（2023年）06 南通星辰5G+智慧化厂项目

06    南通星辰5G+智慧化厂项目

所在地市：运城市

参与单位：山西南通星辰、中国联合网络通信有限公司运城市分公司、联通（山西）产业互联网有限公司

技术特点：基于5G的生产任务与生产控制一体化管控，打造数字化、智能化车间，实现生产过程全程监控。

应用成效：设备运行指标大幅提升，离线次数较改造前下降30%，优化人员10%左右，5G网络端到端时延在20ms以内，充分达到企业降本增效的效果。

一、企业简介

南通星辰合成材料有限公司芮城分公司成立于2014年12月22日，位于山西省南部芮城县县城西郊，主营化工新材料和酚类中间体系列产品。该公司属于化工企业，其生产装置大型化、密集化、生产工艺复杂、生产过程紧密耦合，与其他工业部门相比具有更大的危险性。因此急需建立具备高度自动化、数字化、可视化的智能工厂，使企业在安全、环保、节能、增效、降本等方便得到全面提升。建成以人车机物的实时管控、全面感知及动态预警、生产提效及节能降耗、本质安全及应急保障、数据驱动与科学决策为目标的化工行业智能制造标杆企业。

二、案例背景

当前我国已成为世界化工第一大国，主要化工产品产量居世界第一位，化工总产值占世界总量的40%，预计2030年将达到50%。化工生产过程复杂多样，涉及的物料易燃易爆、有毒有害，生产条件多高温高压、低温负压，现场危险化学品储存量大、危险源集中，化工（危险化学品）企业（以下简称危险化学品企业）重特大事故多发，暴露出传统安全风险管控手段“看不住、管不全、管不好”等问题突出。 依靠物联网、大数据、云计算、人工智能（AI）、5G等新一代信息技术，建设危险化学品企业安全风险智能化管控平台，加强在感知、监测、预警、处置、评估等方面赋能危险化学品企业，破解企业生产运营的痛点、难点、堵点问题，是实现危险化学品企业转型升级的必由之路。

三、实施方案

1.整体架构

工业互联网智控层：作为整个智能工厂物联网底座，工业互联网智控层不仅可构建或接入包括PLC、DCS等工业控制平台，还可直接接入摄像头、传感器等物联网设备，实现物联网数据实时、高效接入的同时，也为上层应用直接控制物联网设备提供能力支撑。

工业互联网PaaS平台：作为整个智能工厂的技术底座，工业互联网PaaS平台不仅提供IaaS资源调配及全平台运维支撑，还为上层应用提供了物联网数据采集、大数据利用及人工智能等技术能力，从而从技术层面保证业务流程及数据的贯通，并为SaaS层及智脑层调用上述能力获知数据、利用数据、分析数据提供技术保障。

工业互联网SaaS平台：通过构建工业互联网SaaS平台，南通星辰根据业务需求、管理要求构建包含安全、应急、消防、环保、生产、设备、能源、质量、仓储、监测预警、协同办公在内的十余个业务领域工业APP，对南通星辰现有各业务领域逻辑予以数字化呈现，辅助企业提升数字化、精细化管理水平。

工厂智脑平台：借助工厂智脑平台，南通星辰可实现智能工厂内部业务数据、外部业务数据及工控数据的统一，并调用工业互联网SaaS平台底层能力，基于业务模型、三维模型及AI模型，采用包括周期性报表与三维呈现在内的多种数据利用模式，挖掘数据潜在价值，辅助企业经营决策。

2.主要功能

依据南通星辰智能工厂项目的目标及实施过程，采取“总体规划，分步实施，循序渐进”的建设策略，将基于统一平台采用统一规划、模块化构建、并行实施的实施方法，实施的模块分阶段投运，每个阶段都包含了一系列任务和资源来保证华瑞新材智能工厂系统的成功实施。

建立实时定位系统，基于管控一张图对人、车、机、料等进行全厂区定位，包括二道门、人员在岗在位建设实现人员、车辆的进出管理及分布、状态监控，实时跟踪定位、历史轨迹追踪，限行区域报警及主动呼叫报警等；设备在线监控可实现对设备当前状态、温度、压力等方面的实时监控；物料管理可实现对原材料、过程在制品、产成品、备品备件等物料状态、性质、来源、去向等方面的实时监控。

在统一平台上实现生产全过程管控，涵盖生产计划、调度指挥、工艺、设备、物的增值、质量、仓储、能流等制造过程各环节。

建立动态监测预警系统，通过互联互通、全面感知，从重点区域监控预警，生产过程监控预警，设备运行监测预警，重点工艺节点的实时监控和预警，公用工程数据、历史数据跟踪和对标报警等，实现监测预警的全厂、全生产过程覆盖。

建立安全管控系统，从重大危险源监控、可燃有毒气体监控、危废监控、消防管控、风险分级管控和隐患排查及应急管理等全方面管理。实现对厂区重大危险源（如罐区、氯气储罐）的分布、状态进行实时数据采集、视频监控，及趋势预警显示；可燃有毒气体实时显示可燃有毒气体浓度，实现预警并自动采取应急措施；实时显示危废状态、来源等；应急资源管理、应急预案的编制、更新、应急演练管理、在线应急指挥联动系统；对消防主机报警数据采集、报警，同时包含消防车辆管理、消防设施器材管理、消防重点部位管理、消防巡检管理功能，能够结合厂区图进行打点定位。

工厂总体设计、工艺流程及布局均建立数字化模型，通过模拟仿真构建数字化与业务的深度融合，实现安全、业务、经营流程数据可视化，构建透明化智能工厂。

建立工厂通信网络架构，实现制造过程各环节之间信息互联互通，随着5G虚拟专网、大数据、AI等技术的升级，利用端到端切片及QoS技术，为实际应用场景提供一张高带宽、低时延并与公众网络数据隔离的虚拟专有网络改变企业原来数据传输模式，全面提升企业安全生产信息化应用水平，及时、准确的传递安全管理数据，提高安全生产管理效率。

实现生产模型化分析决策、过程量化管理、利润分析和质量动态跟踪以及从原材料到产成品一体化协调优化。通过数字化办公协同建立公司制度管理、文件审批、教育培训、现场管理、作业管理等。通过持续改进，实现生产过程动态优化，制造和管理信息的全程可视化，企业在资源配置、工艺优化、过程控制、产业链管理、节能减排及安全生产等方面的智能化水平显著提升。

建有工业信息安全管理制度和技术防护体系，具备网络防护、应急响应等信息安全保障能力。建有功能安全防护系统，采用全生命周期方法有效避免系统失效。

3.设计理念

（1）统筹规划，分步实施

项目建设工作涉及企业各部门、多层级管理，项目建设按照条块结合、需求为主的原则进行统筹规划、总体设计、分步实施，实现工业化、信息化和智能化的有机结合。

（2）面向生产，突出应用

平台搭建围绕南通星辰实际生产管理需要，面向企业用户设计，重视生产业务与信息技术的融合，采用工业互联网平台技术，重点建设企业生产管理核心业务，保证系统的便捷性、易用性。

（3）技术先进，保障安全

采用先进的技术架构，利用各种应用构件，实现一体化的基础应用环境，同时注重系统硬件设备的可靠性和先进性，采用符合当前发展趋势的先进技术，并充分考虑技术的成熟性，建立安全防护和容灾备份机制，形成先进的运维保障和信息安全体系，保障系统的平稳运行。

（4）注重效益，着眼长远

项目建设工作以需求为导向，把当前和长远结合起来，既满足当前工作的需要，又要适应技术和应用的发展，确保在管理的基础上，逐步发挥项目的实际应用效果，不断提升智能工厂的应用水平，建立长效运行机制，不断优化升级，长期服务于管理。

4.项目方案

4.1 工厂运营中心

工厂运营中心是一套针对工业企业的综合性大数据归集、处理、应用和管理的平台，通过构建工厂智脑，基于业务模型构建全厂数据大脑及包含安全、应急、环保、生产、工艺、能源、质量、设备、物料等业务领域专题分析，全面实现厂级及专项业务领域级数据可视化、数字化多维度分析，有效支撑实现工厂透明化，数字化，为企业决策层、管理层及执行层业务活动提供及时、可靠数据支撑。工厂运营中心作为工业的数据模型及价值呈现的集大成者，负责打破各业务领域的藩篱，实现数据、业务的打通，并为决策层、管理层及执行层提供全厂级跨业务领域的数据利用能力。

4.2 三维可视化数字工厂

数字工厂是由数字化模型、方法和工具构成的综合网络，包含仿真和三维可视化。通过与设备、生产、安全数据集成，搭建虚拟工厂环境，将工厂数据信息在虚拟仿真的三维场景中进行综合呈现和管理，实现工厂所有信息化系统的综合集成和统一协作，将数据场景化，提高数据使用效率。最终实现工厂虚拟重现，让管理一目了然。

4.3 生产全过程管理

（1）实时监控预警系统

实时流程监测系统实时对生产情况进行实时监测和监督，以密切掌握各生产单元的生产情况，监测内容包括工厂总况、生产工艺、生产设备、生产能耗等。

通过物联网及5G MEC等技术将实时数据、预警信息、监控视频等数据展现至大屏，由于监控摄像头数量众多，对于上行容量有较高诉求，因而优先使用AAU模块保障容量、提升覆盖；为企业工作人员提供相关决策。

核心网均采用5G SA技术架构，结合5G标准特有的边缘计算和网络切片技术满足企业高可靠、低时延、大带宽、数据安全等业务保障需求。基于中国联通5G网络架构，实现公网、专网业务隔离，为化工行业用户提供5G专网服务。

（2）生产统计

企业根据管理需求对生产经营情况进行分析，生产统计报表是分析的重要数据来源。自定义各种管理统计图表，分析计划执行情况、生产经营状况等，为企业生产经营决策提供丰富的数据支持。

生产数据来自每日确认的数采数据、物料平衡后的数据、计划数据或手工录入数据，然后对数据进行处理、汇总、分类，生成生产统计数据，进而输出产量表、投入/产出表、产率表等报表，作为监督生产操作和生产计划制定与调整的依据，可进行生产班组统计、日统计、月统计。全厂数据汇总后再进行全厂统计平衡，输出统计报表。

（3）能源管理

建了一个能源管理相关业务应用的统一的信息集成平台；实现能源介质消耗、重点装置运行状态等综合集成信息平台，为每个批次、产品、工段及全厂能耗在线监测预警提供强大的支撑工具。

涵盖基础指标基准设定、调度、实绩、成本管理、能源平衡报表、能源统计分析、能源综合展示等功能。采用丰富的图表展示工具，按生产批次、工段、工厂的管理维度，不同时间粒度展示能源消耗信息，如：装置负荷趋势分析、装置运行状态等；还可以通过质量、工艺、产量等与能耗强相关的因素综合分析，为节能降耗提供未来决策分析依据。

（4）质量管理

质量管理贯穿制造企业的供应链管理，从原材料入库环节开始的入库检验到生产加工过程中的过程检验，再到成品入库前的检验，对产品质量进行严格把控，结合物料批次，建立产品批次追溯档案，为质量分析提供数据支撑。

l 通过质量管理子系统，实现企业质量管理网络全覆盖，保证生产全环节质量的可控、在控、受控；

l 建立质量事件快速反应机制，防止质量时间的发生和扩大；

l 建立质量管理大数据模型，实现数据分析统计，解决质量管控瓶颈，实现可持续提升。

（5）仓储管理

仓储在企业的整个供应链中起着至关重要的作用，如果不能保证正确的进货、库存控制及发货，将会导致管理费用的增加，服务质量难以得到保证，从而影响企业的竞争力。

使用仓储管理系统，对仓储各环节（入库、出库、调拨、盘点等）实施全过程控制管理，全面提升仓库作业效率、提高库存准确率、提升库存周转效率、全方位追踪员工作业绩效，提供企业透明化、实时化、可视化的仓库管理体验。

²  严控物料先进先出，降低库存成本

做好先进先出是仓储管理中非常重要的一环。制造日期的不同，造就了不同的保质期。某种材料在仓库里停留的时间越长，意味着能向客户提供的保质期越短，所以必须把先期制造的材料，先行投入使用。

²  利用PDA扫描盘点，提升盘点效率

库存盘点是为了精确的计算当月和当年的营运状况，以月/年为周期清点公司内的物品，以便对仓储货品的收发结存等活动进行有效控制，保证仓储货品完好无损、帐物相符，确保生产正常进行，规范公司物料的盘点作业。系统提供PDA扫描盘点的方式，可减少仓库人员清点物品、记录物品数量的工作，提升盘点效率。

4.4 安全生产管控

（1）双重预防机制系统

管控系统能帮助公司构建立起以安全风险辨识为基础，突出风险管控，加强安全巡查，能有效治理事故隐患，构建完善、持续有效的“双重预防机制”和运行模式的系统的业务流程，切实提高防范和遏制安全生产事故的能力和水平。

（2）企业生产全流程管理系统

主要包括基础数据管理、目标责任管理、安全制度管理、法律法规管理、教育培训、设备台账、日常巡检、承包商管理、安全作业、隐患排查、设备检修、设备保养、应急管理、事故管理、变更管理等信息化管理系统。

（3）AI视频识别

利用成熟的人工智能（AI）图片与影像分析技术，实时监控和处理重点场所、关键区域、特殊岗位的信息，辨识并记录仪表盘数据，对现场异常情况、人员违规行为、作业控制措施、设备安全隐患等进行提示和告警。

未佩戴安全帽

生产区域吸烟

（4）巡检与维修

通过移动端 APP刷NFC 标签卡，支持巡检点下用户自定义添加巡检参数（温度、压力、异响等）参数可定义单位及正常值范围；支持针对不同区域、设备设 置不同巡检班次，支持跨日等巡检班次。    

APP 端可随时发起设备维修工单，提交设备故障描述、故障详情、上传现场照片，完成风险等级评估后，支持维修、验收等设备检修全过程的管理功能；PC 端通过设备检修目录，查看设备检修全过程信息。

（5）安全作业证（纸质变电子）

包含动火作业、受限空间、盲板抽堵、高处作业、吊装作业、临时用电、动土作业、断路作业、施工作业、设备小修共计 10 个作业单工单的全流程管理；在移动 APP 上即可完成发起作业申请、风险告知书确认签字、分析化验、现场确认、作业审核、作业验收的全流程管理，作业证完成闭环后，系统会自生成相应的作业证和风险告知卡，以便用户电子存档于打印。

4.5 人员在岗在位

精确显示生产区域内在线人员动态，绑定区域摄像机，当发生报警时，可做告警区域视频联动提高应急救援效率，杜绝未经培训、未经批准人员进入生产区，可通过生物识别、智能门禁、实时定位等技术，能够有效识别、跟踪人员的位置和行为。

监控大屏实时显示生产区域内所有人员的实时定位管理，分区域统计实时人数；实时在地图上显示所有人员的位置，不同颜色的安全帽代表不同类型人员（内部人员、承包商人员、访客人员）

可用于追踪人员历史位置和记录每个时间段内的行动轨迹。有助于管理者对人员活动行为进行分析，一旦有异常情况，可以提供分析数据。

可设置电子围栏安全告警策略如：（越界、超员、缺员、滞留、静止、SOS 告警等），一旦出现告警，可以在报警查看中查看。

4.6 5G虚拟专网

南通星辰5G+智慧化厂以5G技术为核心，建设5G虚拟专网，实现5G全工厂连接，提供“专网+平台+终端+应用”的5G一体化解决方案。建成了“1+4”的新型5G+工业互联虚拟专网，其中，“1”为5G虚拟专网，“4”为5G虚拟专网中运用的5G网络切片、5G超级上行、5G边缘计算、5G专线等核心技术。

中国联通5G专网主要通过在装备制造园区下沉边缘MEC的方式，实现数据的本地分流和低时延应用的保障，同时还可叠加5G 切片技术，实现不同业务的安全隔离、网络质量的保障。以5G智能专网运营平台作为面向装备制造行业客户对专网可视、可管、可维的载体，实现对5G装备制造专网的自助服务。

中国联通5G专网一般从以下三大方面来满足装备制造生产企业对于高质量网络服务的需求：

全国统一纳管能力：通过联通5G智能（专网）运营平台为装备制造企业总部提供对全国各个厂区网络状况的统一监控管理服务或API调用服务，让企业总部时刻掌握全国各厂区当前的网络资源情况、网络异常情况等；

核心网提供5个9高可靠性：通过在企业建设MEC双节点，实现MEC的容灾备份，保障网络设备的高可靠性；同时在UPF网元上部署核心网应急模块（Lite SMF、AMF、UDM等），实现MEC节点和5GC之间断联后，可以继续承载现有的业务数据，不影响正常的业务生产。

室内5G超大上下行容量：在厂房内，联通3.5G频段可用的频谱达到300M，2.1G频段可用的频谱80M，通过载波聚合、上下行时隙配比的调整，下行速率可达4Gbps，上行可达1Gbps，能够满足高上下行带宽业务的需求。

四、实施成效

（一）南通星辰芮城合成材料有限公司智慧化工平台的搭建，属于山西省第一批试点建设企业，其项目的优秀完成使得运城联通在本地形成了标杆效应，无论是通过应急局和其他工厂，都得等到了很好的宣传。对于该行业平台的标准以及价格，都有一定的参考作用，对于以后本地区化工安全监管平台的发展有一定的指导作用。

（二）通过该项目运行真正实现了把人员、设备、环境、制度管理起来，做到事前、事中、事后全程可控，相关设备运行指标大幅提升，离线次数较改造前下降30%，优化人员10%左右，5G网络端到端时延在20ms以内，充分达到企业降本增效的效果。

（三）在数字化时代，所有的产品都在向着“更好的控制”“更好的功能”方向发展。当前，“更好的控制方式”，就是以数字化原生的软件来控制产品；“更好的功能”，就是以“软件+硬件+网络”甚至仅以软件来体现日益方便快捷的产品功能。要认识到：数字化转型，就是基于软件的数字化转型。软件能力越强，数字化转型的水平就越高；产品中的软件代码行数越多，产品就越值钱、越智能。

五、创新亮点

（一）实现车间数字化建模，提升生产工艺标准化、规范化管理

智能车间必须先有数字化的模型，才能将数字信息传递到制造设备上去进行智能制造。通过数字建模技术实现车间总体设计、工艺、生产线、设备进行建模，可实现对、工艺和生产线规划、计划与生产执行，从而改善和提高制造企业的制造过程，从而为企业提供一个创新性柔性化的制造环境。

（二）实现基于5G的生产任务与生产控制一体化管控，打造数字化、智能化车间

南通星辰智能工厂平台通过5G和实时采集与监控平台实现设备互联互通，实现生产管理与生产控制一体化管控。使设备达到状态感知、实时分析的自组织生产，实现智能生产、智能监控分析，可实现精细化、精准化、自动化、信息化智能化管理与控制。在制造过程中能进行分析、推理、判断、构思和决策等智能活动，把制造自动化扩展到柔性化、智能化和高度集成化。

（三）实现生产过程全过程监控，提高设备运转率

通过对设备实行全过程监控管理，依照集约化管理、融入EAM管理思想，从设备设计、采购开始，直至设备运行、维护、报废进行全寿命周期管理，同时结合成本管理、财务管理，既实现对资产过程管控，实现企业的知识一体化、资产价值一体化以及设备资产的全生命周期管理，实现设备状态和停机监控，策略性维护，提升企业资产利用率，提高设备运转率。

（四）实现车间可视化，实现基于5G的车间实时感知

通过5G实时数据采集系统将车间各PLC实时采集，数据统一在智慧车间实时数据库中，实现生产数据实时采集、集中存储，建立基于设备和过程的实时数据中心；建立车间的设备和生产、工艺等模型，基于数字化车间模型实现生产线的生产过程监视、趋势分析、历史回放、生产看板分析、设备状态监测、报警管理，指标管理等功能；生产进度全程跟踪、生产调度优化排程，以提高生产管理效率，改善生产质量；从而全面提升企业的资源配置优化、操作自动化、实时在线优化、生产管理精细化和智能决策科学化水平。

六、案例图片