數字經濟的加速推進,孵化出了不少新物種、新業態,“燈塔工廠”就是其中之一。燈塔工廠代表了全球制造業領域數字化程度的最高水平,指的是那些率先大規模采用先進技術,在業務流程、經營管理、工業互聯網、數據系統、綠色環保等方面都有著卓越創新的工廠。《世界前沿技術發展報告2021》顯示,中國“燈塔工廠”數量領跑全球。這一領先優勢,與我國在5G、AI、云計算等數字新基建上的優勢不無關系。
過去數年來,中國建成了全球規模最大的5G網絡,并且在技術、標準、應用、商業模式等方面都走在世界前列。各個“燈塔工廠”中,都可以看到5G網絡的身影,從研發設計、生產制造、質量檢測、故障運維、物流運輸、安全管理、園區管理等核心環節都有所覆蓋。
而另一方面,中國工業的轉型升級與智能制造的持續推進,也在給5G提出新的要求。
當下,我國制造門類眾多,不同行業和企業的生產活動、行業特性、數字化基礎都各不相同,對5G網絡的需求也擁有很強的個性化色彩。這意味著5G要支撐制造領域的數字化轉型,不能走公網的路子,需要針對企業特點靈活定制,從核心網到應用持續創新,打造5G專網來滿足不同行業客戶的差異化需求。根據GlobalData的數據,制造業幾乎占5G和專用網絡部署的三分之一。從這個角度看,中國未來要催生出更多“燈塔工廠”,5G專網扮演了極為重要的基建角色。
5G專網尚處于早期階段,究竟在哪些工業場景中發揮作用,如何帶動企業價值鏈的全面提升,還有待不斷探索和實踐。這時候,一些示范標桿意義的“燈塔工廠”的5G專網案例,不僅可以反映出一些工業領域的共性問題,而且基于領頭羊企業的大規模和高要求,持續投入推動5G應用創新,不斷突破技術天花板,從而為其他工業企業提供一些可復制、可借鑒的經驗,是十分有意義的參照物,寧德時代就是其中之一。
作為全球最大的動力電池公司,寧德時代近年來在資本市場備受矚目,殊不知,其在制造領域的探索也是十分超前的。2021年9月,寧德時代工廠被世界經濟論壇評為全球“燈塔工廠”,同時,寧德時代也是中國最早探索工業5G實踐的企業之一,成功打造了新能源行業全球首個基于5G的“燈塔工廠”,實現了全國最大規模的5G一張網,涉及6個省份七個基地47個工廠的5G網絡全覆蓋,以此為基礎推動以零缺陷為目標的5G+極限制造。
顯然,寧德時代聯合中國移動、華為的5G專網實踐,具有行業示范價值。讓我們從飛速增長的寧德時代身上,去看5G專網如何在領頭羊的高地上,散發出燈塔一般的光輝,為更多企業照亮確定性的前路。
站上高地:極限制造帶來的極限挑戰
領頭羊的示范意義在于,所需要解決的痛點難點問題也是極具挑戰性的。以寧德時代為例,在2020年提出了“極限制造”理念,引入ABCDEFG 七大智能制造使能技術(A-人工智能、B-大數據、C-云計算、D-數字孿生、E-邊緣計算、F-射頻技術、G-5G),建立了極限制造體系架構,以支撐“極高的質量要求,極復雜的工藝流程,極快的生產速度”。其中,5G憑借高帶寬、低時延、廣連接的技術我特征,成為寧德時代極限制造的基座。
在此次5G工廠建設中,就提出了一些“特殊要求”:
首先,是5G應用的廣度和深度。寧德時代作為中國新能源制造的知名跨國企業,對5G專網的要求則是廣而深。一方面,廠區產線分布在全國乃至全球,要求5G覆蓋廣,滿足未來跨廠區產線的生產訴求;另一方面,5G要打通生產要素、支撐工業協同制造,與22個具有高價值的業務場景進行深度融合應用,如研發、生產、制造、銷售等各個環節。這就需要一張無縫連接、高效互通、統一運維管理、實時數據交互、靈活業務場景復制的5G 專網。
其次,是高增長與減碳的矛盾。雙碳戰略對寧德時代來說既是機遇,也是挑戰,機遇在于電氣化、新能源為其帶來了業務的高速增長,同時,生產制造又必然會帶來能耗和碳足跡的提升,如何找到企業增長與減碳目標共存的新路徑,是寧德時代關注的焦點,極限制造的提出,正是希望通過能效提升來達到增長與減碳的平衡,這也對5G技術的領先性、綠色節能提出了更高、更新的要求。
另外,5G應用的復雜度與價值釋放。5G在工業制造中的想象力大、應用場景多,這是5G賦能工業互聯網的一個重要特征,也使得市場更加復雜,5G行業應用呈現出“碎片化”的特征,因此,需要一定的整合統籌、按照總體解決方案來設計,才能讓5G專網真正切入核心環節,推動數字化、智能化升級,釋放出數據和技術的價值。寧德時代希望通過5G專網,切實推動企業降本增效,實現產品缺陷率ppm→ppb三個數量級下降。基于這一目標,就需要統籌規劃、綜合部署、充分釋放技術潛力,真正為業務價值服務。
可以發現,寧德時代在智能制造領域所碰到的瓶頸,也是所有工業企業發展到一定階段之后的現實需求,尋求更大的增長機遇,一個定制化的5G底座不可或缺。
點亮燈塔:寧德時代的5G有何不同?
在中國移動、華為等伙伴的支持下,寧德時代建成了全國覆蓋面積最大的5G企業專網。那么,寧德時代是如何在燈塔工廠中點亮5G的?
第一步,系統規劃。凡事預則立不預則廢。寧德時代的5G專網建設中,中國移動、華為等伙伴充分統籌,結合數字化經驗和先進技術成果,進行了系統設計。
首先,針對寧德時代的特點,規劃了5G全國一張網,將寧德時代在上海、廣州、廣東肇慶、江蘇溧陽、四川成都、四川宜賓、青海等6個省份47個廠區,實現5G網絡的全覆蓋,實現多廠區業務互通。這樣一張的5G專網,必然需要先進且具有前瞻性的技術支撐,此時華為獨創的5G邊緣計算高可靠解決方案風箏M型方案,為這張5G專網的安全可靠提供了保障。廣而深的應用場景,也給運維管理帶來了一定的難度,整個解決方案中就預先規劃,首次引入了全國性的5G專網管理平臺,從網絡到終端實現全面運維。
第二步,實際建設。實際建設中,必然會遇到一些細節難題。比如說,寧德時代跨省多廠區的5G+MEC 專網,實現了專網數據打通,好處是全國一張網,同廠商的新功能入網可全國同步升級,避免了兼容性調測導致的生產延誤,多廠區業務數據互聯互通,更高效地協作成為可能,快速定位故障并處理,縮短了人工出差維修的周期。
而這樣一張全國性網絡,在實際運行中也面臨一些極限挑戰。
挑戰之一,一旦出現大網中斷的極端情況,也要保證生產系統的正常運行。讀者們都知道,網斷了基本什么聯網功能都要涼涼,但是本地緩存的文件(邊緣側)還是可以正常訪問的,寧德時代的5G專網解決方案中,就引入了華為的“UPF風箏方案”,通過 5G 核心網中心與邊緣 UPF 容災協同,創新性地在園區部署應急控制面,與中心網絡進行實時數據同步,在與中心網絡連接中斷以后,本地網絡能夠無縫接管業務,自動切換到 5G 專網應急容災控制面,保證企業關鍵生產系統的正常運行。同時,“UPF風箏方案”采用邊緣一體化交付模式,即插即用,能夠一鍵式部署,2 小時即可開通,這樣的交付效率也為以后該專網持續擴展到更多廠區提供了保障。
挑戰之二,要管理全國規模的5G企業專網,涉及到網絡端口、設備管理、故障監測等多個環節,又不能給企業增加額外的運維負擔。所以,寧德時代在5G專網解決方案中,首次引入了5G ToB專網園區自管理系統,能夠提供一站式統一管理服務。一方面,實現園區網絡的可視化,支撐業務體驗異常識別和監控;同時,通過模擬撥測、綜合定界等工具,平臺可以快速對網絡設備的故障進行管理及定界,相關“增刪改查”自動化,大大減少了運維壓力。
不難發現,支撐極限智能制造體系的全國5G一張網,背后是多種先進ICT技術的保駕護航。
第三步,價值釋放。5G專網再好,說到底只是手段,本質是助力企業提質降本增效,讓技術轉化為真實的業務價值。簡單來說,寧德時代通過5G全國一張網的數據基建,完成了工廠的數字化全連接,在此基礎上,各技術協同作用,數智化升級加速,進而釋放出兩大價值:
一是智能。通過5G支撐生產數據全量全連接,AI技術得以全面、深入、協同地落地應用,讓工廠更智慧。
舉個例子,隨著機器視覺技術的成熟和終端設備的普及,AI質檢已經成為很多工廠的標配,但傳統的攝像頭安裝方式點位多、距離長,部署成本高,靈活性低,加上4G上傳帶寬有限,難以支撐多路高清視頻,這就導致機器視覺在產線部署之后,達不到精益制造所需要的極高精度,難以充分釋放出機器視覺的技術價值。而寧德時代基于5G專網,一方面避免了機器視覺設備四處布點、點位有限、靈活性差的問題,通過無線傳輸加速產線智能化改造,能夠快速配置機器視覺相機設備,工位變更也不受影響,降低了機器視覺在廠區的部署成本和維護成本;另一方面,一些生產線在高速運轉過程中,要求機器視覺設備在數據采集、傳輸、分析過程中控制時延,盡量減少多跳,傳統有線網絡、WiFi很難滿足,5G的大帶寬、低時延、高可靠能夠很好地支撐萬物智聯,實現業務和相機快速解耦,結合云端實時分析計算,滿足機器視覺在精益制造中的敏捷實時需求。
目前,5G已經與寧德時代多個制造場景相融合,包括5G 故障診斷、質量檢測、遠程管理、倉儲物流、智能巡檢、預測性維護等,5G從外圍輔助走向核心生產環節、從單點孵化走向多業務融合,助推寧德時代的極限智能制造。
二是綠色。隨著5G在寧德時代業務場景中的落地,推動企業進一步節能減排,更好地管理碳足跡。
比如,在全連接工廠中,物聯網設備可以實時采集能耗信息,再通過AI算法進行節能規劃,找到最高效的能耗解決方案;再比如,5G支撐的AR遠程管理,設備維修、培訓等活動都可以通過AR眼鏡遠程實時完成,不再需要人工頻繁出差去指導,不僅提升了工作效率,也減少了出行帶來的碳排放。
作為一家業務覆蓋全球化的企業,寧德時代需要滿足各個地區的雙碳目標,5G支撐的綠色生產,對于企業的長期可持續發展有著深遠意義。
經過上述三部曲,這張全國最大規模的5G一張網逐漸在寧德時代的一座座“燈塔工廠”中點亮,也為中國智造照亮了前路。
照耀前路:寧德時代的5G專網啟示錄
近年來5G行業應用標桿案例層出不窮,但總的來說,5G+工業互聯網還處于試驗和探索階段。這是因為,工業互聯網面向千行百業,行業主體多元化、需求差異大、應用場景細分程度高,由此形成了行業壁壘、產品壁壘、融合壁壘,給5G專網的推進帶來了限制。
寧德時代提供了一種突破壁壘的方式,那就是點亮燈塔,讓5G如同燈光一樣穿越縫隙,照亮前路:
專網模式,突破行業壁壘。一些5G+工業互聯網應用還停留在淺層次上,沒有完全嵌入到整個工業生產制造管理等流程中。廣度和深度不足,導致5G在工業制造場景中無法全面發揮技術的巨大效用。5G專網以用戶為導向,針對垂直行業的特征來建設,針對性地落地企業生產環節,能夠滿足行業的差異化需求和關鍵痛點,成為5G+工業互聯網的破局點。
生態合作,打破產品壁壘。近年來,海內外運營商都圍繞5G專網提供服務,根據市場研究公司ABI Research預測,到2036年5G專網支出將超過5G公網。但是5G專網不僅僅是連接,還需要計算、智能、低碳等多種要素的綜合考量和深度融合,給客戶帶來綜合效益,需要生態合作,而非單打獨斗。此次中國移動、華為、寧德時代等產業伙伴深度合作,在各自的生態位上發揮協同作用,是全國5G一張網成功的關鍵。
全鏈閉環,消除融合壁壘。正如寧德時代這張5G專網所表現出的,5G+工業互聯網項目中,從基站到核心網需要傳送的業務十分多樣,網絡建設只是第一步,最終目標是要從建到管形成閉環,在全連接的基礎上匯聚數據、孵化智能、賦能應用、高效管理,這就需要為行業客戶提供5G一體化解決方案,才能為5G+工業互聯網開拓更大的發展空間。
第四次工業革命中,燈塔工廠是中國智能制造的一面旗幟,也成為5G+工業互聯網的最佳試驗場。寧德時代的5G專網探索,首次在燈塔工廠中大規模點亮5G,展現出5G專網賦能垂直行業的整體價值。
可以預見,在政策、市場、技術等因素的共同推動下,5G專網在工業制造領域,未來可期。