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赛特斯铝加工制造业5G工业互联网平台解决方案

发表时间: 2022-04-28 13:52:28

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目标和概述    

 

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。

 

 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

 

 

 

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。

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