中国联通5G专网赋能工业数字化白皮书2023

中关通chinaunicom中国联通2023年2月 目录1.25G在工业数字化中的关键价值52.15G赋能工业数字化整体架构62.25G工业生产网关键技术83.1施耐德项目–多园区专网赋能“5GLAN+集中化PLC”柔性产线123.2重庆长安项目–5G网算业整体方案使能C2M柔性汽车制造143.3美的集团项目–基于5G专网的家电制造产业链高效协同153.4胜利油田项目–5G远程数采和控制助力油田智能化生产173.5广东仲恺产业集群项目–基于共享5GMEC赋能中小企业产业集群193.6长城精工项目–5.5GuRLLC承载高要求工业自动控制213.7实践案例总结224.1工业5G专网场景化解决方案234.2行业客户自服务平台254.3工业5GMEC应用生态264.4工业5G服务支撑体系28《中国联通5G专网赋能工业数字化白皮书》编写委员会梁鹏┃范济安┃澹台新谱┃刘北阳陈丹┃荆雷┃王常玲┃赫罡┃范斌辛荣寰┃杨锦洲┃史全水┃顾俊肖羽┃傅成龙┃邱学┃赵宇┃王海┃蔡庆宇┃吕涛┃程景浩┃李兴林┃陈坚光┃王振┃李彬┃关少峰┃王海征┃吕轩┃唐尚禹┃张艳┃刘凯┃王建伟┃付秀宁┃张倩┃王世如┃尹瀚华闫丽娜┃乔雷┃余晖┃张亮┃王保兵┃苑东平┃施耐德电气(中国)有限公司 前言底座。工业制造是5G赋能行业的重要领域，随着5G与行业的结合更加深中国联通在工业5G领域进行了积极的技术探索和深入的项目实践国联通基于5G行业专网PLUS产品体系、5GLAN、uRLLC等关键技术，打造了施耐德、长安等多个业界领先的5G工业数字化项目，产网5G化、5G进生产内网、5G承载工业控制，真正实现了5G承载核心生产环节。5G生产网的商用项目实践明确了工业生产网5G化所带来的柔性此次发布的《5G专网赋能工业数字化白皮书》基于中国联通的技术探工业数字化转型”的整体发展方向和蓝图。白皮书对5G成为工业数字化基中国联通5G专网赋能工业数字化白皮书3 第一章工业数字化发展趋势和5G关键价值中国联通5G专网赋能工业数字化白皮书4随着工业数字化深入发展，工业体系架构也不断演进。主要表现为工业3.0时代基于ISA-95的多层金字塔体系架构正向工业4.0时代的两层体系架构发展。MES、SCADA与ERP在本地边缘计算节点上共部署，PLC基于功能和实时性逐渐分化为分布式控制单元DCN和集中化化PLC也部署在本地边缘云，分布式控制单元逐渐与现场设备融合形成智能化设备。新型工业中国联通5G专网赋能工业数字化白皮书▲现从产线工业设备通过5G连接，一跳到平台，通过UPF/MEC作为数和系统对接。基于5G的生产网络可以简化工厂网络系统，建立符合工业4.0新型融合工业体系的工业ICT架构。▲▲工业企业在使用5G作为局域的工业生产专网的同时，也可以利用5G的广域网络特性，实现产业链企业生产设备数据的采集和监控，以及实现对客户侧的远程虚拟现场服务和支持。基于5G的“移中国联通5G专网赋能工业数字化白皮书6 第二章5G赋能工业数字化的技术和方案通常来讲，大型企业需要使用专用的5G网络，包括专用的UPF/MEC节中国联通5G专网赋能工业数字化白皮书对于要求较高的大型企业，或者5G使用程度本地专用的部署形态，建设5G生产网。根据项目实践的情况，5G专网从能力到可靠性方面已经达到通常的车间生产网要求，可支持企业构建基于5G的无线化柔性工厂。企业可使用专用5G基站实现车间内部的5G生产网覆盖，同时使用入驻到工厂机房的UPF/MEC节点，实现所有网络数据的本地处理，并具备本地化的网络控制功能。5G化的生产网可以支持常用的MES、SCADA、WMS等生产业务，以及部分工业控制类业务如集中化PLC等。5G生产网基于5GLAN实现5G与企业网络的无缝对中国联通5G专网赋能工业数字化白皮书82.2.1工业级组网5GLAN网的融合，要求5G具备二层通信能要保障外部网络事件不能够影响内中国联通5G专网赋能工业数字化白皮书一架构统一管理。基于上述考虑，需要使用专享的5GUPF/MEC节点在企业侧部署，结合本地化的现5G进内网的统一架构。▲▲5GMEC边缘计算是5G网内的边缘算力资源，MEC边缘计算的部署与UPF结合，可以简化设备与分析等系统部署在MEC，实现从设备与I/O到服务之间的数据传输和应用处理全程在5G系统内完2.2.2工业级能力▲工业系统尤其是工业自动化控制系统对网络时延有比较高的要求。从3GPPR15开始，5G技术不断发展，以提升5G确定性低时延能力。5G可以针对低时延需求业务配置独立的5QI提供差异化服调度请求）流程引入的等待时延。PDCP层承担着乱序包重排序的功能，避免触发上层的乱序重排。基于上述能力结合UPF下沉部署，可以实现单向空口时延≤10ms，已可满足大量生产网业务时延需随着5G向5.5G演进，为进一步提升5GuRLLC高可靠低时延能力，引入了双频互补TDD技术。通过引入两段频率，分别配置为互补的TDD配比，uRLLC业务以类似FDD的方式联合使用频率一和TDD配比干扰共存等价值，进一步提升5G承载工业控制的能力。5G核心网方面，3GPP从R17开始规划5G系统与应用之间建立周期性业务感知，并定义5G核中国联通5G专网赋能工业数字化白皮书分布式MassiveMIMO技术，将多个普通2.2.3工业级一网多用5G室内定位主要采用3GPP标准的定位协议流程及UTDOA（UplinkTimeDifferenceof定位精度。3GPPR18正定义基于200MHz/300MHz带宽的5G定位功能，从而使5G定位可达到0.3~0.5m的定位精度。室外广域定位能力，对比UWB具有频段低功率大带来的定位穿透能力强等优势。最关键的是，5G室▲传统RFID最早用于服装和商超零售，之后逐步扩展到工业控制、能源电力、物流运输等多个领面向这些挑战，3GPP从R18启动无源物联技术研究和标准工作。无源物联技术充分利用蜂窝基中国联通5G专网赋能工业数字化白皮书 第三章中国联通5G赋能工业数字化实践案例中国联通5G专网赋能工业数字化白皮书施耐德电气是总部在法国的全球电气自动化领域的行业领导者，世界500强企业。其工业▲步达成降耗增效的战略目标2）企业绿色运营：施耐德总部与各工厂网络互通管理成▲柔性产线是施耐德项目的核心诉求和核心价值场景。施耐德项目基于5GLAN成功承载PLC工业控制，并承载实际日常生产作业。基于中国联通5G行业专网PLUS创新架构成功实现5G与企业工业集中PLC对现场设备的控制。此项目实现了5G和PLC南向工业控制的无缝融合，证明了5GLAN架1.5G+PLC工业控制：利用5G+PLC实现柔性产线，降低跨品种产线换型时间，缩短组装产线2.5G+工业数据采集：利用5G采集工厂内产线上各种设备的配置参数及运行状态，并上报至数施耐德工厂将部署至少2000个5GLAN工业终端来实现上述应用。中国联通5G专网赋能工业数字化白皮书 管、5G专网管家平台等，实现总部集约化管理；三个平台使用既有的MPLSVPN专线实现跨厂区互2.行业首商用基于5GLAN的5G+PLC工业4.0柔性产线：采用5G专网30ms@99.95%高可靠能力和PLC南向集中化设计实现传统有线产线向无线柔性产线升级。全球首个采用5GLAN商用部▲5G+PLC带来的柔性产线有效解决了施耐德产能不平衡和投资回报率低带来的矛盾：跨品种产线换型可控制在10分钟内，组装产线的人工工时缩短23%，单条柔性产线可替代3条传统U型线，最终节省47%的投资。5G+PLC南北向打通的成功实践，也为之后5G+云化PLC的落地起到积极的助中国联通5G专网赋能工业数字化白皮书▲并基于5G边缘计算进行vPLC的部署。项目实现了基于5G构建工厂生产网络，替代PLC北向的工业中国联通5G专网赋能工业数字化白皮书 ▲▲基于5GLAN技术，原生支持二层工业以太网协议并承载PLC工业控制，以5G替代有线，产基地。2022年《财富》世界500强排名第245位。美的集团厨热事业部顺德工厂是全球第一大洗碗▲随着美的集团业务的快速发展，利用5G等数字化手段推进智能制造转型和持续改善的产业协同中国联通5G专网赋能工业数字化白皮书▲2.5G+ULCL智能货车自动随行预约：过往美的物流车辆需要手动预登记进入园区，进入后需要人工指引物流货车前往指定停车区域停放，人员定期巡检车辆停放是否规范。通过5G+ULCL智能中国联通5G专网赋能工业数字化白皮书 现3000台物流车实现全自动预约，年节省物流成本3600万元。3.5GLAN+钣金AI视觉检测：过往供应来料存在不良率高、退货返▲▲▲中国联通5G专网赋能工业数字化白皮书▲中国联通5G专网赋能工业数字化白皮书 1.基于5G切片的SLA保障技术：针对不同业务，使用5G切片进行不同业务优先级保障。对于远2.5G大带宽广连接：依托5G大带宽、广连接特性，实现单个基站覆盖150口油井的高密度场景▲5G和MEC作为工业数字化基础设施，也可以基于共享的模式，实现面向产业集群和产业园的数的5G和MEC针对集成中小企业业务差异大、成本敏感等特点，积极探索5G行业专网极简化和5G公▲中国联通5G专网赋能工业数字化白皮书1.5G+数据采集：结合5GMEC边缘云技术及5G切片技术，实现产线设备的泛在连接及时延敏2.5G+AI质检：通过5G搭配深度学习算法及AI视觉技术，对人员工艺行为▲通过搭建一张行业虚拟专网，统一承接集群接部署于MEC平台，实现就近接入，重点面向仲恺电子信息产业集群搭建5G产业集群数字化转型服本次集群项目创新的商业模式，通过面向集群的共享技术体系，为企业提供低成本的5G专网升中国联通5G专网赋能工业数字化白皮书 ▲术（uRLLC探索建设首条5G汽车焊装柔性试制▲1.工具切换场景：5.5GuRLLC可实现主PLC和机械臂控制柜对工具的全生命周期实时监测与▲5.5GuRLLC替代有线承载PLC南向工业控制OT系统。通过互补TDD技术保障高可靠极低时延4ms@99.999%，1年0宕机；支持RT业务和NRT业务一张网，产线扁平化组网，降低组网成本和组网复杂度；利用5.5G承载PROFINET、EthernetNet/IP等工业协议。中国联通5G专网赋能工业数字化白皮书端时延小于4ms并保持高稳。三是工业控制应用创新，5G与工业的融合将加速机器人远实用。通过深度的技术探索以及项目实践，中国联通已经具备了以5G赋能工业制造数字化的核心能中国联通5G专网赋能工业数字化白皮书 第四章中国联通5G专网赋能工业数字化整体体系4.1.1通用5G专网PLUS中国联通基于5GC2B“集中一朵云、分布一张网”的立体网络架构，持续创新5G专网PLUS产中国联通5G专网赋能工业数字化白皮书安全隔离的工业5G专网能力，同时可提供高可靠UPF、5GLAN等专网增值能力，典型案例如施耐4.1.2工业行业专网产品3.0/精密装备制造企业业务的标准版/增强版。标准版基础产品为独享UPF/MEC+5G基站，增强版基础产品为独享5GC/MEC+5G基站；专网增值产品根据装备制造实际业务应用对专网的差异化需求，中国联通5G专网赋能工业数字化白皮书 延优化包(<50ms)等，又如在AR辅助场景中融合AR辅助上行增强包质量发展。中国联通5G专网体系3.0“十大场景化5G4.2.1企业自助运维管理4.2.2工业应用能力开放和协同5G专网管家提供基于专网的终端位置服务。一方面提供终端实时位置信息满足AGV等应用需中国联通5G专网赋