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Mar 07,2018

基于工业物联网的通信设备制造系统

      爱立信南京工厂成立于1992年,是爱立信在国内第一个合资企业。作为爱立信全球最大的制造及供应链基地,南京工厂生产多种无线设备,支持全球300多个已发布产品。
     在爱立信与中国移动大力发展NB-IoT技术的背景下,双方签署合作协议,打造基于工业物联网的通信设备制造测试床。爱立信南京工厂被选为这次试点的合作单位。


一、关键词
利用NB-IoT和eMTC等移动通信技术对生产制造的多个环节进行监控、互联,通过生产数据的关联分析,实现对生产的数字化改造。

二、测试床项目概述
 
1. 痛点
爱立信南京工厂主要生产基站射频模块,属于传统电子装配制造业,现在面临着快速NPI,多品种并行,产品类差异大,生命周期长短不一,订单量不均衡,信息化技术整合不足等典型生产问题。此外爱立信南京工厂运用大量的独立系统运营业务,全面覆盖订单管理,计划管理,产品管理,库房管理,生产执行,物流管理等信息化的需求;但是同时也存在比较严重的信息孤岛效应,各个系统和工具之间数据不互通,需要大量的人工处理和协调。

2. 目标
基于工业物联网的通信设备制造测试床旨在验证利用NB-IoT等先进通信技术完成对仓储、生产、测试、包装等多个环节的监控和管理、多个生产管理系统间相互协同以及多种工业数据关联分析,从而实现生产的数字化、信息化。测试床包括:
多环节的监控和管理:利用NB-IoT和eMTC等移动通信技术对现有仓储、生产、测试、包装等多个环节进行改造,实现对物料、设备、产品、质量等多方面可追踪,可管理。
生产管理系统互联:将现存的多个独立的生产管理系统互联,完成数据流的整合,实现各子系统之间的协同工作。
多种工业数据关联分析:利用大数据和机器学习算法,将各个制造执行系统的数据进行多维度关联分析,挖掘数据价值,实现生产过程的数字化改造。


三、测试床项目解决方案
1.   解决方案架构
根据工业互联网产业联盟所发布的整体架构,并在联盟的指导下,本测试床整体架构如图1所示。测试床在原有RFID、Ethernet等基础上增加了对NB-IoT和eMTC通信技术的支持。由于采用了授权频谱,避免了其它信号干扰;而基于公众移动网络的通信,在保证信息安全的同时,也无需单独部署网络基础设施。工厂运行数据采集上来提交到本地云平台,在云平台上对数据进一步整合,分析,为上面的各种应用提供能力支撑。


图1 基于工业物联网的通信设备制造系统

2.   物理平台
蜂窝物联网网络:搭建支持NB-IoT和eMTC的蜂窝物联网覆盖,连接OneNet物联网数据平台,利用其广覆盖,低功耗,中低速率传输的特性完成生产数据的传输和管理
数据采集模块:基于NB-IoT/eMTC模组的通信协议,使用不同类型的传感器模块采集生产过程中的各种数据,应用于生产流程管控,质量管理,设备工具维保等领域
各种生产管理系统的服务器:订单系统、物料系统、产品信息系统、跟踪追述系统、测试系统、SMT系统、资产管理系统、MES系统
自动化系统: PLC和相关传感器设备
执行机构:伺服电机、气缸、电缸、电爪、机械手臂、电枪

3.   软件平台
软件平台的主要功能包括:
接入层:接入层提供多种接入方式,保证上层系统收集到更多的生产运行数据。
分发层:分发层负责将接入层数据以设定好的格式提交给上层,并将上层响应分发到相应的设备。
服务层:服务层是整个平台的核心,主要提供数据处理、系统管理、设备管理、位置管理及其它平台辅助功能。
表示层:表示层负责现有生产执行系统的访问,以获取当前生产情况。另外对上层应用提供一个统一的访问和展示接口。




图2 基于工业物联网的通信设备制造系统展示界面

4.   分布式配置接口
测试床软件使用 Rest API和物联网OneNet接口获得IoT的应用数据
测试床软件和子系统采用不同的数据通信协议,包括SOAP,Web service,RDMS,TCP/IP,HTTP等多种,可根据需要灵活选用。

5.   测试床预期效果
a.   经济效益
生产过程可视化:对工厂内各主要设备进行数据采集并统一呈现,实现仓储、厂内物流、表面封装、总装、测试等5个环节可视化80%以上。
精细化管理:根据生产过程中采集的数据对人员及生产安排进行精细化管理,提升生产线效率10%。
快速响应:打通从订单到发货的信息流,缩短调度响应时间20%,提高生产柔性。
降低维护成本:建立维护设备使用情况监控系统,对设备的状态和利用率等进行有效管理,通过多维度关联分析,降低装配和测试设备的维护成本15%,提升设备维护质量和利用率。
b.   商业及社会价值
通过将NB-IoT和eMTC等先进通信技术与生产制造相结合,可以对生产进行实时监控,并进一步结合数据分析,优化生产流程、提升生产效率。从而从整体上提升社会生产率和资源利用效率。


四、测试床当前情况
1.   测试床当前建设情况
a.   已经完成的工作及获奖情况
实现测试床主体功能,包括接入层、分发层和部分服务层及表示层的工作
实现了七个案例在爱立信南京工厂的案例落地,包括智能螺丝刀、测试维护、ANDON系统、消防设备监控、产出监控分析等。
智能螺丝刀产品化设计完成,将在2018年初在工厂批量部署
上海MWC智能制造案例展示及中国双创大会展示
参加世界物联网博览会(无锡),荣获两项大奖
中国移动政企“和智造”工业物联网创新展示
北京通信展ICT智慧城市创新产品大奖

b.   2018年工作重点:
端到端(芯片、模组、网络)的验证及完善—2018年一季度
端到端的网络性能验证—2018年一季度
智能螺丝刀的规模性试商用—2018年一季度
爱立信智慧工厂的展示中心落地建成—2018年一季度
实现测试床的进一步优化—2018年二季度
携手合作伙伴进行相关应用领域的方案落地及初步行业推广—2018年二季度
新的应用案例开发—2018年三季度
对不同应用建立数据分析模型,通过深度挖掘,提升生产效率和智能化水平—2018年三季度

2.   测试床合作伙伴组成及各自提供组件描述

a.   参与单位
爱立信(中国)通信有限公司
中国移动

b.   分工
爱立信
设备层:提供接入终端模块
平台层:提供系统的软硬件环境,包括数据存储、分析、地理信息系统等。
应用层:基于平台的工业应用
安全评测、数据挖掘
商业模式探索
中国移动
系统设计指导
网络基础设置
端到端数据采集及分析解决方案
商业模式探索

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