工控應(yīng)用需求與

5G

網(wǎng)絡(luò)指標(biāo)轉(zhuǎn)譯技術(shù)報(bào)告——離散制造領(lǐng)域（2024

年）工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)產(chǎn)業(yè)聯(lián)盟2024年10

月聲 明本報(bào)告所載的材料和信息，包括但不限于文本、圖片、數(shù)據(jù)、觀點(diǎn)、建議，不構(gòu)成法律建議，也不應(yīng)替代律師意見。本報(bào)告所有材料或內(nèi)容的知識(shí)產(chǎn)權(quán)歸工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)產(chǎn)業(yè)聯(lián)盟所有（注明是引自其他方的內(nèi)容除外），并受法律保護(hù)。如需轉(zhuǎn)載，需聯(lián)系本聯(lián)盟并獲得授權(quán)許可。未經(jīng)授權(quán)許可，任何人不得將報(bào)告的全部或部分內(nèi)容以發(fā)布、轉(zhuǎn)載、匯編、轉(zhuǎn)讓、出售等方式使用，不得將報(bào)告的全部或部分內(nèi)容通過(guò)網(wǎng)絡(luò)方式傳播，不得在任何公開場(chǎng)合使用報(bào)告內(nèi)相關(guān)描述及相關(guān)數(shù)據(jù)圖表。違反上述聲明者，本聯(lián)盟將追究其相關(guān)法律責(zé)任。工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)產(chǎn)業(yè)聯(lián)盟聯(lián)系電話箱：aii@caict.ac.cn編寫說(shuō)明近年來(lái)，主流制造強(qiáng)國(guó)紛紛推出產(chǎn)業(yè)政策，推動(dòng)制造業(yè)的數(shù)字化轉(zhuǎn)型，以促進(jìn)制造業(yè)智能化轉(zhuǎn)型。2013

年，德國(guó)提出“工業(yè)

4.0”戰(zhàn)略，建設(shè)高端智慧工廠和智能制造創(chuàng)新中心；日本發(fā)布“制造白皮書”，提出“社會(huì)

5.0”計(jì)劃，發(fā)展機(jī)器人、新能源汽車、3D

打印等；2015

年，戰(zhàn)略，加速制造業(yè)轉(zhuǎn)型升級(jí)。在智能工廠主要

5

大特征（互聯(lián)、優(yōu)化、透明、前瞻和敏捷）中，互聯(lián)是前提，也是最大的價(jià)值所在，而網(wǎng)絡(luò)連接技術(shù)是實(shí)現(xiàn)人、機(jī)、料、法和環(huán)互聯(lián)的基礎(chǔ)。5G

技術(shù)作為新一代移動(dòng)通信技術(shù)，切合了智能制造對(duì)無(wú)線網(wǎng)絡(luò)的應(yīng)用需求，在時(shí)延、帶寬和可靠性等能滿足工業(yè)環(huán)境下設(shè)備互聯(lián)和遠(yuǎn)程交互應(yīng)用需求。隨著

5G

新型基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)政策的發(fā)布，以及國(guó)家倡導(dǎo)的

5G

應(yīng)用“揚(yáng)帆”行動(dòng)計(jì)劃，我國(guó)

5G

網(wǎng)絡(luò)加速普及并全面協(xié)同發(fā)展，從信息通信實(shí)現(xiàn)人與人之間的連接，邁向萬(wàn)物互聯(lián)的數(shù)字化新時(shí)代。5G

技術(shù)將應(yīng)用于工業(yè)、農(nóng)業(yè)、家居、醫(yī)療、物流、交通等各個(gè)領(lǐng)域，助力全球數(shù)字化轉(zhuǎn)型。其中，工業(yè)是

5G

應(yīng)用的重點(diǎn)領(lǐng)域，“5G+工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)”為傳統(tǒng)領(lǐng)域帶來(lái)了新的機(jī)遇與挑戰(zhàn)。最近幾年，在離散制造業(yè)的人機(jī)料法環(huán)生產(chǎn)管理，例如數(shù)采、視頻監(jiān)控、移動(dòng)巡檢、MES

看板、物流

AGV

調(diào)度等，以及礦港鋼等流程行業(yè)的遠(yuǎn)控，例如天車遠(yuǎn)控、龍門吊遠(yuǎn)控、無(wú)人集卡、采煤機(jī)遠(yuǎn)控、掘進(jìn)機(jī)遠(yuǎn)控等場(chǎng)景，5G

已經(jīng)開始進(jìn)入

1

到

N

的批量復(fù)制階段。而“5G+工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)”進(jìn)入

PLC

級(jí)現(xiàn)場(chǎng)級(jí)控制的核心生產(chǎn)環(huán)節(jié)，目前還

0~1

的孵化階段，這是真正促進(jìn)柔性生產(chǎn)的最關(guān)鍵的一環(huán)，同時(shí)這也是對(duì)

5G

網(wǎng)絡(luò)的低時(shí)延、低抖動(dòng)，高確定性、高可靠性、高穩(wěn)定性有著相對(duì)更高的需求。本研究報(bào)告就是面向

“5G+工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)”進(jìn)入

PLC

級(jí)現(xiàn)場(chǎng)級(jí)控制的核心生產(chǎn)環(huán)節(jié)，致力于分析離散制造工控領(lǐng)域業(yè)務(wù)場(chǎng)景和應(yīng)用需求對(duì)

5G

網(wǎng)絡(luò)指標(biāo)需求的映射與轉(zhuǎn)譯方法。為孵化并催熟“5G+工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)”真正進(jìn)入核心生產(chǎn)環(huán)節(jié)實(shí)現(xiàn)柔性生產(chǎn)鋪平一些道路。參與編寫單位：中國(guó)信息通信研究院、華為技術(shù)有限公司、中國(guó)電信股份有限公司研究院、中國(guó)移動(dòng)通信有限公司研究院、中國(guó)聯(lián)合網(wǎng)絡(luò)通信有限公司研究院、菲尼克斯（南京）智能制造技術(shù)工程有限公司、吉利汽車研究院（寧波）有限公司、精誠(chéng)工科汽車系統(tǒng)有限公司、深圳艾靈網(wǎng)絡(luò)有限公司、羅克韋爾自動(dòng)化、高通無(wú)線通信技術(shù)（中國(guó)）有限公司、北京航空航天大學(xué)、北京科技大學(xué)、貴州大學(xué)編寫組成員（排名不分先后）：中國(guó)信息通信研究院：黃穎、朱瑾瑜華為技術(shù)有限公司：包盛花、孫俊男、馬剛鑫精誠(chéng)工科汽車系統(tǒng)有限公司：袁占江、黃曉笠、李凡吉利汽車研究院（寧波）有限公司：闞小琳、王靈峰中國(guó)電信股份有限公司研究院：魏垚、廖潔玉、李洋中國(guó)移動(dòng)通信有限公司研究院：侯慶東、郭姍、李晗陽(yáng)中國(guó)聯(lián)合網(wǎng)絡(luò)通信有限公司研究院：張濤、李靜、安崗、李文杰北京航空航天大學(xué)：劉艷強(qiáng)北京科技大學(xué)：孫雷、王健全貴州大學(xué)：鄒賽深圳艾靈網(wǎng)絡(luò)有限公司：俞一帆、耿慶官菲尼克斯（南京）智能制造技術(shù)工程有限公司：張龍、陳敏、富宣羅克韋爾自動(dòng)化：李錚高通無(wú)線通信技術(shù)（中國(guó)）有限公司：陳卓目 錄一、5G

進(jìn)入現(xiàn)場(chǎng)級(jí)工控領(lǐng)域的價(jià)值與挑戰(zhàn)典型場(chǎng)景.........

1（一）典型場(chǎng)景...................................

1（二）關(guān)鍵價(jià)值...................................

7（三）主要挑戰(zhàn)...................................

8二、基于工控業(yè)務(wù)需求的應(yīng)用KQI

指標(biāo)描述...............

9（一）現(xiàn)場(chǎng)級(jí)工控場(chǎng)景應(yīng)用的KQI

概述..............

10（二）應(yīng)用KQI

之一：通信服務(wù)可用性..............

10（三）應(yīng)用KQI

之二：生產(chǎn)節(jié)拍....................

15（四）應(yīng)用KQI

之三：安全Safety

.................

18（五）應(yīng)用KQI

之四：控制精度....................

25三、網(wǎng)絡(luò)KPI

指標(biāo)定義................................

28（一）

RTT

最大時(shí)延.............................

28（二）RTT

平均時(shí)延..............................

28（三）最大RTT

時(shí)延抖動(dòng)..........................

28（四）最大接收包間隔抖動(dòng)........................

29（五）丟包率....................................

30（六）時(shí)間同步精度..............................

30四、業(yè)務(wù)KQI

對(duì)網(wǎng)絡(luò)KPI

需求的轉(zhuǎn)譯方法................30（一）指標(biāo)轉(zhuǎn)譯及映射方法........................

30（二）工控KQI

與

5G

KPI

的映射模型...............

31（三）

5G

網(wǎng)絡(luò)指標(biāo)的分級(jí)分檔

....................

32（四）轉(zhuǎn)譯工具工作原理..........................

34五、應(yīng)用案例........................................

36（一）通信服務(wù)可用性轉(zhuǎn)譯應(yīng)用案例................

36（二）生產(chǎn)節(jié)拍轉(zhuǎn)譯的案例........................

38（三）生產(chǎn)安全轉(zhuǎn)譯的案例........................

41（四）生產(chǎn)精度轉(zhuǎn)譯的案例........................

43附錄................................................

46參考文獻(xiàn)............................................

48一、5G

進(jìn)入現(xiàn)場(chǎng)級(jí)工控領(lǐng)域的價(jià)值與挑戰(zhàn)典型場(chǎng)景（一）典型場(chǎng)景1.

離散制造工廠的網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)傳統(tǒng)工廠網(wǎng)絡(luò)以

ISA-95

架構(gòu)為基礎(chǔ)，劃分為

5

層：從上至下依次為

ERP、MES、SCADA、PLC

和現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備。根據(jù)行業(yè)屬性和企業(yè)規(guī)模不同，會(huì)進(jìn)行層次優(yōu)化調(diào)整：離散制造行業(yè)例如汽車制造領(lǐng)域以

MES+PLC

層的應(yīng)用為主，SCADA

層相對(duì)簡(jiǎn)化。如圖

1

所示，將汽車制造領(lǐng)域應(yīng)用場(chǎng)景按照

MES、SCADA、PLC

三層進(jìn)行分類，并分開說(shuō)明各場(chǎng)景下的業(yè)務(wù)需求。圖

1ISA95

標(biāo)準(zhǔn)定義的

5

層業(yè)務(wù)架構(gòu)ERP（企業(yè)資源計(jì)劃）和

MES（制造執(zhí)行系統(tǒng)）屬于生產(chǎn)管理網(wǎng)的

IT

網(wǎng)絡(luò)，ERP

系統(tǒng)需要匯總客戶需求，并整合當(dāng)前資源（倉(cāng)儲(chǔ)/物流/產(chǎn)能等），并最終將生產(chǎn)計(jì)劃下發(fā)至工廠側(cè)；MES

制造執(zhí)行系統(tǒng)負(fù)責(zé)工單/人/機(jī)/料的管理，核心是提升生產(chǎn)管理能力，主要應(yīng)用于離散型制造業(yè)（將原材料加工成零件，經(jīng)部件組裝和總體組裝成為成品，完全按照裝配方式生產(chǎn)加工的制造類型，例如3C/家電/汽車）例如汽車制造中，完成生產(chǎn)決策到生產(chǎn)過(guò)程的銜接工作，其核心是生產(chǎn)調(diào)度（生產(chǎn)任務(wù)的細(xì)化，工單下達(dá)，協(xié)調(diào)）和生產(chǎn)管控（管理設(shè)備，生產(chǎn)狀態(tài)，質(zhì)量監(jiān)控），側(cè)重生產(chǎn)的人機(jī)料法環(huán)管理。1圖

2MES

系統(tǒng)應(yīng)用場(chǎng)景示例（某離散工廠）SCADA（數(shù)據(jù)采集監(jiān)視控制系統(tǒng)）屬于監(jiān)督控制網(wǎng)，SCADA

系統(tǒng)負(fù)責(zé)大型設(shè)備系統(tǒng)實(shí)時(shí)監(jiān)控和集中操控，主要應(yīng)用于流程型制造業(yè)（典型的流程工業(yè)包括電力、石油、煤礦、化工、港口等）中完成例如采煤機(jī)、龍門吊、天車等設(shè)備的數(shù)據(jù)采集和監(jiān)視控制工作，其核心是遠(yuǎn)距離人機(jī)交互和控制（遙測(cè)、遙信、遙控、遙調(diào)、遙視），側(cè)重生產(chǎn)設(shè)備的管控。離散制造行業(yè)例如汽車制造領(lǐng)域的

SCADA

層的典型應(yīng)用是設(shè)備控制例如物流

AGV

和設(shè)備監(jiān)控診斷。圖

3SCADA

系統(tǒng)應(yīng)用場(chǎng)景示例（某煤礦開采區(qū)）PLC

屬于設(shè)備控制網(wǎng)，對(duì)包括如工藝

AGV、EMS

吊具、機(jī)器人、I/O

設(shè)備以及各工藝工具等實(shí)際生產(chǎn)產(chǎn)線中的設(shè)備控制。工廠控制網(wǎng)絡(luò)一般按照工廠

=>

車間

=>

生產(chǎn)線

=>

工島進(jìn)行分層控制：2PLC

北向：

PLC

與

SCADA/MES

系統(tǒng)的通信，屬于

SCADA/MES

層PLC

東西向：包括

L2C

和

C2CC2C(Controller-to-Controller)：工島

PLC

與工島

PLC

間的通訊，以及機(jī)器人與機(jī)器人之間系統(tǒng)控制時(shí)的通信。L2C(Line

to

Controller)：產(chǎn)線

PLC

與工島

PLC

間的通訊，或線邊

PLC

與工藝

AGV/EMS

間的通信。往往業(yè)界通常有會(huì)將

L2C

歸為

C2C

一類。PLC

南向：也稱

C2D(Controller-to-Device)

或者

C2IO(Controller-to-I/O)，工島

PLC

到設(shè)備之間的通信，這些設(shè)備包括：I/O

類設(shè)備：如開關(guān)量傳感器/執(zhí)行器智能設(shè)備類：如工業(yè)機(jī)器臂運(yùn)動(dòng)控制類：

如編碼器/伺服電機(jī)其中，PLC

東西向和南向場(chǎng)景就是我們一般說(shuō)的

PLC

現(xiàn)場(chǎng)級(jí)控制場(chǎng)景，是對(duì)網(wǎng)絡(luò)的實(shí)時(shí)性、確定性要求相對(duì)最強(qiáng)的場(chǎng)景。圖

4 PLC

現(xiàn)場(chǎng)級(jí)控制網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)示例（某離散制造工廠）2.

PLC

現(xiàn)場(chǎng)級(jí)控制場(chǎng)景PLC

現(xiàn)場(chǎng)級(jí)控制場(chǎng)景是指對(duì)包括如工藝

AGV、EMS

吊具、機(jī)器人、I/O

設(shè)備以及各工藝工具等實(shí)際生產(chǎn)產(chǎn)線中的設(shè)備控制的場(chǎng)景，為了更加具體地描述現(xiàn)場(chǎng)級(jí)控制場(chǎng)景中的典型應(yīng)用場(chǎng)景，本文以離散制造業(yè)中相對(duì)較具典型性先進(jìn)性3的汽車制造生產(chǎn)車間為例來(lái)列舉幾類典型應(yīng)用場(chǎng)景，并對(duì)比

5G

無(wú)線通信相對(duì)于傳統(tǒng)有線通信的優(yōu)勢(shì)和價(jià)值。1）C2C

場(chǎng)景：工藝

AGV工藝

AGV

指與產(chǎn)線

PLC

有信號(hào)交互的

AGV，一般AGV

側(cè)有本地主控、PLC

或嵌入式控制裝置，通過(guò)

WIFI

等無(wú)線手段與主線

PLC

或調(diào)度上位機(jī)/PLC

等進(jìn)行交互，傳統(tǒng)

WIFI

通訊的問(wèn)題為信號(hào)覆蓋面積小，部分死角無(wú)信號(hào)，抗干擾能力差，同時(shí)可在線數(shù)量低，通訊時(shí)延長(zhǎng)等問(wèn)題。5G

模式的

AGV

可解決上述問(wèn)題，在通訊時(shí)延/質(zhì)量/連接數(shù)/漫游等方面均有大幅提高，同時(shí)可以支持更低響應(yīng)時(shí)間，提高生產(chǎn)節(jié)拍。另一方面隨著

5G

傳輸能力的不斷提高，對(duì)于含

PLC

的工藝

AGV

可以將本地PLC

云化至主線

PLC

或上位

PLC

中，AGV

本地僅保留

IO

及驅(qū)動(dòng)功能。注意，該方式下

AGV

本地應(yīng)保留基本安全功能，如急停等功能，保障設(shè)備使用安全；圖

5

工藝AGV

示意圖2）C2C

場(chǎng)景：EMSEMS（Electrified

Monorail

System

Conveyor）單軌自行運(yùn)輸車系統(tǒng)，在主要應(yīng)用在汽車、家電等行業(yè)的輸送及裝配等方面，根據(jù)其負(fù)載可分為輕載EMS

和重載

EMS，按通訊方式可分為滑觸線通訊、半波通訊、漏波通訊、波導(dǎo)通訊等。首先，物理連線的安裝和維護(hù)要求較高，需要專業(yè)人員進(jìn)行安裝調(diào)試和定期檢修，增加了人力成本。其次，這種物理介質(zhì)通信方式與特定的分散控制器捆綁且集成技術(shù)基本被一些國(guó)外廠商壟斷，增加了系統(tǒng)的采購(gòu)成本。再者，4由于安裝和維護(hù)過(guò)程繁瑣耗時(shí)，它會(huì)在系統(tǒng)升級(jí)或故障恢復(fù)時(shí)導(dǎo)致生產(chǎn)線暫停，從而影響生產(chǎn)效率并帶來(lái)經(jīng)濟(jì)損失。此外，傳統(tǒng)系統(tǒng)的開放性不足，限制了與其他智能制造系統(tǒng)的集成能力。更換為

5G

方案可以消除對(duì)物理通信介質(zhì)的依賴，從而簡(jiǎn)化了安裝和維護(hù)流程，減少了因維護(hù)和升級(jí)導(dǎo)致的生產(chǎn)停滯時(shí)間，不僅降低了系統(tǒng)的運(yùn)行成本，也提高了生產(chǎn)效率和系統(tǒng)的可靠性。圖

6EMS

示意圖3）C2C

場(chǎng)景：機(jī)器人協(xié)同控制焊裝車間是汽車制造中自動(dòng)化程度最高、機(jī)器人使用數(shù)量最多的車間。在焊裝生產(chǎn)過(guò)程中，存在各種機(jī)器人與機(jī)器人協(xié)同工作的情況，如：兩臺(tái)或多臺(tái)機(jī)器人協(xié)同焊接、協(xié)同涂膠、協(xié)同搬運(yùn)。通過(guò)

5G

實(shí)現(xiàn)無(wú)線化，減少機(jī)器人間的線纜部署，網(wǎng)絡(luò)簡(jiǎn)化，減少硬件成本，使產(chǎn)線部署更靈活。5圖

7機(jī)器人協(xié)同控制組網(wǎng)示意圖4）C2IO

場(chǎng)景：工具切換/無(wú)線閥島或

IO

設(shè)備為適應(yīng)產(chǎn)品制造由

MTS（備貨型生產(chǎn)）向

MTO（按訂單生產(chǎn)）乃至

ETO（按訂單設(shè)計(jì)）的變化，產(chǎn)線對(duì)柔性生產(chǎn)的需求不斷提升，機(jī)器人的工具切換，正是一項(xiàng)有效對(duì)策，工具切換可以使機(jī)器人在工藝流程不同階段使用不同工具，或通過(guò)更換不同工具適應(yīng)生產(chǎn)不同型號(hào)產(chǎn)品的需求，使得多型產(chǎn)品共線生產(chǎn)成為可能；抓手、焊槍、涂膠槍、擰緊槍等是機(jī)器人的工具，工具端分布式

IO

模塊與機(jī)器人

PLC

通過(guò)總線通信。5G

無(wú)線化可以簡(jiǎn)化有線現(xiàn)場(chǎng)總線網(wǎng)絡(luò)，減少硬件，減少維護(hù)工作量，減少空間旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)造成的物理通訊故障（斷線、接頭松動(dòng)等），無(wú)現(xiàn)場(chǎng)總線物理對(duì)接，無(wú)通訊對(duì)接時(shí)重啟等待時(shí)間，減少對(duì)接設(shè)備維護(hù)工作量，每一工具都是通訊永遠(yuǎn)在線狀態(tài)，可提升生產(chǎn)節(jié)拍和效率。圖

8工具切換圖示5）C2IO：隨行夾具/轉(zhuǎn)臺(tái)/滑臺(tái)等隨行夾具是汽車柔性生產(chǎn)線移動(dòng)的工裝設(shè)備，該工裝設(shè)備通常有分布式

IO設(shè)備如閥島等，5G

無(wú)線化可簡(jiǎn)化有線現(xiàn)場(chǎng)總線網(wǎng)絡(luò)，減少硬件，減少維護(hù)工作量，減少水平運(yùn)動(dòng)造成的物理通訊故障（斷線、接頭松動(dòng)等），無(wú)現(xiàn)場(chǎng)總線物理對(duì)接，減少對(duì)接設(shè)備維護(hù)工作量，提升設(shè)備開工率；每一隨行夾具都是通訊在線狀態(tài)，在多車型交替生產(chǎn)時(shí)，便于優(yōu)化程序提升生產(chǎn)節(jié)拍和效率。6圖

9

隨行夾具示意圖5G

逐步進(jìn)入

PLC

層級(jí)的東西向、南向的核心生產(chǎn)環(huán)節(jié)各應(yīng)用場(chǎng)景后，大大使能了車間的柔性生產(chǎn)，降低成本，簡(jiǎn)化網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，減少故障時(shí)間和運(yùn)維時(shí)間，提高設(shè)備開動(dòng)率，提升產(chǎn)能，甚至可以進(jìn)一步催生集中化/虛擬化

PLC

的未來(lái)產(chǎn)線形態(tài)趨勢(shì)。圖

10

5G

無(wú)線接入的PLC

現(xiàn)場(chǎng)級(jí)控制場(chǎng)景組網(wǎng)圖示圖（二）關(guān)鍵價(jià)值工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)是連接工業(yè)生產(chǎn)系統(tǒng)和工業(yè)生產(chǎn)各要素的信息通路，是實(shí)現(xiàn)“以信息為中心”的智能制造系統(tǒng)的基座，制造行業(yè)各生產(chǎn)車間的傳統(tǒng)有線現(xiàn)場(chǎng)控制應(yīng)用的網(wǎng)絡(luò)多數(shù)是樹形或者環(huán)形加樹形的結(jié)構(gòu)，樹形拓?fù)涔た鼐W(wǎng)絡(luò)受限7于組網(wǎng)配置與網(wǎng)絡(luò)端口的物理綁定，難以快速靈活調(diào)整，借助移動(dòng)互聯(lián)網(wǎng)優(yōu)化后的現(xiàn)場(chǎng)控制應(yīng)用的網(wǎng)絡(luò)呈現(xiàn)扁平化的星型網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，更好地使能設(shè)備布局的靈活調(diào)整，是實(shí)現(xiàn)柔性化生產(chǎn)的前提。5G

技術(shù)是最新一代蜂窩移動(dòng)通信技術(shù)，能夠提供增強(qiáng)移動(dòng)寬帶、低時(shí)延高可靠和超大連接等網(wǎng)絡(luò)能力，是賦能行業(yè)數(shù)字化轉(zhuǎn)型的新型基礎(chǔ)設(shè)施，尤其是5G

增強(qiáng)的超低時(shí)延和超高可靠能力（uRLLC）可以滿足現(xiàn)場(chǎng)級(jí)控制的工業(yè)以太RT（Real

Time）級(jí)要求，解決現(xiàn)有有線應(yīng)用中走線復(fù)雜、改造工程大、插拔故障高和問(wèn)題定位困難的痛點(diǎn)；同時(shí)解決現(xiàn)有汽車生產(chǎn)過(guò)程中

WIFI

的應(yīng)用痛點(diǎn)，如網(wǎng)絡(luò)覆蓋差、干擾控制難、信道資源和連接數(shù)受限、業(yè)務(wù)保障能力低等痛點(diǎn)。更為重要的是

5G

技術(shù)可以與邊緣計(jì)算、人工智能等新興技術(shù)進(jìn)行深度融合，將成為工廠應(yīng)用創(chuàng)新的孵化器和使能器：其一，可通過(guò)

5G

網(wǎng)絡(luò)全域覆蓋、大連接和連接即服務(wù)等特性，實(shí)現(xiàn)一次開通、永久在線、靈活移動(dòng)的業(yè)務(wù)連接能力，滿足例如大量現(xiàn)場(chǎng)級(jí)

Sensor

數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)采集的數(shù)字孿生以及大數(shù)據(jù)預(yù)測(cè)性維護(hù)等業(yè)務(wù)需求，而傳統(tǒng)有線在生產(chǎn)調(diào)整時(shí)需要將原來(lái)的設(shè)備和線路進(jìn)行改造，費(fèi)時(shí)費(fèi)力費(fèi)錢；其二，通過(guò)

5G

網(wǎng)絡(luò)超低時(shí)延超高可靠、內(nèi)生確定性等特性，取代現(xiàn)場(chǎng)級(jí)控制場(chǎng)景中的插拔、移動(dòng)、轉(zhuǎn)動(dòng)或有柔性生產(chǎn)需求環(huán)節(jié)的有線工業(yè)以太總線，打破有線連接的位置束縛，快速搭建移動(dòng)化、高度靈活的柔性生產(chǎn)線，滿足各類快速上市的新品或者小批量產(chǎn)品的生產(chǎn)；其三，利用

5G

一網(wǎng)多能、虛擬化

PLC、云端

AI

能力，實(shí)現(xiàn)

5G+邊緣化/虛擬化

PLC+AI

智能的端邊云協(xié)同控制架構(gòu)，全面使能數(shù)字化智能化的柔性產(chǎn)線。（三）主要挑戰(zhàn)目前，5G

在現(xiàn)場(chǎng)級(jí)工業(yè)控制領(lǐng)域中的應(yīng)用成熟度不夠，依然面臨多方面的挑戰(zhàn)?，F(xiàn)場(chǎng)級(jí)工業(yè)控制場(chǎng)景對(duì)

5G

網(wǎng)絡(luò)有不同指標(biāo)要求，一張網(wǎng)絡(luò)需要同時(shí)承載不同業(yè)務(wù)。不同的業(yè)務(wù)，不同的應(yīng)用對(duì)網(wǎng)絡(luò)不同的指標(biāo)有不同的需求，如何滿足不同業(yè)務(wù)需求以實(shí)現(xiàn)一網(wǎng)多能是

5G

進(jìn)入工控環(huán)節(jié)面臨的挑戰(zhàn)之一。8當(dāng)前的工業(yè)協(xié)議較多，在不同的工業(yè)協(xié)議下，即使具有相同的業(yè)務(wù)需求，對(duì)通信指標(biāo)等級(jí)要求也各不相同。例如，不同的工業(yè)協(xié)議存在不同的看門狗機(jī)制，將造成安全和可用性等業(yè)務(wù)場(chǎng)景需求對(duì)

5G

網(wǎng)絡(luò)指標(biāo)轉(zhuǎn)譯的差異。如何在不同工業(yè)協(xié)議下實(shí)現(xiàn)業(yè)務(wù)需求到通信指標(biāo)的轉(zhuǎn)譯是

5G

進(jìn)入工控環(huán)節(jié)面臨的挑戰(zhàn)之一?，F(xiàn)有的部分工業(yè)控制場(chǎng)景對(duì)通信指標(biāo)要求過(guò)高，例如，高精度全自動(dòng)協(xié)同場(chǎng)景要求達(dá)到

1ms@99.999%的時(shí)延可靠性指標(biāo)。然而，5G

無(wú)線通信是靠硬軟件資源以及空口資源來(lái)提供性能和容量能力的，過(guò)高的

5G

性能需求勢(shì)必會(huì)犧牲其容量能力。如何盡可能滿足業(yè)務(wù)需求并提高通信容量是

5G進(jìn)入工控環(huán)節(jié)面臨的挑戰(zhàn)之一。面對(duì)這些挑戰(zhàn)，我們首先需要明白的是，一方面，5G

超高可靠超低時(shí)延能力受限。受限于無(wú)線通信系統(tǒng)本身的技術(shù)特點(diǎn)，空口時(shí)延受和可靠性受到無(wú)線傳播環(huán)境中慢衰落、快衰落、干擾等影響，其丟包率要遠(yuǎn)高于有線傳輸，不可能無(wú)限的提升時(shí)延和可靠性能力，因此需要明確工業(yè)控制中

KQI

要求對(duì)應(yīng)的網(wǎng)絡(luò)

KPI

指標(biāo)，以確定

5G

能夠滿足哪些應(yīng)用場(chǎng)景，還有哪些極限場(chǎng)景目前的

5G能力還無(wú)法滿足；另一方面，5G

超高可靠低時(shí)延的保障能力受到系統(tǒng)硬件和軟件資源、空口資源等影響，網(wǎng)絡(luò)連接能力與保障要求相關(guān)。在無(wú)線通信系統(tǒng)中，一般通過(guò)降低碼率和冗余傳輸?shù)燃夹g(shù)來(lái)降低系統(tǒng)重傳，從而降低時(shí)延提高可靠性，但會(huì)帶來(lái)空口資源消耗的增加，降低網(wǎng)絡(luò)連接用戶數(shù)。因此需要綜合考慮業(yè)務(wù)連接和業(yè)務(wù)保障能力，實(shí)現(xiàn)成本和性能的平衡。所以首當(dāng)其沖的是需要研究清楚離散制造現(xiàn)場(chǎng)級(jí)工控領(lǐng)域的應(yīng)用場(chǎng)景到底有哪些應(yīng)用

KQI

需求，以及這些應(yīng)用

KQI

對(duì)

5G

網(wǎng)絡(luò)的哪些指標(biāo)有怎樣的性能需求，這樣才能讓

5G

沒(méi)有過(guò)設(shè)計(jì)，才能確保

5G

網(wǎng)絡(luò)在能滿足業(yè)務(wù)需求的前提下去盡量提高容量規(guī)格，以使能5G

柔性生產(chǎn)的真正商用和批量復(fù)制。二、基于工控業(yè)務(wù)需求的應(yīng)用KQI

指標(biāo)描述9（一）現(xiàn)場(chǎng)級(jí)工控場(chǎng)景應(yīng)用的KQI

概述在工業(yè)領(lǐng)域，OEE（設(shè)備綜合效率）確定了真正具有生產(chǎn)力的制造時(shí)間的百分比，是衡量制造業(yè)生產(chǎn)效率的黃金標(biāo)準(zhǔn)。OEE

數(shù)值高則意味著在盡量少的停機(jī)時(shí)間的情況下盡可能快地制造優(yōu)質(zhì)產(chǎn)品。如

OEE=100%的含義即

100%

的質(zhì)量（只有好的產(chǎn)品）、100%

的性能（盡可能快）和

100%

的可用性（沒(méi)有停機(jī)時(shí)間）。即：OEE

=可用性

×性能

×質(zhì)量從上述工業(yè)

OEE

概念可以進(jìn)一步推導(dǎo)出現(xiàn)場(chǎng)及工控場(chǎng)景的

KQI（關(guān)鍵質(zhì)量指標(biāo)）：可用性對(duì)應(yīng)的是產(chǎn)線可用性，即產(chǎn)線可按照要求正常運(yùn)行的時(shí)間占比：Availability

=（計(jì)劃工作時(shí)間-計(jì)劃停機(jī)時(shí)間-非計(jì)劃停機(jī)時(shí)間）/(計(jì)劃工作時(shí)間-計(jì)劃停機(jī)時(shí)間)從上式不難看出，為確保產(chǎn)線可用性就需要讓非計(jì)劃停機(jī)時(shí)間符合生產(chǎn)要求，即減少產(chǎn)線停機(jī)時(shí)間。常見的停機(jī)原因一般有兩個(gè)：一是通信可用性即工業(yè)以太總線（例如

Profinet）的看門狗超時(shí)導(dǎo)致的產(chǎn)線停機(jī)；另一方面是因?yàn)榘踩?/p>

Safety

看門狗超時(shí)導(dǎo)致的產(chǎn)線停機(jī)。性能其實(shí)對(duì)應(yīng)的就是產(chǎn)線的產(chǎn)能或生產(chǎn)節(jié)拍；質(zhì)量對(duì)應(yīng)于良品率，在離散制造業(yè)生產(chǎn)中決定良品率的其實(shí)就是控制精度，控制精度不達(dá)標(biāo)，就會(huì)導(dǎo)致次品甚至破壞生產(chǎn)工具或設(shè)備。綜上，使得整體

OEE

效率達(dá)標(biāo)，就是需要確保產(chǎn)線的可用性（通信可用性和安全

safety）、生產(chǎn)節(jié)拍、控制精度都滿足業(yè)主需求，這也就是現(xiàn)場(chǎng)級(jí)工控場(chǎng)景應(yīng)用的

KQI。（二）應(yīng)用KQI

之一：通信服務(wù)可用性1.

概述除去設(shè)備的可用性影響，通信服務(wù)可用性主要受網(wǎng)絡(luò)包級(jí)可靠性指標(biāo)影響，即丟包、時(shí)延、抖動(dòng)等網(wǎng)絡(luò)性能指標(biāo)。網(wǎng)絡(luò)丟包，時(shí)延或抖動(dòng)加大等問(wèn)題會(huì)觸10發(fā)工業(yè)以太網(wǎng)看門狗機(jī)制，從而導(dǎo)致宕機(jī)。由此可見，不同的看門狗機(jī)制影響KQI

指標(biāo)通信服務(wù)可用性向網(wǎng)絡(luò)性能

KPI

指標(biāo)映射模型。2.

工業(yè)以太網(wǎng)看門狗機(jī)制工業(yè)以太協(xié)議常見的兩種總線機(jī)制：等停響應(yīng)模式（例如

Modbus

TCP）和周期性對(duì)發(fā)模式（例如

Profinet、Ethernet

IP）。他們各自的工業(yè)總線看門狗機(jī)制也是不一樣的，對(duì)網(wǎng)絡(luò)的需求指標(biāo)當(dāng)然也是不一樣的。圖

11

兩類工業(yè)總線的通信服務(wù)可用性對(duì)網(wǎng)絡(luò)的需求示意圖周期性對(duì)發(fā)模式中（以

Profinet

為例），工業(yè)總線或工業(yè)以太網(wǎng)的兩個(gè)端側(cè)對(duì)等地周期性對(duì)發(fā)報(bào)文。兩側(cè)互為發(fā)送端和接收端，兩側(cè)的接收端都有看門狗機(jī)制：11圖

12PLC

和IO

設(shè)備兩側(cè)看門狗圖示以單側(cè)為例，看門狗機(jī)制示意圖如下：接收端收到有效（不亂序且校驗(yàn)通過(guò)）報(bào)文后看門狗計(jì)數(shù)器清零，當(dāng)

CT

周期內(nèi)沒(méi)有收到有效的報(bào)文，看門狗計(jì)數(shù)器加

1，直至某

CT

節(jié)拍時(shí)判斷看門狗計(jì)數(shù)器已經(jīng)大于等于設(shè)定值（工業(yè)有線一般設(shè)置為

3，下圖是以設(shè)置為

4

為例）時(shí)引發(fā)看門狗超時(shí)，此時(shí)移動(dòng)互聯(lián)網(wǎng)質(zhì)量影響工業(yè)業(yè)務(wù)的通信服務(wù)可用性，進(jìn)而影響產(chǎn)線可用性。工業(yè)是通過(guò)監(jiān)測(cè)接收包間隔<WDt（WatchDog

Timer

from

Profinet）來(lái)決定鏈路是否正常的，而網(wǎng)絡(luò)側(cè)是通過(guò)確保接收包間隔抖動(dòng)<ST（Survival

Timefrom

3GPP，ST=WDt-CT，CT

為工業(yè)設(shè)備發(fā)送端發(fā)包周期

Cycle

Time）來(lái)實(shí)現(xiàn)的。所以對(duì)網(wǎng)絡(luò)需求是：網(wǎng)絡(luò)的接收包間隔抖動(dòng)

jitter

有界，例如

jitter

<=xms@n

個(gè)

9。假設(shè)看門狗時(shí)間門限是

3

倍的發(fā)包周期

CT，則而對(duì)于網(wǎng)絡(luò)來(lái)說(shuō)，3倍

CT

的看門狗時(shí)間窗口內(nèi)，網(wǎng)絡(luò)至少有三次報(bào)文傳輸?shù)臋C(jī)會(huì)，只要有一個(gè)在看門狗時(shí)間門限內(nèi)抵達(dá)接收端，看門狗就不會(huì)超時(shí)，這三次報(bào)文中，最后一次允許抖動(dòng)的范圍最小，不能超過(guò)一個(gè)

CT，為了簡(jiǎn)化分析，從嚴(yán)要求網(wǎng)絡(luò)所有的報(bào)文的接收包間隔抖動(dòng)

jitter<CT@n

個(gè)

9，在確保網(wǎng)絡(luò)不丟包、不亂序的前提下，為方便理解和網(wǎng)絡(luò)實(shí)現(xiàn)，可等效為時(shí)延抖動(dòng)

jitter<CT@n

個(gè)

9。12圖

13

看門狗機(jī)制圖示（本例中看門狗門限是以

4

倍CT

為例示意）等停響應(yīng)模式，以

Modbus

TCP

總線為例，其工業(yè)以太網(wǎng)協(xié)議的看門狗機(jī)制是：主站發(fā)送端應(yīng)用層發(fā)送請(qǐng)求報(bào)文，從站收到后應(yīng)用層會(huì)發(fā)送應(yīng)用層響應(yīng)。主站根據(jù)應(yīng)用層請(qǐng)求報(bào)文和響應(yīng)報(bào)文之間的時(shí)間來(lái)判斷如果超過(guò)預(yù)先設(shè)置的WDT

時(shí)間級(jí)看門狗超時(shí)則會(huì)引發(fā)產(chǎn)線宕機(jī)，從而影響到移動(dòng)互聯(lián)網(wǎng)對(duì)工業(yè)提供的通信服務(wù)可用性，所以對(duì)網(wǎng)絡(luò)需求是：網(wǎng)絡(luò)時(shí)延

RTT

有界，例如

RTT

<=xms@n

個(gè)

9。3.

產(chǎn)線的通信服務(wù)可用性對(duì)網(wǎng)絡(luò)需求的轉(zhuǎn)譯Step

1：產(chǎn)線通信服務(wù)可用性求解產(chǎn)線的可用性，工廠里計(jì)算有如下兩種方式，基本是等價(jià)的。方法一：Aline

=（計(jì)劃工作時(shí)間-計(jì)劃停機(jī)時(shí)間-非計(jì)劃停機(jī)時(shí)間）/

(計(jì)劃工作時(shí)間-計(jì)劃停機(jī)時(shí)間)方法二：Aline

=

（計(jì)劃運(yùn)行時(shí)間-非計(jì)劃停機(jī)時(shí)間）

/計(jì)劃運(yùn)行時(shí)間時(shí)間單位：小時(shí)。例如某工廠，全年計(jì)劃運(yùn)行

8000

小時(shí)，非計(jì)劃停機(jī)時(shí)間全

年

累

計(jì)

低

于

2

小

時(shí)

，

則

產(chǎn)

線

通

信

服

務(wù)

可

用

性

要

求

Aline=(8000-2)/8000=99.975%

。13可見減少通信系統(tǒng)的非計(jì)劃停機(jī)時(shí)間是提升通信服務(wù)可用性的關(guān)鍵，而非計(jì)劃停機(jī)時(shí)間基本等同于工業(yè)通信系統(tǒng)的宕機(jī)時(shí)間，其主要受組成系統(tǒng)的每個(gè)通信鏈路可用性綜合影響。Step

2：每個(gè)單向空口鏈路可用性求解一條產(chǎn)線系統(tǒng)里

n

個(gè)設(shè)備組成，每個(gè)設(shè)備通過(guò)雙向

2

條鏈路或者信道（如5G

的上下行信道）接入工業(yè)通信系統(tǒng)，那么任何一條鏈路的看門狗超時(shí)都會(huì)導(dǎo)致整個(gè)系統(tǒng)宕機(jī)。為便于計(jì)算在初始模型中，假設(shè)一個(gè)系統(tǒng)中的這

2n

條鏈路統(tǒng)計(jì)學(xué)上獨(dú)立不相關(guān)，它們之間的故障為串聯(lián)模式。從而從系統(tǒng)的通信服務(wù)可用性指標(biāo)

Aline

可以推算出每個(gè)單向空口鏈路可用性指標(biāo)

Alink

。同理也可以計(jì)算出雙端無(wú)線或者是單/雙端混合組網(wǎng)下的

Alink

。Step

3：?jiǎn)伟煽啃杂?jì)算對(duì)于單鏈路可靠性而言，在指定時(shí)間內(nèi)所有看門狗時(shí)限都不超時(shí)才可以保證可靠性，這是屬于故障的串聯(lián)模型。而每個(gè)看門狗時(shí)限內(nèi)發(fā)送的報(bào)文中，只要其中有一個(gè)報(bào)文在看門狗時(shí)間門限內(nèi)抵達(dá)接收端，看門狗就不會(huì)超時(shí)。假設(shè)這

N

個(gè)單包之間具備獨(dú)立不相關(guān)性，則它們之間的故障模式屬于并聯(lián)模型，即都故障才故障。以

Profinet

協(xié)議為例，假設(shè)看門狗時(shí)間門限

WDT

是

N

倍的發(fā)包周期

CT，即發(fā)送側(cè)在每個(gè)看門狗時(shí)間內(nèi)會(huì)發(fā)送

N

個(gè)報(bào)文，這

N

個(gè)報(bào)文全部沒(méi)有送達(dá)才會(huì)引發(fā)觸發(fā)一次看門狗超時(shí)，所以當(dāng)單條鏈路的單位時(shí)間

T

內(nèi)的發(fā)送報(bào)文數(shù)

M

時(shí)，中最多有

M-(N-1)次看門狗機(jī)制生效機(jī)會(huì)。這些看門狗中一次都不能出現(xiàn)超時(shí)，該鏈路才可靠，從而可以計(jì)算出單包可靠性

P。圖

14

看門狗滑窗機(jī)制示意圖具體從通信服務(wù)可用性到網(wǎng)絡(luò)單包可靠性轉(zhuǎn)譯的應(yīng)用案例詳見

5.1

章節(jié)。14（三）應(yīng)用KQI

之二：生產(chǎn)節(jié)拍1.

產(chǎn)線生產(chǎn)節(jié)拍的機(jī)制產(chǎn)能是制造業(yè)最重要的生產(chǎn)力和競(jìng)爭(zhēng)力，一個(gè)工廠的生產(chǎn)節(jié)拍直接決定了工廠全年的產(chǎn)能能力，生產(chǎn)節(jié)拍的定義：在產(chǎn)線的成品出口處相鄰兩次成品下線的時(shí)間間隔即為生產(chǎn)節(jié)拍，例如某汽車產(chǎn)線每

60

秒下件一個(gè)成品，則該產(chǎn)線的生產(chǎn)節(jié)拍是

60

秒，生產(chǎn)節(jié)拍越短，說(shuō)明生產(chǎn)效率越高，全年產(chǎn)能也就越高。離散制造工廠的一條產(chǎn)線通常有多個(gè)工島組成，每個(gè)工島由若干機(jī)器人、閥島、I/O

模塊，以及其他工藝設(shè)備組成。圖

X

是一個(gè)簡(jiǎn)單產(chǎn)線示意圖，不同顏色為不同工島。整個(gè)生產(chǎn)流程從原始待加工件從物料入口上件開始，依次經(jīng)過(guò)多個(gè)工島的不同工序的串行加工，例如涂膠、焊接等，最終從成品出口處下線。被加工件經(jīng)過(guò)產(chǎn)線的多個(gè)串行工序完成加工。圖

15

離散制造某產(chǎn)線加工流程示意圖實(shí)際上，生產(chǎn)節(jié)拍只受限于瓶頸工島的加工耗時(shí)，即生產(chǎn)節(jié)拍=瓶頸工島串行加工動(dòng)作總耗時(shí)，如下示例：某產(chǎn)線由

4

個(gè)并行工作的工島組成，生產(chǎn)節(jié)拍指成品出口處相鄰兩件成品下件的時(shí)間差，工島

1

串行動(dòng)作多總耗時(shí)最長(zhǎng)，是瓶頸工島。工島

1

的串行加工動(dòng)作總耗時(shí)即為該條產(chǎn)線的生產(chǎn)節(jié)拍。15圖

16

離散制造某產(chǎn)線生產(chǎn)節(jié)拍示意圖在瓶頸工島中每個(gè)工序里通常有幾個(gè)動(dòng)作，每個(gè)動(dòng)作的流程簡(jiǎn)化理解就是傳感器感知狀態(tài)并通知

PLC/機(jī)器人控制器，PLC/機(jī)器人控制器進(jìn)行運(yùn)算后通知執(zhí)行器進(jìn)行某動(dòng)作的執(zhí)行。所以該瓶頸工島各串行生產(chǎn)動(dòng)作總耗時(shí)除了占比最高的各加工步驟中工藝設(shè)備的機(jī)械運(yùn)動(dòng)時(shí)延（這部分時(shí)延是生產(chǎn)節(jié)拍中時(shí)延構(gòu)成的最大組成部分，估計(jì)占比在

95%以上甚至更高），以及所有串行步驟中

PLC以及各機(jī)器人控制器、I/O

設(shè)備、工藝設(shè)備的有效

CPU

執(zhí)行周期和工業(yè)總線刷新周期外，還包括瓶頸工島這若干個(gè)加工步驟中

PLC、機(jī)器人控制器與各

I/O設(shè)備、工藝設(shè)備之間有效串行交互過(guò)程中引入的網(wǎng)絡(luò)時(shí)延總耗時(shí)，即生產(chǎn)節(jié)拍對(duì)網(wǎng)絡(luò)

KPI

指標(biāo)中的平均時(shí)延有需求。16圖

17

離散制造某瓶頸工島工序示意圖2.產(chǎn)能節(jié)拍對(duì)網(wǎng)絡(luò)需求的轉(zhuǎn)譯無(wú)線替代有線后，定量分析對(duì)生產(chǎn)節(jié)拍可能帶來(lái)的影響是非常重要的，便于業(yè)主和集成商評(píng)估影響是否在可以接受的范圍內(nèi)以及評(píng)估可能的產(chǎn)線布局、工藝流程等方面的優(yōu)化以抵消這部分影響。Step

1：評(píng)估瓶頸路徑上的串行交互次數(shù)

n1/n2我們需要重點(diǎn)關(guān)注的瓶頸工位中一系列串行工序中所包含的有效的

PLC

與其下掛設(shè)備，以及機(jī)器人控制柜與其下掛的設(shè)備之間的所有有效串行消息交互次數(shù)，這個(gè)過(guò)程需要有專業(yè)的工藝規(guī)劃師和

PLC

以及機(jī)器人控制器程序開發(fā)人員共同來(lái)根據(jù)整個(gè)工序程序設(shè)計(jì)情況，對(duì)期間所有有效串行消息交互次數(shù)進(jìn)行計(jì)數(shù)，不同的離散制造行業(yè)，不同的產(chǎn)線，不同的工島，其工序圖都是不盡相同的需要有針對(duì)性的統(tǒng)計(jì)。由于產(chǎn)線中各節(jié)點(diǎn)的無(wú)線接入方式可能存在單端無(wú)17線接入和雙端無(wú)線接入兩種方式，消息交互的時(shí)延路徑會(huì)有不同，所以串行交互次數(shù)需要區(qū)分接入方式；Step

2：計(jì)算無(wú)線接入后對(duì)生產(chǎn)節(jié)拍的影響無(wú)線接入后對(duì)生產(chǎn)節(jié)拍的影響主要體現(xiàn)在如下幾方面：工業(yè)以太總線刷新周期

CT

可能的增加，例如有線場(chǎng)景下通常

CT

配置為2ms，而切到無(wú)線時(shí)

CT

修改為

8ms；通信路徑上平均時(shí)延

RTT_agv

的增加，例如有線場(chǎng)景下通信路徑上的時(shí)延是

us

級(jí)別的可以忽略不計(jì)，但切到無(wú)線后，一般可能有數(shù)毫秒級(jí)別的平均時(shí)延的增加根據(jù)步驟

1）中的瓶頸路徑上串行交互步驟數(shù)

n1

和

n2，累計(jì)計(jì)算

CT

和平均時(shí)延增加對(duì)生產(chǎn)節(jié)拍的影響值ΔT

產(chǎn)線生產(chǎn)節(jié)拍。18變量名稱變量符號(hào)有線場(chǎng)景下的工業(yè)以太總線刷新周期CT_有線5G

場(chǎng)景下的工業(yè)以太總線刷新周期CT_無(wú)線5GS

的平均時(shí)延RTT_agv單端無(wú)線節(jié)點(diǎn)參與生產(chǎn)節(jié)拍中的有效串行消息交互次數(shù)n1雙端無(wú)線節(jié)點(diǎn)參與生產(chǎn)節(jié)拍中的有效串行消息交互次數(shù)n2原有線場(chǎng)景下的生產(chǎn)節(jié)拍T

有線生產(chǎn)節(jié)拍5G

無(wú)線化后對(duì)生產(chǎn)節(jié)拍的絕對(duì)影響ΔT

產(chǎn)線生產(chǎn)節(jié)拍5G

無(wú)線化后對(duì)生產(chǎn)節(jié)拍的相對(duì)影響ΔT

產(chǎn)線生產(chǎn)節(jié)拍%具體從生產(chǎn)節(jié)拍到網(wǎng)絡(luò)平均時(shí)延需求轉(zhuǎn)譯的應(yīng)用案例詳見

5.2

章節(jié)。（四）應(yīng)用KQI

之三：安全Safety1.

安全Safety

概述制造業(yè)的安全風(fēng)險(xiǎn)遍及生產(chǎn)各個(gè)環(huán)節(jié)，安全功能是生產(chǎn)的基礎(chǔ)。如下圖示例的安全急停，安全光柵掃描儀，安全護(hù)欄/門等。圖

18

某產(chǎn)線安全節(jié)點(diǎn)示意圖安全（Safety）的定義：工業(yè)對(duì)

safty

的定義一般指故障安全或功能安全，安全系統(tǒng)通過(guò)適當(dāng)?shù)募夹g(shù)或組織措施，來(lái)確定性地防止危險(xiǎn)或?qū)⑵滹L(fēng)險(xiǎn)降低到可容忍程度。安全功能（Safety

Function）失效后，會(huì)立即造成人員和機(jī)械設(shè)備風(fēng)險(xiǎn)的功能。因?yàn)榘踩谏a(chǎn)環(huán)節(jié)中至關(guān)重要，所以行業(yè)都有相關(guān)的安全標(biāo)準(zhǔn)和行規(guī)。IEC61508

是功能安全基礎(chǔ)標(biāo)準(zhǔn)，IEC61784-3

是其在通信領(lǐng)域的延伸。19說(shuō)明安全完整性等級(jí)SIL(Safetyintegrity

level)誤動(dòng)作等級(jí)STL(Spurioustrip

levels)計(jì)算基礎(chǔ)平均失效危險(xiǎn)機(jī)率（PFD/PFH）平均失效安全機(jī)率（PFS）概念描述安全功能在應(yīng)動(dòng)作的時(shí)候未動(dòng)作的幾率安全功能在不應(yīng)動(dòng)作時(shí)動(dòng)作的幾率代表Safety

可用度Process

可用度表示方式SIL

(標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定)STL

(根據(jù)用戶要求)等級(jí)的范圍1到

4客戶自定義目標(biāo)防止拒動(dòng)(避免帶來(lái)傷害風(fēng)險(xiǎn))防止誤動(dòng)(避免帶來(lái)經(jīng)濟(jì)損失

)安全功能兩個(gè)屬性：安全性

SIL，可用性

STL。以一個(gè)安全光柵防護(hù)系統(tǒng)為例介紹，該系統(tǒng)要求當(dāng)人員闖入光柵的時(shí)候，設(shè)備立即安全停機(jī)。圖

19 機(jī)器人工島安全光柵示意圖①安全完整性等級(jí)（SIL）：安全功能應(yīng)動(dòng)作的時(shí)候未動(dòng)作的幾率，是控制系統(tǒng)安全等級(jí)的評(píng)判標(biāo)準(zhǔn)。目標(biāo)是防止拒動(dòng)。例如，人員闖入光柵，出現(xiàn)了安全風(fēng)險(xiǎn)，但設(shè)備未安全停機(jī)，安全拒動(dòng)。例如汽車制造工廠的

SIL

等級(jí)一般要求SIL3。20SIL每小時(shí)危險(xiǎn)失效概率（高要求或連續(xù)操作模式）1≥10-6

且＜10-52≥10-7

且＜10-63≥10-8

且＜10-74≥10-9

且＜10-8SIL

等級(jí)定義表（摘自ISO

13849-1:2006）②誤動(dòng)作等級(jí)（STL）：安全功能在不應(yīng)動(dòng)作時(shí)誤動(dòng)作的幾率。目標(biāo)是防止誤動(dòng)。例如，沒(méi)有人員闖入光柵，不存在安全風(fēng)險(xiǎn)，但設(shè)備意外安全停機(jī)了，安全誤動(dòng)。SIL

代表系統(tǒng)的安全性，目標(biāo)是防止拒動(dòng)，影響人員和財(cái)產(chǎn)安全；STL

代表系統(tǒng)的可用性，目標(biāo)是防止誤動(dòng)，可能造成意外停機(jī)，影響生產(chǎn)；5G

承載的目標(biāo)是：確保安全，提升產(chǎn)能。安全通信“黑色通道”機(jī)制當(dāng)前工業(yè)領(lǐng)域功能安全通信都是采用

IEC61784-3

定義的“黑色通道”機(jī)制進(jìn)行，即在原有標(biāo)準(zhǔn)通信兩端疊加安全通信應(yīng)用層，所有安全數(shù)據(jù)均只在該層進(jìn)行數(shù)據(jù)解包和校驗(yàn)，該應(yīng)用層通過(guò)了序列號(hào)、CRC、看門狗等校驗(yàn)措施，對(duì)底層通信的丟失、不可接受的時(shí)延、意外重復(fù)、訛傳、錯(cuò)序、插入、偽裝、尋址等錯(cuò)誤進(jìn)行校驗(yàn)，保證通信的時(shí)效性、真實(shí)性、完整性，確保底層出現(xiàn)任何錯(cuò)誤均可以將系統(tǒng)返回到安全狀態(tài)。安全通信應(yīng)用層以下全部稱為“黑色通道”，“黑色通道”中采用任何技術(shù)均不影響安全通信應(yīng)用層的校驗(yàn)功能。目前主流的工業(yè)通訊協(xié)議均有符合

IEC61784-3-1

定義的安全通信層規(guī)范的安全通訊協(xié)議，例如

：

FOUNDATION Fieldbus，SERCOS,Profibus/Profinet,INTERBUS,CC-LINK,EtherCAT,Ethernet

POWERLINK,EPA,RAPIEnet,SafetyNET

等。在通信兩端，疊加安全通信應(yīng)用層，實(shí)現(xiàn)通信錯(cuò)誤校驗(yàn)措施，下層通信任何的錯(cuò)誤都將觸發(fā)安全動(dòng)作，即：寧可誤動(dòng)，也不拒動(dòng)，確保安全性。將安全通信應(yīng)用層以下全部看做“黑色通道”，5G

作為“黑色通道”最底層的傳輸鏈路，是“黑色通道”一部分。以

PROFIsafe

為例，協(xié)議架構(gòu)為：PROFIsafe

安全通信應(yīng)用層over

Profinet

over以太網(wǎng)

over

5G。安全通信應(yīng)用層（e.g.PROFIsafe）直接為安全性負(fù)責(zé)，無(wú)論底層采用什么通信技術(shù)。即底層采用

5G、WIFI

亦或有線，都不影響安全性，但這些技術(shù)產(chǎn)生的通信錯(cuò)誤（e.g.

丟包、大時(shí)延等）可能觸發(fā)安全誤動(dòng)，影響可用性。21圖

20

安全Safety

協(xié)議相關(guān)示意圖總結(jié)：安全性由安全通信應(yīng)用層協(xié)議保證（例如

PROFIsafe、CIP

Safety應(yīng)用層協(xié)議），5G、WIFI、有線等都是“黑色通道”的一部分，都不會(huì)影響安全

SIL，但可能因?yàn)閭鬏旀溌返耐ㄐ佩e(cuò)誤（e.g.

丟包、大時(shí)延等），造成安全誤動(dòng)，產(chǎn)生意外停機(jī)，影響可用性

STL。3.安全通信的網(wǎng)絡(luò)需求轉(zhuǎn)譯上文從原理上已經(jīng)介紹了

5G

網(wǎng)絡(luò)傳輸不會(huì)影響安全性，但可以影響可用性，造成意外停機(jī)，本章節(jié)將針對(duì)安全通信對(duì)

5G

網(wǎng)絡(luò)的可用性需求進(jìn)行轉(zhuǎn)譯分析介紹。本章節(jié)將通過(guò)業(yè)務(wù)

KQI

需求到

5G

網(wǎng)絡(luò)

KPI

需求推導(dǎo)的流程進(jìn)行介紹，反之也可以通過(guò)

5G

網(wǎng)絡(luò)

KPI

能力推導(dǎo)出業(yè)務(wù)配置需求及業(yè)務(wù)

KQI

能力。安全通信

5G

網(wǎng)絡(luò)

KPI

需求計(jì)算流程如下：22步驟計(jì)算流程名稱輸入信息輸出結(jié)果1安全功能響應(yīng)時(shí)間防護(hù)措施、安全距離

S、移動(dòng)速度K、穿越距離CSFRT2安全看門狗安全功能響應(yīng)時(shí)間、安全傳感器處理時(shí)間、安全執(zhí)行器處理時(shí)間TSWDT3傳輸時(shí)延安全看門狗、安全主站處理時(shí)間、安全從站處理時(shí)間、工業(yè)以太網(wǎng)看門狗RTTStep

1：安全功能響應(yīng)時(shí)間

SFRT安全功能響應(yīng)時(shí)間與安全距離和移動(dòng)速度有關(guān)，不同防護(hù)措施有不同的計(jì)算要求，例如安全光柵（垂直部署于危險(xiǎn)源），計(jì)算公式為

S=SFRT*K+C，其中S

為安全距離，K

為移動(dòng)速度，C

為穿越距離。不同防護(hù)措施、不同的設(shè)備參數(shù)，K、C

取值不同，具體參照對(duì)應(yīng)的

IEC/ISO

安全防護(hù)標(biāo)準(zhǔn)。圖

21

安全距離示意圖23參數(shù)名參數(shù)描述參數(shù)來(lái)源輸入/輸出S安全距離防護(hù)措施、防護(hù)標(biāo)準(zhǔn)、工程部署輸入K移動(dòng)速度防護(hù)措施、防護(hù)標(biāo)準(zhǔn)輸入C穿越距離防護(hù)措施、防護(hù)標(biāo)準(zhǔn)輸入SFRT安全功能響應(yīng)時(shí)間工程部署輸出Step

2：安全看門狗一個(gè)完成的安全功能由安全輸入、安全輸出以及兩對(duì)安全通信鏈路組成，因此，安全看門狗與安全功能響應(yīng)時(shí)間、安全輸入延遲、安全輸出延遲進(jìn)行計(jì)算。圖

22

安全SFRT

路徑示意圖24參數(shù)名參數(shù)描述參數(shù)來(lái)源輸入/輸出SFRT安全功能響應(yīng)時(shí)間防護(hù)措施、防護(hù)標(biāo)準(zhǔn)、工程部署輸入TID輸入延遲傳感器等硬件性能輸入TOD輸出延遲執(zhí)行器等硬件性能輸入TSWDT安全看門狗組態(tài)配置輸出Step3：5G

傳輸時(shí)延一對(duì)完整的安全傳輸鏈路由安全主站、安全從站、工業(yè)以太網(wǎng)協(xié)議以及傳輸鏈路組成，因此，5G

傳輸鏈路往返時(shí)延與安全看門狗、安全輸入延遲、安全輸出延遲、工業(yè)以太網(wǎng)傳輸延遲進(jìn)行計(jì)算。圖

23 5G

無(wú)線化后的E2E

傳輸路徑示意圖25參數(shù)名參數(shù)描述參數(shù)來(lái)源輸入/輸出TSWDT安全看門狗組態(tài)配置輸入TSPD安全從站處理延遲安全從站硬件性能輸入TMPD安全主站處理延遲安全主站硬件性能輸入TED工業(yè)以太網(wǎng)延遲Profinet

看門狗組態(tài)配置輸入RTT5G

往返傳輸時(shí)延網(wǎng)絡(luò)性能輸出（五）應(yīng)用KQI

之四：控制精度1.

精度控制場(chǎng)景的概述精度控制場(chǎng)景，

通常就是指運(yùn)動(dòng)控制場(chǎng)景下的精度控制。運(yùn)動(dòng)控制（Motion

Control）是指讓系統(tǒng)中的可動(dòng)部分以可控制的方式移動(dòng)的系統(tǒng)，通常包括控制器、驅(qū)動(dòng)器、電動(dòng)機(jī)、執(zhí)行器

4

個(gè)核心部分。網(wǎng)絡(luò)作為運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)的組成部門，對(duì)控制系統(tǒng)穩(wěn)定性、快速性、準(zhǔn)確性的影響屬于網(wǎng)絡(luò)控制系統(tǒng)（NCS，Network

Control

System）問(wèn)題。圖

24

開環(huán)控制示意圖根據(jù)控制方式區(qū)分可以分為開環(huán)控制、半閉環(huán)控制和閉環(huán)控制，開環(huán)控制無(wú)反饋信息的控制系統(tǒng)，系統(tǒng)的輸入量不受輸出量影響的控制系統(tǒng)；閉環(huán)控制系統(tǒng)有反饋信息的系統(tǒng)控制方式，輸出量直接或間接反饋到輸入端形成閉環(huán)、參與控制。半閉環(huán)控制與閉環(huán)控制有一定的區(qū)別，半閉環(huán)控制反饋信號(hào)來(lái)自于電機(jī)而不是最終執(zhí)行器，而閉環(huán)控制的反饋信號(hào)則來(lái)自于最終執(zhí)行器。圖

25

開環(huán)/半閉環(huán)/閉環(huán)控制示意圖控制鏈路和反饋鏈路的網(wǎng)絡(luò)性能將直接決定運(yùn)動(dòng)控制的控制精度。262.精度控制的機(jī)理控制精度與整個(gè)控制回路的響應(yīng)時(shí)間有關(guān)，例如下圖是一個(gè)典型變頻電機(jī)運(yùn)動(dòng)控制邏輯組網(wǎng)圖，從傳感器采集反饋信息后到

PLC

根據(jù)反饋信息下發(fā)控制指令，再到執(zhí)行器執(zhí)行新控制指令的整個(gè)回路響應(yīng)時(shí)間?？刂凭扰c傳感器的采集周期、輸入模塊的采樣周期、總線發(fā)送周期、鏈路傳輸時(shí)間、控制器

CPU處理周期、輸出模塊的采樣周期、執(zhí)行器的執(zhí)行周期均有關(guān)。其中鏈路傳輸?shù)臅r(shí)延抖動(dòng)與其他環(huán)節(jié)一樣，也是通過(guò)影響控制回路響應(yīng)時(shí)間進(jìn)而影響控制精度。圖

26

閉環(huán)運(yùn)動(dòng)控制響應(yīng)時(shí)間示意圖3.精度控制場(chǎng)景對(duì)網(wǎng)絡(luò)需求的轉(zhuǎn)譯以一個(gè)典型的運(yùn)動(dòng)控制工藝分析網(wǎng)絡(luò)對(duì)控制精度的影響，PLC

控制執(zhí)行器勻速運(yùn)動(dòng)，當(dāng)傳感器檢測(cè)到到位信號(hào)后，PLC

下發(fā)制動(dòng)指令，執(zhí)行器的停止位置偏差即為控制精度。整個(gè)回路時(shí)延分解為，傳感器檢測(cè)到到位信號(hào)后，被輸入模塊采集到，再通過(guò)工業(yè)以太網(wǎng)協(xié)議發(fā)出、經(jīng)過(guò)鏈路傳輸時(shí)間到達(dá)控制器、經(jīng)過(guò)

CPU

處理時(shí)間完成控制命令生成、再經(jīng)過(guò)工業(yè)以太網(wǎng)協(xié)議發(fā)出、經(jīng)過(guò)鏈路傳輸時(shí)間到達(dá)電機(jī)執(zhí)行器、經(jīng)過(guò)執(zhí)行器處理延遲及機(jī)械運(yùn)動(dòng)時(shí)間后，最終在經(jīng)過(guò)

S

的制動(dòng)距離，執(zhí)行器完成停止，控制原理及參數(shù)如下所示。圖

27

閉環(huán)運(yùn)動(dòng)控制響應(yīng)時(shí)間構(gòu)成示意圖27參數(shù)名參數(shù)描述參數(shù)來(lái)源輸入/輸出T

采集傳感信號(hào)采集延遲硬件性能及組態(tài)配置輸入TED工業(yè)以太網(wǎng)延遲組態(tài)配置輸入TTD傳輸鏈路時(shí)延網(wǎng)絡(luò)性能輸入TCPUPLC

處理延遲性能性能及組態(tài)配置輸入TEXD執(zhí)行器機(jī)械延遲硬件性能輸入V運(yùn)行速度硬件性能輸入S運(yùn)動(dòng)距離計(jì)算輸出三、網(wǎng)絡(luò)KPI

指標(biāo)定義本文的核心內(nèi)容就是要完成離散制造現(xiàn)場(chǎng)級(jí)控制領(lǐng)域的業(yè)務(wù)應(yīng)用

KQI

指標(biāo)到

5GS

網(wǎng)絡(luò)

KPI

指標(biāo)的映射與轉(zhuǎn)譯，為便于讀者理解，本小節(jié)將定義相關(guān)的網(wǎng)絡(luò)

KPI

指標(biāo)。（一）

RTT

最大時(shí)延RTT（Round-Trip

Time）時(shí)延：往返時(shí)延，通常是指從發(fā)送方發(fā)送報(bào)文開始，到發(fā)送方接收到來(lái)自接收方的確認(rèn)消息（假設(shè)接收端收到數(shù)據(jù)后便立即發(fā)送確認(rèn)）所經(jīng)過(guò)的時(shí)間，通常包括傳輸時(shí)延、處理時(shí)延、排隊(duì)等待時(shí)延等。由于本文是基于業(yè)務(wù)

E2E

角度來(lái)分析對(duì)

5GS

的網(wǎng)絡(luò)指標(biāo)需求的，所以本文的

RTT時(shí)延路徑不僅僅包括基站在內(nèi)，還包括

UPF、傳輸、UE

在內(nèi)

5GS

端到端往返時(shí)延。RTT

最大時(shí)延是指在一段統(tǒng)計(jì)時(shí)間內(nèi)所有報(bào)文

RTT

時(shí)延的最大值，通常采用概率分布的方式來(lái)表征：最大時(shí)延@可靠性，這里的可靠性即為時(shí)延小于等于某上邊界的樣本數(shù)與發(fā)送端發(fā)送的總樣本數(shù)的比例，而這個(gè)上邊界即為對(duì)應(yīng)可靠性要求下的最大

RTT

時(shí)延。（二）RTT

平均時(shí)延RTT

平均時(shí)延是指在統(tǒng)計(jì)時(shí)間內(nèi)，所有收到的時(shí)延樣本的平均值。注：平均時(shí)延的統(tǒng)計(jì)對(duì)象中不包括接收端沒(méi)有收到的丟包報(bào)文，所以平均時(shí)延通常會(huì)與丟包率配套使用。（三）最大

RTT

時(shí)延抖動(dòng)最大

RTT

時(shí)延抖動(dòng)是在一段統(tǒng)計(jì)時(shí)間內(nèi)，所有報(bào)文實(shí)際

RTT

時(shí)延與期望的最大

RTT

時(shí)延之間的最大偏離程度。通常采用概率分布的方式來(lái)表征：最大RTT

時(shí)延抖動(dòng)@可靠性，這里的可靠性即為

RTT

時(shí)延抖動(dòng)小于等于某上邊界的樣本數(shù)與發(fā)送端發(fā)送的總樣本數(shù)的比例，而這個(gè)上邊界即為對(duì)應(yīng)可靠性要求下的最大

RTT

時(shí)延抖動(dòng)。28（四）最大接收包間隔抖動(dòng)IEC

62657-1

標(biāo)準(zhǔn)中定義的接收包間隔（Receive

Interval，標(biāo)準(zhǔn)中的名詞是

Update

Time）是指

ProfiNet

等周期性對(duì)發(fā)模式的總線上的接收端相鄰接收到的兩個(gè)有效報(bào)文之間的本地時(shí)刻之差，即：ReceiveInterval=ReceiveTime_y- ReceiveTime_x圖

28

接收包間隔示意圖其中有效報(bào)文是指接收到的正確的新報(bào)文，即有效報(bào)文的包序號(hào)需要大于之前收到的有效報(bào)文的包序號(hào)，亂序報(bào)文會(huì)被接收端丟棄。如圖

28

所示，

接收包間隔（

Receive

Interval

）

減去發(fā)送包間隔（Transfer

Interval，若不考慮發(fā)送端的發(fā)送抖動(dòng)，發(fā)送包間隔就是

CT）即為傳輸路徑所引入的抖動(dòng)，稱之為接收包間隔抖動(dòng)，是剔除

OT

屬性后的網(wǎng)絡(luò)性能指標(biāo)。當(dāng)接收包間隔抖動(dòng)超過(guò)

ST（3GPP

22.104

定義的

Survial

Time，實(shí)際ST=WDT-CT）時(shí)，該工業(yè)以太總線將出現(xiàn)看門狗超時(shí)，產(chǎn)線將出現(xiàn)宕機(jī)。最大接收包間隔抖動(dòng)是指在一段統(tǒng)計(jì)時(shí)間內(nèi)所有報(bào)文的接收包間隔抖動(dòng)的最大值，通常采用概率分布的方式來(lái)表征：最大接收包間隔抖動(dòng)@可靠性，這里的可靠性即為接收包間隔抖動(dòng)小于等于某上邊界的樣本數(shù)與發(fā)送端發(fā)送的總樣本數(shù)的比例，而這個(gè)上邊界即為對(duì)應(yīng)可靠性要求下的最大接收包間隔抖動(dòng)。29（五）丟包率丟包率是指時(shí)延樣本中大于超時(shí)門限的樣本數(shù)（包括接收端未收到的報(bào)文）與總樣本數(shù)的比例。超時(shí)門限取決于應(yīng)用場(chǎng)景下的最大容忍時(shí)延。（六）時(shí)間同步精度時(shí)間同步精度是指經(jīng)時(shí)間同步后，被授時(shí)終端時(shí)鐘輸出的時(shí)間與授時(shí)時(shí)鐘(例如

GPS)輸出的時(shí)間的差異。四、業(yè)務(wù)KQI

對(duì)網(wǎng)絡(luò)KPI

需求的轉(zhuǎn)譯方法（一）指標(biāo)轉(zhuǎn)譯及映射方法5GtoB

制造領(lǐng)域市場(chǎng)快速增長(zhǎng)，應(yīng)用場(chǎng)景加速成熟并逐步進(jìn)入

PLC

級(jí)核心生產(chǎn)環(huán)節(jié)，工控應(yīng)用對(duì)于網(wǎng)絡(luò)需求愈加嚴(yán)苛，目前存在幾個(gè)痛點(diǎn)問(wèn)題：相同應(yīng)用場(chǎng)景不同出處，5G

網(wǎng)絡(luò)需求不同。相同應(yīng)用場(chǎng)景相同出處，在不同業(yè)務(wù)需求、工程參數(shù)配置、不同協(xié)議參數(shù)下，5G

需求不同。相同應(yīng)用場(chǎng)景不同出處，5G

網(wǎng)絡(luò)需求不同。相同應(yīng)用場(chǎng)景相同出處，在不同業(yè)務(wù)需求、工程參數(shù)配置、不同協(xié)議參數(shù)下，5G

需求不同。在

5G

項(xiàng)目實(shí)施過(guò)程中，場(chǎng)景設(shè)計(jì)和需求提取階段沒(méi)有專業(yè)方法進(jìn)行業(yè)網(wǎng)需求匹配，部分項(xiàng)目直接將有線連接方式時(shí)設(shè)置的工程參數(shù)應(yīng)用于工業(yè)

5G

網(wǎng)絡(luò)，部分項(xiàng)目則直接根據(jù)項(xiàng)目現(xiàn)場(chǎng)網(wǎng)絡(luò)能力進(jìn)行應(yīng)用部署并作為該類應(yīng)用的需求基線。因此需要構(gòu)建業(yè)務(wù)到網(wǎng)絡(luò)需求轉(zhuǎn)譯及映射方法（如圖

29

所示），業(yè)主生產(chǎn)需求、工程集成商參數(shù)與工業(yè)協(xié)議配置參數(shù)之間的協(xié)同，形成第一層轉(zhuǎn)譯，生成工控業(yè)務(wù)的應(yīng)用

KQI

指標(biāo)；工控業(yè)務(wù)應(yīng)用

KQI

指標(biāo)向網(wǎng)絡(luò)

KPI

指標(biāo)的量化轉(zhuǎn)換，形成第二層轉(zhuǎn)譯，從而完成工控業(yè)務(wù)需求的向可量化的網(wǎng)絡(luò)

KPI

指標(biāo)要求30的轉(zhuǎn)譯。進(jìn)一步將網(wǎng)絡(luò)的KPI

要求向５G

網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行映射分解，指導(dǎo)５G

網(wǎng)絡(luò)規(guī)劃部署及配置。圖

29

應(yīng)用KQI

與網(wǎng)絡(luò)KPI

轉(zhuǎn)譯示意圖在項(xiàng)目設(shè)計(jì)之初即可完成需求映射，提出準(zhǔn)確的網(wǎng)絡(luò)需求確保項(xiàng)目快速上線；如果網(wǎng)絡(luò)能力無(wú)法達(dá)到業(yè)務(wù)需求，轉(zhuǎn)譯工具也能根據(jù)網(wǎng)絡(luò)能力提出對(duì)業(yè)務(wù)進(jìn)行適配調(diào)整的建議，幫助客戶選擇更準(zhǔn)確了解不同網(wǎng)絡(luò)能力對(duì)業(yè)務(wù)性能的影響，以選擇更經(jīng)濟(jì)的網(wǎng)絡(luò)方案。（二）工控

KQI

與

5G

KPI

的映射模型圖

30

應(yīng)用KQI

與網(wǎng)絡(luò)KPI

映射示意圖31根據(jù)第

2

章節(jié)的分析，從工業(yè)的

OEE

法則出發(fā)，現(xiàn)場(chǎng)級(jí)工控場(chǎng)景的應(yīng)用的KQI

主要分為通信服務(wù)可用性、生產(chǎn)節(jié)拍、安全

Safety

以及控制精度四個(gè)方面，分別對(duì)不同的網(wǎng)絡(luò)

KPI

有需求：通信服務(wù)可用性根據(jù)工業(yè)總線協(xié)議的不同對(duì)不同的網(wǎng)絡(luò)

KPI

指標(biāo)有需求，等停響應(yīng)模式工業(yè)總線通常對(duì)網(wǎng)絡(luò)的

RTT

最大時(shí)延有需求、周期性對(duì)發(fā)模式工業(yè)總線通常對(duì)網(wǎng)絡(luò)的最大接收包間隔抖動(dòng)有需求，間接對(duì)最大

RTT

時(shí)延抖動(dòng)有需求；生產(chǎn)節(jié)拍對(duì)網(wǎng)絡(luò)的平均時(shí)延有需求；控制精度通常對(duì)網(wǎng)絡(luò)的最大

RTT

時(shí)延和

RTT

時(shí)延抖動(dòng)都有需求，如果是高速高精度控制場(chǎng)景下可能還對(duì)時(shí)間同步精度有需求；功能安全

Safety

通常對(duì)網(wǎng)絡(luò)的最大

RTT

時(shí)延有需求；丟包率雖然并不一定直接影響應(yīng)用

KQI，但連續(xù)丟包或者丟包率高也是會(huì)對(duì)業(yè)務(wù)有負(fù)面影響，是網(wǎng)絡(luò)質(zhì)量的重要評(píng)價(jià)指標(biāo)。（三）

5G

網(wǎng)絡(luò)指標(biāo)的分級(jí)分檔第一章我們對(duì)離散制造業(yè)現(xiàn)場(chǎng)級(jí)工控領(lǐng)域進(jìn)行了部分典型應(yīng)用場(chǎng)景的舉例，第二章詳細(xì)分析了業(yè)務(wù)的應(yīng)用

KQI

需求以及業(yè)務(wù)對(duì)

5G

網(wǎng)絡(luò)

KPI

的需求轉(zhuǎn)譯方法，在這兩個(gè)分析基礎(chǔ)上，我們可以在滿足業(yè)務(wù)需求前提下，結(jié)合

5G/5G-A

的技術(shù)演進(jìn)，面向行業(yè)提供分級(jí)分檔的網(wǎng)絡(luò)能力，從而更好地統(tǒng)一行業(yè)需求、降低業(yè)務(wù)連接成本，實(shí)現(xiàn)不過(guò)保障、不欠保障，促進(jìn)

5G

更快更穩(wěn)地進(jìn)入離散制造的核心生產(chǎn)環(huán)節(jié)。故對(duì)業(yè)務(wù)對(duì)網(wǎng)絡(luò)的

SLA

需求分級(jí)分檔匯總?cè)缦?，為完整起見，檔位的劃分同時(shí)考慮了已批量商用的

MES

和

SACADA

級(jí)場(chǎng)景、現(xiàn)在正在開始逐步孵化和首商用的現(xiàn)場(chǎng)級(jí)控制場(chǎng)景，以及屬于

5G

未來(lái)探索的

IRT

級(jí)別的應(yīng)用場(chǎng)景對(duì)網(wǎng)絡(luò)

SLA

的需求：32擋

位（L0-L5）應(yīng)用場(chǎng)景分類詳細(xì)場(chǎng)景子類適配工業(yè)協(xié)議業(yè)務(wù)對(duì)網(wǎng)絡(luò)SLA需求分檔（

L0-L5）面面向規(guī)模商