5G 网络在智能铸造场景的探索和应用

一、引言

铸造作为制造业的基础工艺，在国民经济中占据着重要地位。汽车发动机缸体、航空航天零部件等关键构件均依赖铸造技术成型，其工艺水平直接影响高端装备制造业的发展。然而，传统铸造行业面临着生产效率低、质量不稳定、能源消耗大以及人力成本高等诸多问题。随着信息技术的飞速发展，智能制造成为铸造行业转型升级的必然趋势。智能铸造通过引入先进的信息技术、自动化技术和人工智能技术，实现铸造生产过程的数字化、网络化和智能化，从而提高生产效率、降低成本、提升产品质量。5G网络作为新一代移动通信技术，具有高带宽、低时延和广连接的显著优势。其理论峰值速率可达20Gbps，空口时延低至 1ms，每平方公里可连接设备数高达 100 万。这些特性使得5G网络能够满足智能铸造场景中对海量数据传输、实时控制以及设备互联互通的严格要求，为生产效率提升、质量管控强化和能耗优化提供了强大的网络支撑，推动铸造行业向数字化、智能化方向迈进。

二、5G网络关键技术在智能铸造中的作用

2.1 5GC

5GC是 5G网络的核心控制部分，它负责管理用户数据、会话管理、移动性管理以及网络切片等关键功能。在智能铸造场景中，5GC的网络切片技术具有重要应用价值。通过网络切片，5GC可以根据铸造生产中不同业务的需求，如设备监控、质量检测、实时控制等，将物理网络划分为多个逻辑上独立的虚拟网络切片。每个切片都可以针对特定业务的需求进行定制化配置，例如为对时延要求极高的实时控制业务提供超低时延、高可靠的网络切片，为数据量较大的设备监控和质量检测业务提供高带宽的网络切片，从而确保不同业务在同一5G网络下都能获得最佳的网络服务质量。

2.2 BBU和RRU

BBU主要负责基带信号的处理，包括信号的调制解调、编码解码等功能。RRU则负责射频信号的收发，将基带信号转换为射频信号并通过天线发射出去，同时接收来自天线的射频信号并转换为基带信号传输给BBU。在智能铸造工厂中，通常需要部署大量的无线接入点以实现对生产区域的全面网络覆盖。BBU和RRU的分布式架构使得网络部署更加灵活和高效。通过将RRU安装在靠近用户设备（如生产设备、传感器等）的位置，可以有效减少信号传输损耗，提高信号强度和覆盖范围。同时，BBU可以集中管理多个RRU，便于进行统一的配置和维护，降低网络运维成本。

2.3 CPE

在智能铸造场景中，CPE扮演着重要的角色。它可以将 5G网络信号转换为Wi-Fi或有线网络信号，为工厂内的各种设备提供便捷的网络接入。工业级 5GCPE具有强大的性能和可靠性，能够适应铸造车间复杂恶劣的环境。它支持远程配置管理、设备状态监控、流量分析、故障诊断和自动修复等功能，有些还集成了人工智能算法，能够预测网络故障并提前预警。CPE可以连接数百台生产设备、机器人、AGV小车、检测仪器等，构建低延迟、高可靠的工厂内网，支持柔性生产线的实时调度和远程运维。例如，在铸造车间中，CPE可以将各种生产设备的数据快速传输到生产管理系统，同时将控制指令及时下发到设备端，实现设备的精准控制和协同工作。

三、5G网络在智能铸造中的技术应用

3.1.基于 5G+MEC+云的边缘云部署

通过MEC将核心网UPF下沉到企业园区，构建 5G定制专网（企业数据不出园区）；并打通MEC与企业内网的数据链路，实现授权终端在企业专网环境下与企业内网的互通，形成企业内网的安全可靠延伸；同时在MEC部署运算能力，在接近数据源的边缘侧计算，有效减少数据传输带宽、降低时延；实现MEC与云端资源池的互联，实现弹性云计算。

3.2.MEC数据本地分流保障企业数据安全

基于MEC打造企业智慧工厂专网方案，企业园区接入机房部署形成企业本地专网，快速实现园区互联互通，实现现有企业内网的无线延。根据5G核心网控制面和用户面分离的特点，将用户面UPF按需下沉到园区实现数据分流，保障企业数字化工厂的数据安全，并进一步降低网络时延，提升核心业务性能与体验。3GPP R15/R16 协议引入了切片来构建网络差异化能力，比如SLA保证，安全性隔离等。并实现对于企业终端设备进行管理（如了解其上线信息，能耗信息），对网络时延、带宽等KPI进行监控，并将这些信息嵌入到企业业务系统，支持其业务系统进一步智能化、自动化。

3.3.MEC与企业云资源池互联互通实现云边协同

MEC在边缘侧和企业云资源池的云网协同、云边协同是一大技术特色，能够实现传统CT侧和IT侧的互通。借助于运营商承载网络，实现云节点和边缘节点的互通，保障云边协同的安全性。本文以建设基于5G+工业互联网的智能工厂为目标，采用 5G网、边缘计算等新型技术改造内网，通过将云计算、物联网、人工智能等信息技术与制造技术相融合，对工厂进行数字化、智能化升级，采用数据采集+数据管理+数据应用的整体系统架构，端管云一体协同，实现企业数据的采集、汇聚、管理及应用。总体构架可以分为四层：设备物联层、网络传输层、平台层、应用层。总体架构如下：

结论

5G网络凭借高带宽、低时延与广连接特性，为智能铸造的数字化转型提供了关键技术支撑。本文探讨了 5G网络通过关键技术融合与创新架构设计，为传统铸造行业的智能化转型提供了系统性解决方案。研究表明，5GC的网络切片技术可根据铸造生产中实时控制、设备监控等不同业务需求，定制化划分虚拟网络，保障各类业务的服务质量；BBU与RRU的分布式架构实现了工厂无线覆盖的灵活部署，有效提升信号传输效率并降低运维成本；工业级CPE则通过网络信号转换与智能管理，构建了低延迟、高可靠的工厂内网，支撑柔性生产线的协同运作。基于 5G+MEC+云的边缘云部署方案，通过核心网用户面下沉与本地数据分流，在保障企业数据安全的同时降低网络时延；MEC与企业云资源池的互联互通，实现了云边协同计算，推动传统制造与信息技术的深度融合。实践证明，5G技术的引入能够有效解决传统铸造行业生产效率低、质量管控难、能耗高等痛点，为设备实时控制、海量数据传输及生产流程优化提供了强大的技术支撑，其与智能铸造的融合将进一步推动制造业向数字化、智能化方向纵深发展，助力高端装备制造产业升级。

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