1.1 引言/導讀  

華為引領5G產業(yè)，在標準技術、產品解決方案、行業(yè)應用，不斷創(chuàng)新合作，成為通信行業(yè)的先進設備供應商，幫助運營商服務廣大用戶，并建設數(shù)字化社會。5G URLLC在行業(yè)的主要應用領域之一是工業(yè)自動化控制，本次期望與工業(yè)自動化廠商聯(lián)合創(chuàng)新，驗證5G-A URLLC穩(wěn)定時延的技術可行性，打通產業(yè)斷點，推進5G URLLC及工業(yè)5G產業(yè)快速發(fā)展。

聯(lián)通是領先的5G通信服務商，響應國家新基建以及十四五的規(guī)劃，加快5G網(wǎng)絡建設和服務，并積極發(fā)展在垂直行業(yè)的應用。聯(lián)通也在網(wǎng)絡技術架構方面不斷創(chuàng)新，推動5G URLLC場景快速落地。2021年3月，中國聯(lián)通發(fā)布了《CUBE-Net 3.0網(wǎng)絡創(chuàng)新體系白皮書》，表示將在云網(wǎng)融合與算網(wǎng)一體、開放光網(wǎng)絡與云光一體、5G網(wǎng)絡與確定性服務、云網(wǎng)大腦與智能運營、泛在彈性超寬接入等領域開展科技創(chuàng)新工作。產業(yè)方面，發(fā)力國內主要汽車車廠，建設5G工廠，如華晨寶馬/長春一汽/長安汽車/長城魏牌/廣汽本田、比亞迪智慧工廠。

精誠工科汽車系統(tǒng)有限公司保定自動化技術分公司隸屬于精工集團，為長城汽車股份有限公司全資子公司，成立于2018年6月26日。公司經營范圍主要包括：工業(yè)自動化、傳動及控制設備、工業(yè)機器人集成、儀器儀表系統(tǒng)的研發(fā)、設計、制造等，公司21年營業(yè)收入超過10億元。一方面現(xiàn)有工業(yè)通信網(wǎng)絡采用硬介質布線，存在諸多應用痛點，若5G無線通信技術能夠在工業(yè)通信領域得到應用，將打破現(xiàn)有傳統(tǒng)硬介質網(wǎng)絡架構，從根本上消除現(xiàn)有工業(yè)網(wǎng)絡痛點；另一方面，國內一線傳統(tǒng)線體集成商有業(yè)務轉型的迫切需求，5G工業(yè)應用技術的研究與落地成為工業(yè)轉型的一個重要突破口。

勃傲自動化是汽車產線tie2集成商，連續(xù)9年被大眾評為TOP1供應商。工業(yè)協(xié)議是工業(yè)自動化的重要組成部分，傳統(tǒng)工業(yè)通信以有線技術方案為主，對其技術原理以及在汽車行業(yè)的應用有10多年的豐富經驗。 5G URLLC為工業(yè)通信網(wǎng)絡帶來新的變革，工業(yè)協(xié)議與5G的對接成為關鍵。

5G工業(yè)互聯(lián)脫虛向實，通信與工業(yè)融合實現(xiàn)產業(yè)升級。2020年中國5G通信產業(yè)規(guī)模達5000億，隨著5G無線通訊技術不斷成熟，各大企業(yè)都在基于5G技術探索落地應用場景，在5G十大先鋒應用領域中工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)領域5G市場空間最大，且處于探索期。5G及5G-Advanced標準持續(xù)演進，URLLC能力不斷提升；5G URLLC將使5G成為真正的工業(yè)5G網(wǎng)絡，讓工業(yè)自動化真正走向網(wǎng)絡化、柔性化和智能化的變革，使工業(yè)制造實現(xiàn)產業(yè)升級。

1.2 關鍵詞

5G/5G-Advanced、URLLC、IT/OT融合、無線實時/非實時一張網(wǎng)、工業(yè)實時控制

1.3 測試床項目承接主體

1.3.1 發(fā)起公司和主要聯(lián)系人聯(lián)系方式

1.3.2 合作公司

1.4 測試床項目目標

本測試床將完成以下幾方面的創(chuàng)新：

1. 5G URLLC能力提升：4ms@5個9 ， URLLC模組定義

2. 工業(yè)協(xié)議over5G的跨層技術：業(yè)務協(xié)同以提升系統(tǒng)效率

3. 5G下沉OT層的聯(lián)合創(chuàng)新：5G-A URLLC柔性產線，及5G+OT應用，如5G+隨行夾具，5G+遠程IO化AGV或EMS，5G+集中化PLC，5G+機器人夾具/固定設備無線化等

1.5 測試床方案架構

1.5.1 測試床應用場景

本測試床針對5G-A URLLC在汽車主要工藝中的應用進行聯(lián)合驗證。主要包括焊裝白車身模擬產線，IO化AGV輸送線，智能安裝線。

本次階段1，完成5G-A URLLC在焊接產線和AGV輸送線的E2E驗證。該產線代表了未來汽車柔性生產的發(fā)展方向，從傳統(tǒng)按計劃排產到未來訂單式生產，由立體庫+隨行夾具可以匹配多種車型，機器人+工具切換可以支持多種混合工藝，整個產線形成模塊化的部署，匹配車間不同工藝不同車型的生產需要。

如下圖所示，是生產汽車后車門的焊裝柔性產線，由四臺機器人通過切換工具，配合完成抓件、焊接、涂膠、滾邊多種工藝；并結合立體庫隨行夾具，支持多種車型的后車門的混線生產。

1.5.2 測試床架構

本測試床針對的是工廠內網(wǎng)，由傳統(tǒng)的IT/OT分層網(wǎng)絡，演進為工業(yè)5G實時網(wǎng)絡，支持柔性化剪辮子，IT數(shù)據(jù)采集/OT實時控制一張網(wǎng)。

1.5.3 測試床方案

測試床焊接生產線可完成前門、后門兩種制件生產，當前以后門生產為例進行具體工藝方案的介紹：

工藝方案：①AGV小車攜帶內板總成夾具運行至KD件庫區(qū)，10R1機器人通過視覺系統(tǒng)分別抓取后門內板和內板小件，放到AGV上；②AGV運行至20工位后，R2從AGV上抓取內板和內板小件放到內板總成焊接夾具上，R3、R4開始焊接；焊接完成后R2抓取內板總成，空中對接給R1開始涂膠，R2將抓手放到內板夾具上，之后NBG開始切換胎模夾具；切換完成之后，R2切換外板抓手將外板放到胎模夾具上，R1涂膠完成后將內板總成放到胎模夾具上，R3抓取胎模壓緊裝置放到胎模夾具上壓緊制件后， R3和R4切換伺服輥頭開始輥邊；輥邊完成之后，R1機器人抓取總成制件對接給20R2，20R2再將總成放置到AGV上；③AGV拉著車門總成返回10工位，10R1切換抓手，抓取車門總成，在七軸上移動到安裝位置，同時NC頂升完成車身定位后，抓手攜后門總成與車身進行匹配，完成車門安裝。

該方案有兩臺AGV同時作業(yè)依次循環(huán)工作；后期可根據(jù)需要擴展，通過新增機器人工裝夾具實現(xiàn)車門所有小件全工藝焊接生產。

傳統(tǒng)工業(yè)通信組網(wǎng)，以主PLC為中心，主PLC到SCADA/MES采用IT化組網(wǎng)，主PLC到現(xiàn)場設備/IO采用OT化實時組網(wǎng)。在車間OT網(wǎng)絡內部，在車間環(huán)網(wǎng)之下，也存在2-4級有線組網(wǎng)。傳統(tǒng)的工業(yè)有線網(wǎng)絡集成方案如下圖：

而采用5G 網(wǎng)絡之后，現(xiàn)場設備可以在車間內部實現(xiàn)一跳接入，直接與主PLC通信，同時也可通過車間環(huán)網(wǎng)接入服務器，進行數(shù)采等業(yè)務交互，從而大幅簡化車間組網(wǎng)。5G組網(wǎng)具備扁平化、實時/非實時一張網(wǎng)、5G URLLC/eMBB/定位多種業(yè)務QOS保障機制。

本測試床階段1采用5G-Adcanced 技術樣機，進行該柔性產線的驗證，通過5G-A URLLC連接實現(xiàn)主PLC到現(xiàn)場設備之間的實時工業(yè)網(wǎng)絡無線化。其中主PLC從5G UPF接入，現(xiàn)場設備從5G UE接入； 5G-A URLLC終端采用測試終端TUE，因TUE數(shù)量有限，現(xiàn)場設備多數(shù)采用級聯(lián)方式接入5G網(wǎng)絡。具體組網(wǎng)如下圖所示：

5G-A URLLC網(wǎng)絡的現(xiàn)場部署，采用lampsite小基站，pRRU間距10m*12m，UPF下沉車間，部署在產線邊。

1.5.4 方案重點技術

5G-A URLLC技術樣機，為滿足4ms@5個9的業(yè)務述求，采用以下關鍵技術：

? 采用兩個TDD載波，配置成互補配比，構建類似FDD幀結構避免空口業(yè)務包傳輸?shù)却档蜁r延，同時具備TDD上下行信道互易性等優(yōu)勢，獲取可靠性和容量增益。

? 5G UPF下沉車間，且實時處理能力<0.5ms

1.5.5 方案自主研發(fā)性、創(chuàng)新性及先進性

本測試床方案的自主研發(fā)性、創(chuàng)新性及先進性如下：

1.6 測試床實施部署

1.6.1 測試床實施規(guī)劃

測試床時間規(guī)劃如下：

1.6.2 測試床實施的技術支撐及保障措施

四家單位已成立聯(lián)合工作組，并制定測試床開展計劃，其中對于階段1的計劃如下：

測試床工藝方案與焊裝車間工藝方案完全按照1:1比例規(guī)劃設計，覆蓋整個焊裝車間80%的工藝應用，測試床目前具體建設計劃如下：

階段1：3月已完成5G/5G-A 網(wǎng)絡部署，受疫情影響，部分產線裝備到貨延期，7月底完成產線業(yè)務上線及E2E集成測試

階段2：已啟動，預估12月底完成

1.7 測試床預期成果

1.7.1 測試床的預期可量化實施結果

焊裝模擬產線：基于立體夾具庫的柔性工藝，3大類14個場景，涵蓋汽車焊裝全場景，涵蓋80% 5G URLLC應用場景。

1.7.2 測試床的商業(yè)價值、經濟效益

首先，本測試床將推進業(yè)界首個基于5G URLLC產線的落地。長城精工探索5G URLLC在工業(yè)自動化落地三波走，需首先完成5G URLLC的技術創(chuàng)新驗證。

1.7.3 測試床的社會價值

基于5G URLLC構建工業(yè)5G實時網(wǎng)絡，帶動工業(yè)自動化三大變革：網(wǎng)絡化、柔性化、智能化。國產工業(yè)自動化企業(yè)將借助工業(yè)5G網(wǎng)絡，實現(xiàn)彎道超車，實現(xiàn)工業(yè)自動化產品的自主創(chuàng)新。

1.7.4 測試床初步推廣應用案例

本測試床將利于5G URLLC產業(yè)推進，抓住汽車新能源產能新建的契機，聚焦的C2IO聯(lián)合技術創(chuàng)新，E2E拉動5GURLLC工業(yè)控制產業(yè)。

1.8 測試床成果驗證

1.8.1 測試床成果驗證計劃

測試床時間規(guī)劃如下：階段1測試(2022.6)，階段2測試(2022.12)

1.8.2 測試床成果驗證方案

本測試床階段1完成，5G-A URLLC創(chuàng)新技術保障4ms@5個9，可支持汽車柔性產線穩(wěn)定運行。測試驗證方案如下：

采用PLC-IO現(xiàn)場總線分析儀，測試5G-A URLLC網(wǎng)絡的時延，無論是PLC-IO，還是IO-PLC均可達到4ms@5個9.

通過現(xiàn)場產線實際運行，5G-A URLLC網(wǎng)絡可保證產線穩(wěn)定運行。說明URLLC技術可以匹配工業(yè)控制C2IO的業(yè)務場景。

1.9 測試床成果交付

1.9.1 測試床成果交付件

本測試床的交付件如下：

1.9.2 測試床可復制性

因汽車行業(yè)的自動化水平最高，本測試床的能力和場景，基本適用于多數(shù)離散制造的產線自動化，從而使工業(yè)5G實時全業(yè)務網(wǎng)絡成為未來全連接5G工廠的選擇。

1.9.3 測試床開放性

本測試床將聯(lián)合汽車主機廠商，集成商，下游OT廠商聯(lián)合參與。

1.10 其他信息

1.10.1 測試床資金

生產線預估資金需求如下，資金來源：公司自籌。