数字经济的加速推进,孵化出了不少新物种、新业态,“灯塔工厂”就是其中之一。灯塔工厂代表了全球制造业领域数字化程度的最高水平,指的是那些率先大规模采用先进技术,在业务流程、经营管理、工业互联网、数据系统、绿色环保等方面都有着卓越创新的工厂。《世界前沿技术发展报告2021》显示,中国“灯塔工厂”数量领跑全球。这一领先优势,与我国在5G、AI、云计算等数字新基建上的优势不无关系。

 

过去数年来,中国建成了全球规模最大的5G网络,并且在技术、标准、应用、商业模式等方面都走在世界前列。各个“灯塔工厂”中,都可以看到5G网络的身影,从研发设计、生产制造、质量检测、故障运维、物流运输、安全管理、园区管理等核心环节都有所覆盖。

 

而另一方面,中国工业的转型升级与智能制造的持续推进,也在给5G提出新的要求。

 

当下,我国制造门类众多,不同行业和企业的生产活动、行业特性、数字化基础都各不相同,对5G网络的需求也拥有很强的个性化色彩。这意味着5G要支撑制造领域的数字化转型,不能走公网的路子,需要针对企业特点灵活定制,从核心网到应用持续创新,打造5G专网来满足不同行业客户的差异化需求。根据GlobalData的数据,制造业几乎占5G和专用网络部署的三分之一。从这个角度看,中国未来要催生出更多“灯塔工厂”,5G专网扮演了极为重要的基建角色。

 

5G专网尚处于早期阶段,究竟在哪些工业场景中发挥作用,如何带动企业价值链的全面提升,还有待不断探索和实践。这时候,一些示范标杆意义的“灯塔工厂”的5G专网案例,不仅可以反映出一些工业领域的共性问题,而且基于领头羊企业的大规模和高要求,持续投入推动5G应用创新,不断突破技术天花板,从而为其他工业企业提供一些可复制、可借鉴的经验,是十分有意义的参照物,宁德时代就是其中之一。

 

作为全球最大的动力电池公司,宁德时代近年来在资本市场备受瞩目,殊不知,其在制造领域的探索也是十分超前的。2021年9月,宁德时代工厂被世界经济论坛评为全球“灯塔工厂”,同时,宁德时代也是中国最早探索工业5G实践的企业之一,成功打造了新能源行业全球首个基于5G的“灯塔工厂”,实现了全国最大规模的5G一张网,涉及6个省份七个基地47个工厂的5G网络全覆盖,以此为基础推动以零缺陷为目标的5G+极限制造。

 

显然,宁德时代联合中国移动、华为的5G专网实践,具有行业示范价值。让我们从飞速增长的宁德时代身上,去看5G专网如何在领头羊的高地上,散发出灯塔一般的光辉,为更多企业照亮确定性的前路。

 

站上高地:极限制造带来的极限挑战

 

领头羊的示范意义在于,所需要解决的痛点难点问题也是极具挑战性的。以宁德时代为例,在2020年提出了“极限制造”理念,引入ABCDEFG 七大智能制造使能技术(A-人工智能、B-大数据、C-云计算、D-数字孪生、E-边缘计算、F-射频技术、G-5G),建立了极限制造体系架构,以支撑“极高的质量要求,极复杂的工艺流程,极快的生产速度”。其中,5G凭借高带宽、低时延、广连接的技术特征,成为宁德时代极限制造的基座。

 

在此次5G工厂建设中,就提出了一些“特殊要求”:

 

首先,是5G应用的广度和深度。宁德时代作为中国新能源制造的知名跨国企业,对5G专网的要求则是广而深。一方面,厂区产线分布在全国乃至全球,要求5G覆盖广,满足未来跨厂区产线的生产诉求;另一方面,5G要打通生产要素、支撑工业协同制造,与22个具有高价值的业务场景进行深度融合应用,如研发、生产、制造、销售等各个环节。这就需要一张无缝连接、高效互通、统一运维管理、实时数据交互、灵活业务场景复制的5G 专网。

 

其次,是高增长与减碳的矛盾。双碳战略对宁德时代来说既是机遇,也是挑战,机遇在于电气化、新能源为其带来了业务的高速增长,同时,生产制造又必然会带来能耗和碳足迹的提升,如何找到企业增长与减碳目标共存的新路径,是宁德时代关注的焦点,极限制造的提出,正是希望通过能效提升来达到增长与减碳的平衡,这也对5G技术的领先性、绿色节能提出了更高、更新的要求。

 

另外,5G应用的复杂度与价值释放。5G在工业制造中的想象力大、应用场景多,这是5G赋能工业互联网的一个重要特征,也使得市场更加复杂,5G行业应用呈现出“碎片化”的特征,因此,需要一定的整合统筹、按照总体解决方案来设计,才能让5G专网真正切入核心环节,推动数字化、智能化升级,释放出数据和技术的价值。宁德时代希望通过5G专网,切实推动企业降本增效,实现产品缺陷率ppm→ppb三个数量级下降。基于这一目标,就需要统筹规划、综合部署、充分释放技术潜力,真正为业务价值服务。

 

可以发现,宁德时代在智能制造领域所碰到的瓶颈,也是所有工业企业发展到一定阶段之后的现实需求,寻求更大的增长机遇,一个定制化的5G底座不可或缺。

 

点亮灯塔:宁德时代的5G有何不同?

 

在中国移动、华为等伙伴的支持下,宁德时代建成了全国覆盖面积最大的5G企业专网。那么,宁德时代是如何在灯塔工厂中点亮5G的?

 

第一步,系统规划。凡事预则立不预则废。宁德时代的5G专网建设中,中国移动、华为等伙伴充分统筹,结合数字化经验和先进技术成果,进行了系统设计。

 

首先,针对宁德时代的特点,规划了5G全国一张网,将宁德时代在上海、广州、广东肇庆、江苏溧阳、四川成都、四川宜宾、青海等6个省份47个厂区,实现5G网络的全覆盖,实现多厂区业务互通。这样一张的5G专网,必然需要先进且具有前瞻性的技术支撑,此时华为独创的5G边缘计算高可靠解决方案风筝M型方案,为这张5G专网的安全可靠提供了保障。广而深的应用场景,也给运维管理带来了一定的难度,整个解决方案中就预先规划,首次引入了全国性的5G专网管理平台,从网络到终端实现全面运维。

 

第二步,实际建设。实际建设中,必然会遇到一些细节难题。比如说,宁德时代跨省多厂区的5G+MEC 专网,实现了专网数据打通,好处是全国一张网,同厂商的新功能入网可全国同步升级,避免了兼容性调测导致的生产延误,多厂区业务数据互联互通,更高效地协作成为可能,快速定位故障并处理,缩短了人工出差维修的周期。

 

而这样一张全国性网络,在实际运行中也面临一些极限挑战。

 

挑战之一,一旦出现大网中断的极端情况,也要保证生产系统的正常运行。读者们都知道,网断了基本什么联网功能都要凉凉,但是本地缓存的文件(边缘侧)还是可以正常访问的,宁德时代的5G专网解决方案中,就引入了华为的“UPF风筝方案”,通过 5G 核心网中心与边缘 UPF 容灾协同,创新性地在园区部署应急控制面,与中心网络进行实时数据同步,在与中心网络连接中断以后,本地网络能够无缝接管业务,自动切换到 5G 专网应急容灾控制面,保证企业关键生产系统的正常运行。同时,“UPF风筝方案”采用边缘一体化交付模式,即插即用,能够一键式部署,2 小时即可开通,这样的交付效率也为以后该专网持续扩展到更多厂区提供了保障。

 

挑战之二,要管理全国规模的5G企业专网,涉及到网络端口、设备管理、故障监测等多个环节,又不能给企业增加额外的运维负担。所以,宁德时代在5G专网解决方案中,首次引入了5G ToB专网园区自管理系统,能够提供一站式统一管理服务。一方面,实现园区网络的可视化,支撑业务体验异常识别和监控;同时,通过模拟拨测、综合定界等工具,平台可以快速对网络设备的故障进行管理及定界,相关“增删改查”自动化,大大减少了运维压力。

 

不难发现,支撑极限智能制造体系的全国5G一张网,背后是多种先进ICT技术的保驾护航。

 

第三步,价值释放。5G专网再好,说到底只是手段,本质是助力企业提质降本增效,让技术转化为真实的业务价值。简单来说,宁德时代通过5G全国一张网的数据基建,完成了工厂的数字化全连接,在此基础上,各技术协同作用,数智化升级加速,进而释放出两大价值:

 

一是智能。通过5G支撑生产数据全量全连接,AI技术得以全面、深入、协同地落地应用,让工厂更智慧。

 

举个例子,随着机器视觉技术的成熟和终端设备的普及,AI质检已经成为很多工厂的标配,但传统的摄像头安装方式点位多、距离长,部署成本高,灵活性低,加上4G上传带宽有限,难以支撑多路高清视频,这就导致机器视觉在产线部署之后,达不到精益制造所需要的极高精度,难以充分释放出机器视觉的技术价值。而宁德时代基于5G专网,一方面避免了机器视觉设备四处布点、点位有限、灵活性差的问题,通过无线传输加速产线智能化改造,能够快速配置机器视觉相机设备,工位变更也不受影响,降低了机器视觉在厂区的部署成本和维护成本;另一方面,一些生产线在高速运转过程中,要求机器视觉设备在数据采集、传输、分析过程中控制时延,尽量减少多跳,传统有线网络、WiFi很难满足,5G的大带宽、低时延、高可靠能够很好地支撑万物智联,实现业务和相机快速解耦,结合云端实时分析计算,满足机器视觉在精益制造中的敏捷实时需求。

 

目前,5G已经与宁德时代多个制造场景相融合,包括5G 故障诊断、质量检测、远程管理、仓储物流、智能巡检、预测性维护等,5G从外围辅助走向核心生产环节、从单点孵化走向多业务融合,助推宁德时代的极限智能制造。

 

二是绿色。随着5G在宁德时代业务场景中的落地,推动企业进一步节能减排,更好地管理碳足迹。

 

比如,在全连接工厂中,物联网设备可以实时采集能耗信息,再通过AI算法进行节能规划,找到最高效的能耗解决方案;再比如,5G支撑的AR远程管理,设备维修、培训等活动都可以通过AR眼镜远程实时完成,不再需要人工频繁出差去指导,不仅提升了工作效率,也减少了出行带来的碳排放。

 

作为一家业务覆盖全球化的企业,宁德时代需要满足各个地区的双碳目标,5G支撑的绿色生产,对于企业的长期可持续发展有着深远意义。

 

经过上述三部曲,这张全国最大规模的5G一张网逐渐在宁德时代的一座座“灯塔工厂”中点亮,也为中国智造照亮了前路。

 

照耀前路:宁德时代的5G专网启示录

 

近年来5G行业应用标杆案例层出不穷,但总的来说,5G+工业互联网还处于试验和探索阶段。这是因为,工业互联网面向千行百业,行业主体多元化、需求差异大、应用场景细分程度高,由此形成了行业壁垒、产品壁垒、融合壁垒,给5G专网的推进带来了限制。

 

宁德时代提供了一种突破壁垒的方式,那就是点亮灯塔,让5G如同灯光一样穿越缝隙,照亮前路:

 

专网模式,突破行业壁垒。一些5G+工业互联网应用还停留在浅层次上,没有完全嵌入到整个工业生产制造管理等流程中。广度和深度不足,导致5G在工业制造场景中无法全面发挥技术的巨大效用。5G专网以用户为导向,针对垂直行业的特征来建设,针对性地落地企业生产环节,能够满足行业的差异化需求和关键痛点,成为5G+工业互联网的破局点。

 

生态合作,打破产品壁垒。近年来,海内外运营商都围绕5G专网提供服务,根据市场研究公司ABI Research预测,到2036年5G专网支出将超过5G公网。但是5G专网不仅仅是连接,还需要计算、智能、低碳等多种要素的综合考量和深度融合,给客户带来综合效益,需要生态合作,而非单打独斗。此次中国移动、华为、宁德时代等产业伙伴深度合作,在各自的生态位上发挥协同作用,是全国5G一张网成功的关键。

 

全链闭环,消除融合壁垒。正如宁德时代这张5G专网所表现出的,5G+工业互联网项目中,从基站到核心网需要传送的业务十分多样,网络建设只是第一步,最终目标是要从建到管形成闭环,在全连接的基础上汇聚数据、孵化智能、赋能应用、高效管理,这就需要为行业客户提供5G一体化解决方案,才能为5G+工业互联网开拓更大的发展空间。

 

第四次工业革命中,灯塔工厂是中国智能制造的一面旗帜,也成为5G+工业互联网的最佳试验场。宁德时代的5G专网探索,首次在灯塔工厂中大规模点亮5G,展现出5G专网赋能垂直行业的整体价值。

 

可以预见,在政策、市场、技术等因素的共同推动下,5G专网在工业制造领域,未来可期。