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铝加工制造业5G工业互联网 平台解决方案

作者：赛特斯信息科技股份有限公司

1　目标和概述 

某铝业作为1958年建厂的大型铝产品制造加工企业，建厂 时间长导致企业内部各产线投产时间不一，造成内部设备各自 为治的局面。本方案旨在利用5G网络，占地2300亩构建通信高 速路；通过边缘计算网关、边缘计算平台与定制化应用实现运 行监控自动化、功能组件智能化、决策辅助可视化的目标。 

本方案依托在园区内构建的5G专网与赛特斯自主研发的 边缘计算平台，保证企业核心工艺数据安全，满足企业数据不 出厂的基本要求。现阶段的实施包括8大场景：可视化数字工 厂、生产能耗管理、污水处理管理、铝板表面瑕疵监测、铝板 生产工艺监控、铝板出库监管、工区安防监控、OICT数据融 合中心。场景覆盖南平铝业总厂、轻量化分厂、板带分公司。 

本方案创新点在于以OICT融合数据中心为核心，运用5G、 边缘计算、AI、传感等技术实现厂区内铝板生产过程的覆盖，通 用技术与定制化流程相结合，具有衍生复制与快速落地的能力。

2　方案介绍 

冶炼行业边缘计算融合创新方案以边缘计算平台为核心， 通过5G专网实现园区内通讯链路的搭建，利用边缘计算网关 与边缘计算平台构建企业内部OICT融合数据中心。现场业务 以边缘计算网关为桥梁联通工业现场设备与边缘计算平台内的 应用，边缘计算平台部署在南平铝业数据中心内，通过专线与 运营商网络相连，在边缘计算平台上部署用户面功能（User  Plane Function，UPF）实现5G数据的本地化处理。本阶段 在南平铝业能实现以下8大功能。 

（1）可视化数字工厂：在工厂铝板加工产前的数字化联 网，采用边缘计算网关将中频炉、冷棒机械手、热棒机械手、 挤压机、风箱工艺、上牵引机、下牵引机等设备的生产数据、 运行日志与缺陷告警通过5G高速网络实时回传至边缘计算平 台，进行可视化展示。 根据生产数据实现生产节拍、生产进度、生产效率等相关信息的综合展示，为企业提供生产进度可视、故障位置可见、 生产效率可观的综合展示能力。南平铝业新挤压车间3D可视化 数字孪生应用如图1所示。

图1 南平铝业新挤压车间3D可视化数字孪生应用 

（2）生产能耗管理：厂区内部通过布置互感器、更换智能 计量设备、采集现有数字化仪表实现数据全量采集，根据工厂 排产计划动态监控水、电、气的能耗情况，根据历史数据为企 业提供排产与用能建议，并向企业提供多维度灵活分析报表。 南平铝业综合能耗管理应用如图2所示。

图2 南平铝业综合能耗管理应用 

（3）污水处理管理：在铝板表面加工过程中会产生有毒 有害废水，工厂建有污水处理池，分为调节池、中和池、反应 池、沉淀池、清水池，配备鼓风机、搅拌机、压滤机等专有器 材。当前采用人工方式管理，无自动化手段，有潜在隐患。本 次通过在污水处理现场增设边缘计算网关实时掌握污水厂运作 状况（污水液位、储氮管、液碱、硫酸、絮凝剂等），同时增 设电控阀门、声光告警装置。边缘网关在边缘侧实时分析运作情况，在边缘侧以边边协同能力针对上游车间发出声光预警， 在紧急情况下排污口进行控制手段。 

（4）铝板表面瑕疵监测：铝板表面处理完成后，原采用 人工抽检，监测效率低、监测精度差、漏检误报等现象时有 发生。在生产环节增设矩阵相机配合边缘计算网关，通过专用 模型进行实时分析处理。提供铝板表面漆炮、喷流、脏点、露 底、擦花、桔皮、起坑等缺陷的实时分析，并与产线联动，在 可视化数字工厂提升良品率指标。如图3、图4所示。

图3 南铝板带铝卷表面检

图4 铝卷材料表面检统计分析应用

（5）铝板生产工艺监控：在铝板生产卷装环节，铝材表 面温度为重要考量指标，关系到产品表面整洁度。改造前采用 手动采集铝材温度、人工开启降温风扇加快降温的方式，存在 无法全局掌控板材温度、风扇启停调度粗犷、板材摆放不合理 等问题。通过边缘计算网关调度实时掌控各货架铝板温度，基 于降温预测模型实现有序地降温操作，提高铝板良品率，优化 车间用能，提高车间生产效率。 

（6）铝板出库监管：改造前南平铝业出库管理是货车司 机持出库单进行提货，提货前后对车辆进行称重用于复核发货 重量。本次改造通过摄像头、地泵、声光告警等设备与边缘计 算网关进行联动，边缘计算网关调配地磅数据、视频数据、声 光告警设备实现铝板无人出库。大幅提升出库效率，有效提高 准确度，减少舞弊现象的发生。 

（7）工区安防监控：改造前场内安防监控通过人工方式 进行巡查。人工巡查存在工作强度大、人员疲劳造成漏判等问 题。将现有系统与边缘计算平台打通，在尚未布线的区域可以 通过5G CPE灵活地新增摄像头监控点位。在边缘计算平台上部 署的视觉AI安防功能可以实现安全规范（安全操作、安全帽、电工鞋、工装等），避免违规操作（带电作业、违章操作）、区域 跨越（禁区、危险区）、风险隐患（明火、烟雾、吸烟）。南平 铝业无人值守地磅应用架构图如图5所示

图5 南平铝业无人值守地磅应用架构图

（8）OICT数据融合中心：企业内部分为工控网、生产 网、办工网等，通过本次OICT数据融合中心改造将三网贯 通，并采用相应安全隔离层数，保证系统数据安全。将传统的 信息孤岛进行融合，加以5G边缘计算平台为其在场内构建出按 需扩展的通路、本地可控的基础设施平台，为后续部署企业进 一步数字化转型提供坚实基础。5G AI视觉安防（智慧天眼） 如图6所示，南铝板带风机无人化控制改造如图7所示。

图6 5G AI视觉安防（智慧天眼）

图7 南铝板带风机无人化控制改造

3　代表性及推广价值 

在本次推行5G边缘计算改造中提升生产效率35%，自项目 建成，累计为工程节约能耗费用600万元，节约人员成本1200万 元。在当地以及行业内部起到良好的标杆示范作用，相关应用场 景在行业内具有广泛适用性，并可以辐射带动当地制造业企业。

本次项目为企业提供一种可复制的降本增效手段，预计年 均为企业创造产值近千万元。同时在冶炼与铝加工行业作为重 污染行业，通过边缘计算赋能为工区内增设一面环保屏障。

来源 | 《自动化博览》2022年第二期暨《边缘计算2022专辑》