引言:
湖南華菱湘潭鋼鐵有限公司（簡稱“湘鋼”）是國內(nèi)線、棒材和寬厚板專業(yè)生產(chǎn)優(yōu)鋼企業(yè)之一，擁有煉焦、燒結(jié)、煉鐵、煉鋼、軋材等一整套工藝裝備。其中，進(jìn)口高速線材軋機(jī)、寬厚板煉鋼、精煉和軋機(jī)均達(dá)到國際先進(jìn)水平。湘鋼資產(chǎn)總額達(dá)到420億元，營業(yè)收入超過600億元，是湖南省單體規(guī)模最大、綜合實(shí)力最強(qiáng)的國有企業(yè)。
2019年6月，國家工信部向三大運(yùn)營商正式頒發(fā)5G牌照，標(biāo)志著我國正式進(jìn)入5G時代。5G作為跨時代技術(shù)，相較于4G網(wǎng)絡(luò)，不僅可以提供更極致的用戶體驗(yàn)和更大的網(wǎng)絡(luò)容量，還將開啟萬物互聯(lián)的時代，同時滲透至千行百業(yè)，因此人們賦予5G前所未有的期待。據(jù)華為Wireless X Labs發(fā)布的《5G時代十大應(yīng)用場景》白皮書所述，AR/VR的關(guān)注度高居首位，尤其在工業(yè)、教育等行業(yè)有著巨大的發(fā)展前景，遠(yuǎn)程專家指導(dǎo)、操作培訓(xùn)、遠(yuǎn)程教學(xué)等場景已經(jīng)逐步在全國各地進(jìn)行試點(diǎn)落地，并且已經(jīng)被階段性驗(yàn)證可有效解決企業(yè)的痛點(diǎn)需求。隨著產(chǎn)業(yè)鏈的逐漸成熟，產(chǎn)品進(jìn)一步的更新迭代，相信AR/VR在未來會被更廣泛的應(yīng)用。
一、項目概況
1. 項目背景
5G網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的出現(xiàn)，以及人工智能技術(shù)和產(chǎn)品的逐步成熟，為智慧鋼廠建設(shè)提供了一個強(qiáng)大的技術(shù)支撐。為此中國移動與湘鋼于2019年9月簽訂了戰(zhàn)略合作協(xié)議，截至2020年4月，已完成五米板廠、新棒材廠的5G網(wǎng)絡(luò)覆蓋，部署了20個5G基站，實(shí)現(xiàn)了5G天車遠(yuǎn)程操控、5G無人天車、5G加渣機(jī)械臂、5G視頻高清回傳4個5G創(chuàng)新應(yīng)用場景。
2020年初，在已經(jīng)取得的成果基礎(chǔ)上，中國移動與湘鋼進(jìn)一步擴(kuò)大了5G創(chuàng)新應(yīng)用場景的合作，其中便包括針對設(shè)備維修而打造的跨國AR遠(yuǎn)程專家指導(dǎo)場景。湘鋼的新棒材廠計劃于2020年4月底投產(chǎn)，為此湘鋼從德國和奧地利進(jìn)口了大量的高端軋機(jī)設(shè)備。但是受到“新冠”疫情的影響，德國和奧地利的設(shè)備廠家無法到現(xiàn)場對設(shè)備進(jìn)行指導(dǎo)安裝，導(dǎo)致大量設(shè)備閑置。因此，中國移動提出了利用5G、AR技術(shù)搭建跨國AR遠(yuǎn)程專家指導(dǎo)系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)歐洲專家與湘鋼現(xiàn)場的跨國實(shí)時通訊，遠(yuǎn)程指導(dǎo)湘鋼現(xiàn)場進(jìn)行設(shè)備的安裝、維修、調(diào)試等工作。
2. 項目目標(biāo)
通過本項目的建設(shè)，實(shí)現(xiàn)5G技術(shù)與湘鋼設(shè)備運(yùn)維環(huán)節(jié)的融合，以工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)為基礎(chǔ)，以關(guān)鍵研發(fā)環(huán)節(jié)智能化為核心，以端到端數(shù)據(jù)流為基礎(chǔ)，全面提升設(shè)備安裝調(diào)試、維修維護(hù)的效率，縮短設(shè)備停機(jī)時間，提升企業(yè)生產(chǎn)效率。
湘鋼希望通過本項目的實(shí)施，探索5G技術(shù)在制造領(lǐng)域的應(yīng)用，構(gòu)建5G技術(shù)示范應(yīng)用，為鋼鐵制造企業(yè)及其他高端制造產(chǎn)業(yè)提供范例，助力國家智能制造戰(zhàn)略落地。
二、項目實(shí)施概況
為解決受疫情影響導(dǎo)致的歐洲設(shè)備廠家無法進(jìn)行現(xiàn)場支持的問題，中國移動為客戶私有化搭建跨國AR遠(yuǎn)程專家指導(dǎo)系統(tǒng)，設(shè)備廠家可在歐洲直接觀看到現(xiàn)場的實(shí)時情況，遠(yuǎn)程指導(dǎo)現(xiàn)場工人完成相關(guān)工作。目前跨國AR遠(yuǎn)程專家指導(dǎo)系統(tǒng)已交付客戶使用并穩(wěn)定運(yùn)行7個月之久，不僅為客戶節(jié)省了大量的技術(shù)支持成本，同時提升了設(shè)備日常的運(yùn)維效率。
1. 系統(tǒng)軟件架構(gòu)及業(yè)務(wù)功能
（1）系統(tǒng)軟件架構(gòu)
跨國AR遠(yuǎn)程專家指導(dǎo)系統(tǒng)主要分為三部分：終端層、網(wǎng)絡(luò)層、平臺層。終端層（AR眼鏡）放置在湘鋼設(shè)備現(xiàn)場，供現(xiàn)場維修工人使用。網(wǎng)絡(luò)層提供高質(zhì)量的傳輸網(wǎng)絡(luò)，用于連接湘鋼現(xiàn)場及歐洲設(shè)備原廠。平臺層提供多樣化的業(yè)務(wù)能力，以滿足現(xiàn)場維修工人及歐洲技術(shù)專家的使用需求。
1) 終端層：本案例中采用的是分體式雙目AR眼鏡，采用高精度、工業(yè)級攝像頭，分辨率最高可達(dá)1080P。視場角（FOV）達(dá)45度，續(xù)航時間長達(dá)4小時。除此之外，遠(yuǎn)程專家指導(dǎo)系統(tǒng)還支持其他不同型號的AR眼鏡，包括手機(jī)、平板電腦等移動終端；
2) 網(wǎng)絡(luò)層：支持4G、5G、Wi-Fi等網(wǎng)絡(luò)的接入。受限于AR產(chǎn)業(yè)5G模組尚不成熟，本案例中借助CPE設(shè)備，將5G信號轉(zhuǎn)換成Wi-Fi信號，實(shí)現(xiàn)AR眼鏡的網(wǎng)絡(luò)接入；
3) 平臺層：可為客戶提供用戶管理、設(shè)備管理、業(yè)務(wù)統(tǒng)計等通用管理功能，此外，還可提供音視頻通訊、畫面標(biāo)注、文件傳輸?shù)葮I(yè)務(wù)功能；
圖1 系統(tǒng)架構(gòu)圖
（2）業(yè)務(wù)功能
1) 畫面標(biāo)注：歐洲專家在接收到的畫面上進(jìn)行畫面標(biāo)注（可一鍵暫停通訊畫面進(jìn)行標(biāo)注，或在通訊過程中的實(shí)時畫面上進(jìn)行標(biāo)注），通過在任意位置添加特定的指示信息（如：箭頭、圓圈等），并同步呈現(xiàn)在現(xiàn)場工人的AR眼鏡上，輔助專家完成遠(yuǎn)程指導(dǎo)工作。
2) 高清音視頻通訊：支持1080P、720P高清視頻通話，現(xiàn)場工人第一視角畫面可借助AR眼鏡的變焦調(diào)節(jié)能力，保證細(xì)節(jié)的清晰展現(xiàn)。
3) 共享白板：開啟共享白板功能后，畫面將從實(shí)景畫面切換至空白的面板上，歐洲專家可在此白板上進(jìn)行隨意圖寫，圖寫內(nèi)容也將同步呈現(xiàn)在現(xiàn)場工人的AR眼鏡上。
4) 文件傳輸：在通訊的同時，歐洲專家可傳輸文檔、圖片、視頻等多種類型的文件，現(xiàn)場工人可借助這些文檔輔助自己完成設(shè)備檢修工作，提高協(xié)作效率。
5) 多方通話：支持一對一、一對多、多對多等各種場景，客戶可自由選擇接入通訊的終端設(shè)備類型。
2. 實(shí)施方案
（1）場景描述
基于部署的跨國AR遠(yuǎn)程專家指導(dǎo)系統(tǒng)，現(xiàn)場維修工人可通過佩戴AR眼鏡向歐洲專家發(fā)起音視頻通話，實(shí)時采集并分享現(xiàn)場第一視角畫面。同時，歐洲專家可基于現(xiàn)場采集到的畫面，通過語音指導(dǎo)、畫面標(biāo)注、共享白板等功能，指導(dǎo)現(xiàn)場工人完成設(shè)備的安裝調(diào)試、維修維護(hù)等工作。
（2）網(wǎng)絡(luò)部署方案
圖2 網(wǎng)絡(luò)拓?fù)鋱D
受限于跨國網(wǎng)絡(luò)出境防火墻的限制，跨國AR遠(yuǎn)程專家指導(dǎo)系統(tǒng)的部署方案分為兩部分：湘鋼主業(yè)務(wù)平臺及香港POP點(diǎn)。
l 湘鋼主業(yè)務(wù)平臺：部署有產(chǎn)品的核心業(yè)務(wù)能力，以及音視頻的處理及轉(zhuǎn)發(fā)等配套能力。
l 香港POP點(diǎn)：部署有音視頻的處理及轉(zhuǎn)發(fā)等能力，主要負(fù)責(zé)與海外用戶間的數(shù)據(jù)中轉(zhuǎn)。
其中，湘鋼現(xiàn)場的AR眼鏡及歐洲登錄的PC終端分別通過5G、4G網(wǎng)絡(luò)連接至本地互聯(lián)網(wǎng)，再基于SD-WAN技術(shù)的跨國虛擬專網(wǎng)進(jìn)行互聯(lián)互通。
（3）方案優(yōu)勢
1) 業(yè)務(wù)模式優(yōu)勢：利用AR眼鏡遠(yuǎn)程通訊的方式替代傳統(tǒng)的現(xiàn)場支撐，既節(jié)省專家側(cè)的差旅成本，又可以提升設(shè)備維護(hù)效率。此外，對于設(shè)備廠家而言，AR遠(yuǎn)程專家指導(dǎo)系統(tǒng)可充分復(fù)用技術(shù)專家資源，從而減少專家儲備不足的痛點(diǎn)；
2) 5G網(wǎng)絡(luò)優(yōu)勢：相較于4G網(wǎng)絡(luò)通訊，5G網(wǎng)絡(luò)可滿足24幀、1080P高清畫面?zhèn)鬏敚鉀Q4G網(wǎng)絡(luò)通訊條件下存在的畫面卡頓、延遲等問題；
3) SD-WAN虛擬專網(wǎng)優(yōu)勢： SD-WAN虛擬專網(wǎng)可解決跨國出境防火墻的限制問題，提供優(yōu)質(zhì)的網(wǎng)絡(luò)通訊能力，且相較于跨國專線，建設(shè)成本更低，開通速度更快；
（4）部署時間安排
序號 | 實(shí)施步驟 | 涉及技術(shù) | 完成時間 |
1 | 搭建湘鋼廠區(qū)5G實(shí)驗(yàn)網(wǎng) | 5G SA | 4.8 |
2 | 部署AR遠(yuǎn)程專家指導(dǎo)系統(tǒng) | AR、云計算 | 4.15 |
3 | 設(shè)立香港POP點(diǎn) 搭建SD-WAN跨國專網(wǎng) | 云計算、SD-WAN | 4.23 |
4 | 跨國聯(lián)調(diào)、測試 | - | 4.29 |
三、下一步實(shí)施計劃
中國移動將自身定位為網(wǎng)絡(luò)運(yùn)營商與系統(tǒng)集成商，結(jié)合5G網(wǎng)絡(luò)優(yōu)勢，通過“自研+合作”的模式，整合行業(yè)資源、取長補(bǔ)短。為客戶提供一站式“AR+”服務(wù)，覆蓋企業(yè)生產(chǎn)、運(yùn)營的諸多環(huán)節(jié)。
中國移動將于2020年底完成AR遠(yuǎn)程輔助公有云平臺的自主研發(fā)。這個平臺最大的特點(diǎn)就是聚焦構(gòu)建AR產(chǎn)品中臺能力（AR Cloud）：
1）通過開放的SDK服務(wù)，可實(shí)現(xiàn)與第三方品牌AR眼鏡的無縫對接（預(yù)計年底完成至少5款不同品牌硬件的引入）；
2）AR Cloud作為PAAS能力，賦能上層AR應(yīng)用開發(fā)環(huán)境（AR Studio），研發(fā)人員可基于客戶的定制化需求進(jìn)行快速開發(fā)。
中國移動將以工業(yè)行業(yè)作為主要拓展領(lǐng)域，并逐步面向金融、交通行業(yè)提供端到端解決方案。同時充分利用中國移動在全球各地的云網(wǎng)資源優(yōu)勢，逐步開通歐洲、北美等地的POP接入點(diǎn)，將AR業(yè)務(wù)在全球范圍內(nèi)進(jìn)行推廣。
四、項目創(chuàng)新點(diǎn)和實(shí)施效果
1. 項目先進(jìn)性及創(chuàng)新點(diǎn)
（1）技術(shù)先進(jìn)性
本項目結(jié)合5G的大帶寬、低時延等特性，與AR技術(shù)相結(jié)合，解決以往在4G網(wǎng)絡(luò)通訊條件下圖像清晰度低、高清圖像傳輸速率慢、AR頭動響應(yīng)時延大、渲染分辨率低、畫面疊加效果傳輸時延長等痛點(diǎn)。
本項目基于遠(yuǎn)程音視頻通訊能力，結(jié)合AR眼鏡，在不影響工人正常作業(yè)的前提下，實(shí)現(xiàn)專家遠(yuǎn)程指導(dǎo)，節(jié)省現(xiàn)場支撐成本，提升設(shè)備維護(hù)效率。
（2）商業(yè)模式先進(jìn)性
AR遠(yuǎn)程專家指導(dǎo)系統(tǒng)支持公有云及私有云方式部署，其中，本項目屬于交鑰匙工程，即客戶通過一次性支付的方式購買所需的軟硬件產(chǎn)品并進(jìn)行本地私有化部署。同時，受益于AR遠(yuǎn)程專家指導(dǎo)產(chǎn)品標(biāo)準(zhǔn)化程度較高，不會因?yàn)榭蛻羯a(chǎn)工藝不同而產(chǎn)生大量二次開發(fā)的工作，因此，客戶同樣可以選擇公有云服務(wù)的方式，硬件通過一次性購買，軟件服務(wù)則按照月租/年租的方式進(jìn)行付費(fèi)。相較于私有化部署的方式，公有云服務(wù)可縮短項目交付周期，并且可在周期內(nèi)享受免費(fèi)的軟件升級，進(jìn)一步降低客戶的投入成本。
（3）可復(fù)制推廣性
本項目結(jié)合5G、AR等技術(shù)，在湘鋼的高端進(jìn)口軋機(jī)設(shè)備車間進(jìn)行了落地應(yīng)用，驗(yàn)證了此場景在典型離散制造企業(yè)的可落地程度。并且由于AR遠(yuǎn)程專家指導(dǎo)系統(tǒng)標(biāo)準(zhǔn)化程度較高，未來可以在離散行業(yè)進(jìn)行推廣應(yīng)用，具備良好的可復(fù)制推廣性。此外，公有云模式提供標(biāo)準(zhǔn)化的業(yè)務(wù)功能，客戶可根據(jù)自身需求在線訂購，進(jìn)一步提升產(chǎn)品的可復(fù)制推廣性。
2. 實(shí)施效果
據(jù)客戶反饋，每年由于進(jìn)口設(shè)備的安裝調(diào)試、維修維護(hù)工作而需要請求海外支撐的次數(shù)在7-8次，單次所需的差旅成本在10萬左右。因此，即使在不考慮設(shè)備故障導(dǎo)致生產(chǎn)暫停的條件下，每年僅設(shè)備維護(hù)而產(chǎn)生的差旅費(fèi)用至少需要70萬元。而本項目的實(shí)施成本不足百萬，且永久交付給客戶使用，因此，客戶從第二年起，每年便可節(jié)省70萬元的差旅成本。此外，設(shè)備的安裝調(diào)試、維修維護(hù)周期也得到了較大程度的縮短。當(dāng)設(shè)備發(fā)生故障后，歐洲專家從接收請求到現(xiàn)場解決問題，普遍需要至少1周的時間，而借助跨國AR遠(yuǎn)程專家指導(dǎo)系統(tǒng)，現(xiàn)場工人可在第一時間獲取設(shè)備原廠專家的技術(shù)支持，當(dāng)天便可解決問題并恢復(fù)生產(chǎn)。
綜上所述，中國移動為湘鋼打造的跨國AR遠(yuǎn)程專家指導(dǎo)系統(tǒng)，不僅可以為客戶節(jié)省差旅支撐成本，同時還可以提升設(shè)備檢修維護(hù)效率，變相地提升企業(yè)的生產(chǎn)效率，實(shí)現(xiàn)降本增效。