蓋水平達(dá)到行業(yè)應(yīng)用的關(guān)鍵指標(biāo)要求。實(shí)際測試結(jié)果表明，MES生產(chǎn)數(shù)據(jù)采集應(yīng)用場景每條通訊報(bào)文的時長都在20ms以內(nèi)，收發(fā)率100%，可以滿足MES生產(chǎn)系統(tǒng)的通訊要求。
通過檢測，AI輔助圖像質(zhì)檢到MEC的平均時延為8 ms，上行帶寬平均92 Mbps，滿足每秒20張照片的處理需求。通過檢測，Sensor傳感器數(shù)據(jù)采集的線路時延為7 ms，帶寬為100 M，滿足應(yīng)用要求。
編號 | 名稱 | 規(guī)格 | 單位 | 數(shù)量 | 備注 |
1 | 華力建設(shè)、星港變電站、北環(huán)東路與蘇嘉杭交叉西北基站 | AAU5613 | 個 | 3 | |
2 | 博世汽車室分系統(tǒng) | R8149 M182135 | 套 | 4 | 中興 |
MEC邊緣計(jì)算設(shè)備 | AirFrame RM19 DC Compute | 套 | 1 | 諾基亞 | |
4 | AOI內(nèi)置工業(yè)相機(jī)
| TRI | 套 | 1 | Type7500 |
5 | PLC | 倍福，力士樂 | 臺 | 5 | Opcon Plus |
6 | Sensor傳感器 | Keyence ；力士樂
| 套 | 2 | LK-H080；CS系列 |
7 | CPE | NR100 | 臺 | 3 | 四信 |
測試床可復(fù)制性
博世汽車電子中國區(qū)的5G應(yīng)用試點(diǎn)，是基于量產(chǎn)的環(huán)境，在實(shí)際生產(chǎn)線上運(yùn)行的應(yīng)用。一旦試點(diǎn)完成，就可直接復(fù)制。
測試床進(jìn)度說明
博世測試床項(xiàng)目已經(jīng)完成第一、二階段建設(shè)，整體進(jìn)度完成70%左右。第三階段驗(yàn)證主要包括生產(chǎn)設(shè)備PLC及傳感器數(shù)據(jù)回傳、復(fù)合AGV自動上下料及運(yùn)輸、AI視覺檢測集群運(yùn)算等場景在5G網(wǎng)絡(luò)環(huán)境下的應(yīng)用情況。
第三階段場景：
設(shè)備PLC及傳感器數(shù)據(jù)采集
復(fù)合AGV自動上下料及運(yùn)輸
AI視覺檢測集群運(yùn)算
第三階段測試完成情況：
? 設(shè)備PLC及傳感器數(shù)據(jù)采集：已完成多條產(chǎn)線設(shè)備傳感器加裝和關(guān)鍵參數(shù)采集，基本實(shí)現(xiàn)基于AR&3D-HMI的設(shè)備遠(yuǎn)程診斷和控制，下一步開始設(shè)備預(yù)測性維護(hù)平臺搭建，整體已完成80%的測試；
? 復(fù)合AGV自動上下料及運(yùn)：5G環(huán)境下的AGV物料搬運(yùn)已正式上線，博世計(jì)劃將部分AGV通過加裝機(jī)械手改裝成復(fù)合機(jī)器人，這部分工作還在進(jìn)行中，整體已完成60%的測試；
AI視覺檢測集群運(yùn)算:已完成單臺檢測設(shè)備高精度照片實(shí)時上傳至AI處理集群驗(yàn)證，下一步要測試量產(chǎn)情況下多臺檢測設(shè)備同時上傳至處理集群的網(wǎng)絡(luò)傳輸和集群處理能力, 整體已完成30%的測試。