面向汽车制造的5G网络SLA需求及保障技术报告

面向汽车制造的5G网络SLA需求及保障技术报告 工业互联网产业联盟（AII） 2024年10 声明 本报告所载的材料和信息，包括但不限于文本、图片、数据、观点、建议，不构成法律建议，也不应替代律师意见。本报告所有材料或内容的知识产权归工业互联网产业联盟所有（注明是引自其他方的内容除外），并受法律保护。如需转载，需联系本联盟并获得授权许可。未经授权许可，任何人不得将报告的全部或部分内容以发布、转载、汇编、转让、出售等方式使用，不得将报告的全部或部分内容通过网络方式传播，不得在任何公开场合使用报告内相关描述及相关数据图表。违反上述声明者，本联盟将追究其相关法律责任。 工业互联网产业联盟联系电话：010-62305887 邮箱：aii@caict.ac.cn 编写说明 党中央和国务院高度重视战略性新兴产业的发展，多次强调“积极培育新能源、新材料、先进制造、电子信息等战略性新兴产业，积极培育未来产业，加快形成新质生产力，增强发展新动能”。加快培育和发展战略性新兴产业，成为促进我国经济高质量发展的重要抓手。 汽车制造业作为战略性新兴产业和未来产业发展的重要领域，涉及钢铁、石油、橡胶、电子、化工等诸多领域，集成新能源、新材料、新一代信息、先进制造等诸多新技术，符合数字化、高端化、智能化和绿色化发展方向。汽车制造业的发展，对于促进我国制造业的转型升级，提高附加值及全球竞争力，有着重大战略意义。 以5G为代表的新一代移动通信技术，与人工智能、大数据、云计算等新一代信息技术融合，将更好地为提升生产柔性化水平、生产效率、产品质量、服务水平提供保障，助力汽车制造业数字化、网络化、智能化转型升级。“5G+汽车制造”应用场景丰富，业务需求千差万异，众多场景对网络指标提出了个性化需求，因此需要针对场景及需求的特殊性和复杂性，提供符合场景需求的网络资源适配及服务保障。 本报告研究面向汽车制造的5G网络SLA需求及保障技术，梳理5G+汽车制造典型场景、业务需求及参数，研究业务侧需求到5G网络侧需求转译、以及5G/5G-A分级保障技术，从而为汽车制造企业各生产流程运用5G/5G-A技术实现数字化智能化升级提供参考。 编制单位及编写组成员（排名不分先后）： 中国联合网络通信有限公司研究院：李文杰、齐飞、王源野、赵晨炅、李森、张余、王金石 重庆数智融合科技有限公司（中国联通汽车制造军团）：安岗、张艳 华为技术有限公司：卢小莉、辛波、包盛花 东风商用车有限公司：李宏伟、杨京鸿、肖志军、廖元川 重庆长安汽车股份有限公司：李鹏、姚建丰、戴志强、孙井会中国第一汽车集团有限公司：李阳 中国联合网络通信有限公司吉林省分公司：黄健、时烁、陈美文、毕盛君 中汽研汽车工业工程（天津）有限公司：董方歧 中国电信集团有限公司天津分公司：黄秦、王俊久、杨帅精诚工科汽车系统有限公司：王晓青 中兴通讯股份有限公司：高峰、楚俊生 北京紫光展锐通信技术有限公司：夏彦龙、张伟强、朱勇旭深圳艾灵网络有限公司：刘旸 普天信息工程设计服务有限公司：陈昕 目录 一、汽车制造5G网络服务保障需求1 （一）5G/5G-A在汽车制造中的价值体现1 （二）汽车制造中5G网络个性化SLA保障的必要性2 二、汽车制造领域5G/5G-A典型业务及指标2 （一）业务质量参数分析概述2 （二）5G+AGV等运输控制类8 1.业务概述8 2.业务质量参数9 （三）5G+机器视觉类10 1.业务概述10 2.业务质量参数11 （四）5G+PLC等生产控制类11 1.业务概述11 2.业务质量参数13 （五）5G+视觉引导机器人14 1.业务概述14 2.业务质量参数16 （六）5G+VR/AR等辅助生产类17 1.业务概述17 2.业务质量参数18 三、面向汽车制造领域典型场景的5G/5G-A网络需求18 （一）应用场景业务参数到网络指标转译18 （二）典型场景业务质量参数及网络SLA需求转译案例21 1.产线生产节拍分析案例21 2.5G+机器视觉网络SLA需求转译案例24 3.5G+AGV网络SLA需求转译案例24 （三）网络指标验证及规划流程26 四、面向汽车制造领域的5G/5G-ASLA保障技术28 （一）网络高可用保障技术28 （二）低时延高可靠保障技术30 （三）速率保障技术31 一、汽车制造5G网络服务保障需求 （一）5G/5G-A在汽车制造中的价值体现 党中央和国务院高度重视战略性新兴产业的发展，多次强调“积极培育新能源、新材料、先进制造、电子信息等战略性新兴产业，积极培育未来产业，加快形成新质生产力，增强发展新动能”。战略性新兴产业代表新一轮科技革命和产业变革的方向，是引领国家未来产业发展的决定性力量，也是国家培育发展新动能、赢得未来竞争新优势的关键领域。未来产业代表着未来科技和产业发展方向，具有技术颠覆性强、产业关联度高、市场空间潜力大等特征，是大国产业竞争的战略焦点，也是塑造未来世界格局的重要力量。加快培育和发展战略性新兴产业和未来产业，成为促进我国经济高质量发展的重要抓手。 汽车制造业作为战略性新兴产业和未来产业发展的重要领域，涉及钢铁、石油、橡胶、电子、化工等诸多领域，集成新能源、新材料、新一代信息、先进制造等诸多新技术，符合数字化、高端化、智能化和绿色化发展方向。汽车制造业的发展，对于促进我国制造业的转型升级，提高附加值及全球竞争力，有着重大的战略意义。 以5G为代表的新一代移动通信技术，与人工智能、大数据、云计算等新一代信息技术融合，成为战略性新兴产业及未来产业发展的关键驱动力。5G/5G-A具备高带宽、低时延和高可靠性特点，通过构建高质量的5G行业专网，结合5GLAN、高精度定位等能力，提供覆盖实时、非实时、定位业务的网络能力；通过5G-A的毫秒级时延、上行大带宽、RedCap、无源物联、网业协同感知等特性及能力加持， 更好满足细分场景业务的差异化需求，全方位打造5G智能化产线。5G/5G-A将更好地为提升生产柔性化水平、生产效率、产品质量、服务水平提供保障，助力汽车制造业数字化、网络化、智能化转型升级。 （二）汽车制造中5G网络个性化SLA保障的必要性 5G+汽车制造应用场景丰富，业务需求千差万异，众多场景对网络指标提出了个性化需求，因此需要针对场景及需求的特殊性和复杂性，提供符合场景需求的网络资源适配及服务等级（SLA）保障。 本报告研究面向汽车制造的5G网络SLA需求及保障技术，梳理5G+汽车制造典型场景、业务需求及参数，研究业务侧需求到5G网络侧需求转译、以及5G/5G-A分级保障技术，从而为汽车制造企业各生产流程运用5G/5G-A技术实现数字化智能化升级提供参考。 二、汽车制造领域5G/5G-A典型业务及指标 （一）业务质量参数分析概述 汽车制造生产环节涉及冲压、焊装、涂装、总装及电池等车间，5G应用场景多达上百种，典型场景如下表所示。 表1汽车制造生产环节典型场景 序号 汽车制造生产 环节 场景名称 序号 汽车制造生产环节 场景名称 1 冲压 5G+机器人开卷落料码垛控制 15 其他（如机加、电池车间等） 5G+机器臂协同控制 2 5G+机器视觉钢材表面瑕疵质检 16 5G+AI安全帽检测 3 焊装 5G+焊接机器人数采 17 5G+柔性工岛生产 4 焊装群控站数据回传 18 5G+AI人车分流 5 涂装 涂装工艺信息交互 19 5G+新能源电池存储 6 5G+智能喷涂 20 5G+AGV物料运输控制 7 漆面缺陷检测 21 5G+AGV车身转运 8 总装 5G+智能柔性化输送线 22 机器人与机器人协同控制 9 5G+智能装配 23 远程维护机器人 10 5G+拧紧工具 24 工序间物料传输 11 5G+车辆装配过程中的无线扫码 25 远程调测可视化 12 5G+车辆质检机器视觉应用 26 5G+智慧生产一屏感知 13 5G+AI车窗涂胶合规检测 27 能耗监控 14 5G+AI车尾标识别 28 车间环境监测 通过梳理汽车制造主要生产环节中5G/5G-A应用场景可以看出，5G+AGV等运输控制类、5G+机器视觉类、5G+PLC等生产控制类、5G+视觉引导机器人、5G+VR/AR等辅助生产类、安防监控类、信息采集类等典型应用，基本覆盖各环节典型场景，因此有必要梳理典型业务运行时需要的网络能力涉及的典型业务质量参数。 典型业务质量参数包括：生产节拍、工件型号、响应时间、识别精度、产线运动速度、切换稳定性等生产需求，图像/视频分辨率、色彩模式、视频编码方式、视频码率、帧率、视频路数、模型数据量、光学方案、视场角等终端光学相关参数，应用数据量、通信周期CT、生存时间ST、0宕机时长等控制相关参数，以及组态节点密度、车间节点密度等部署相关参数。 典型业务质量参数说明如下： (1)生产节拍 完成一个产品所需的平均时间，用于定义流程中某一具体工序或环节的单位产出时间。假设在净可用工作时间内，产线以恒定速率生 产制造产品，生产节拍即指产线上两个连续生产单元（或加工点位）之间完成工序所经过的时间量。 (2)工件型号 指待加工/处理的工件标识。不同型号的工件，其材质、形状、待加工/处理的面积或工艺要求往往不同，这些因素将直接影响解决方案中硬件设备选型、进而影响网络需求。 (3)响应时间 指系统对请求作出响应的时间。 (4)识别精度 识别测量或计算的准确程度。此处指视觉系统，识别目标空间位置或测量工件尺寸的精细程度。业务系统中对识别精度的要求高低，将直接影响图像分辨率、数据类型等指标要求。 (5)产线运动速度 即生产制造过程中，设置的产线运动速率，多与生产节拍、工序复杂程度、产量需求互相影响。 (6)切换稳定性 移动设备漫游过程中，从一个服务小区切换到另一个服务小区过程中允许业务中断的最大时间，该参数用于测算5G小区切换时延。 (7)图像/视频分辨率 对图像/视频精密度的一种度量。既指设备所能显示的像素的数量,也指图像/视频中单位尺寸或面积包含的像素个数。该参数结合其它光学参数可用来测算5G终端的带宽指标。 (8)色彩模式 将某种颜色表现为数字形式的模型或一种记录图像颜色的方式，有彩色和黑白之分。该参数结合其它光学参数可用来测算5G终端的带宽指标。 (9)位深度 在记录数字图像颜色时，计算机实际上是用每个像素需要的二进制数值位数来表示的。如，黑白二色图像每个像素只有1位颜色，位深度是1；真彩色，位深度是24，能组合成16777216种颜色。 (10)视频编码方式 通过压缩技术，将原始视频格式的文件转换成另一种视频格式文件的方式。视频流传输中最为重要的编解码标准有国际电联的H.261、H.263、H.264等。该参数结合其它光学参数可用来测算5G终端的带宽指标。 (11)视频码率 数据传输时单位时间传送的数据位数，一般用的单位是kbps。该参数结合其它光学参数可用来测算5G终端的带宽指标。 (12)帧率 以帧为单位的位图图像连续出现在显示器上的频率。该参数结合其它光学参数可用来测算5G终端的带宽指标。 (13)通道数 可以接入的信号通道数量。该参数结合其它光学参数可用来测算5G终端的带宽指标。 (14)三维模型数据量 数据格式包括深度图、深度视频、点云。该参数结合其它文本、图像、视频、音频等数据量参数可用来测算5G终端的带宽指标。 (15)视场角（FOV） 又称视角，指在成像场景中，相机可以接收影像的角度范围，也称视野范围。视场角的大小决定了光学仪器的视野范围，视场角越大，视野越大，直接决定了用户的直观感受。该参数结合其它光学参数可用来测算5G终端的带宽指标。 (16)头部追踪的自由度（DoF） 将用户的头部动作转化为电子信号,以实现对于虚拟现实、增强现实及人机交互等领域的控制手段。自由度是指物体在三维空间中移动的独立方式的数量，分3自由度（3DOF），6自由度（6DOF）。3DOF侧重于旋转运动，跟踪用户头部围绕X、Y、Z轴的旋转（俯仰、偏航和滚动），不跟踪空间