世界5G大会组委会-基于5G安全专网的新一代运载火箭总装测试 智能制造项目

产品功能及原型设计理念和框架

作为天津市第一家部署5G安全专网的企业，天津火箭公司以5G为基础，大力开展5G创新应用的开发，形成基于5G技术的多媒体质量记录、总装现场综合管控平台、可穿戴设备、智能定位等一系列创新应用。从而，提升产品生产过程的自动化、智能化水平，提高制造效率、提升产品质量、降低能耗和人工成本。为实现天津火箭公司“高质量、高效率、高效益”发展，打造航天智能制造领军企业，圆满完成国家各项航天科研任务奠定坚实基础。同时为在航天、航空、国防工业等大型离散制造业推广5G应用提供借鉴实践案例。

《基于5G安全专网的新一代运载火箭总装测试智能制造项目》通过搭建一个独立于现有运营商的5G安全专网，既可全面实现5G网络功能，又与其他5G网络不对接，形成物理隔离的5G局域网，实现工业数据不出厂，保证工业数据生产、采集、使用的全业务流程均在内部完成，保证数据安全。5G安全专网适用于对安全保密要求较高、数据安全要求存在特殊生产环境的企业。利用5G高速率、低延迟、强信号的特性，开展特殊环境下的5G应用技术。同时此项目的应用场景具备在所有党政军、工业互联网、医疗单位借鉴推广的条件，对数据的安全性有进一步的提升。

创意特色及技术性能

天津火箭公司作为一家对网络可靠性要求高，数据安全和隔离要求严格的航天制造企业。由于对产品数据安全可靠性要求高，园区内无法使用无线通讯技术，从而限制了企业的创新与发展。为了解决这一问题，提升企业数字化覆盖面积，为后续建设智能工厂，突破企业现有技术研发瓶颈，提高制造能力，满足国家重大科研任务激增的现实需求。天津火箭公司联合天津移动建设总装测试车间5G安全专网示范区，大力开展航天领域5G创新应用技术的研究。

5G安全专网是一个5G安全核心网+安全产品及服务+用户管理平台的一整套全栈产品。使用5G安全专网可同步与5G公众网融合开展，从终端层、网络层、管理平台层、业务平台层及应用的架构，表明5G安全专网是在5G三大能力外的进一步能力提升。对高安全需求用户，通过安全专网进行控制面、用户面的安全增强，进一步提高网络安全性，实现安全访问。目前，安全专网通过云化5G安全专网（可由小于1U服务器承载），叠加内核安全增强功能，是3GPP（3rd Generation Partnership Project，即第三代合作伙伴计划）基础上增强，且已经具备产品化能力。特殊行业用户高安全解决方案（安全需求最高）：

1.自建核心网高安全鉴权设备，实现签约信息和安全策略的集中管控，叠加终端到企业自有应用服务器之间。

2.统一采用国密算法进行数据面加密，服务器与终端双向认证提高安全性解决方案，提供数据端到端防护、认证鉴权自主化、防定位防跟踪等能力，赋能高安全行业需求，提供“拎包式”专网方案。

3.两个“新”，“新一”是从安全的视角提出来一种全新网络安全设计模式，即改变了传统“先有网络，后打补丁”的设计模式；“新二”是提出来一种全新的网络级内生安全解决方案，即改变了传统“基于不可信底座叠加应用安全增强”的模式。

通过安全服务产品 + 管理平台两个清晰的产品化路径，已孵化出针对不同安全级别场景、且能快速灵活部署的广域安全专网与局域安全专网两种产品形态。产品依拖5G大带宽、低时延等特点，利用边缘计算、增强接入控制、管道加密保护等技术，赋予专网六大核心能力（如下图所示）。

专网六大核心能力示意图

产品主要功能（如下图所示）：

 产品功能示意图

国产专用密码：国产/专用密码和专用安全机制的嵌入，实现安全技术体制和产业链资源的国产化和自主可控。

自主算法：提供基于自主算法的接入认证安全增强，实现随机数、鉴权向量、鉴权响应的全自主可控产生，规避国外算法的后门风险。

端到端数据加密：用户面基于自主密码体制的端到端业务加密，实现业务数据的安全托底。

用户身份动态掩护：实现用户身份在非合作环境下的防追踪、防定位，规避核心网拜访域不受控而导致的风险。

终端安全管控：用户管理平台配置安全策略，实现开/关指定终端（如蓝牙等）系统权限，以及失控设备的远程遥毙。

业务认证：提供用户面基于自主密码体制的入网鉴权，实现基于业务的认证。

安全专网是基于3GPP的网络架构和安全体系，在不改变3GPP协议和流程的前提下，通过轻度定制产业链资源，实现安全机制的嵌入，从而提供覆盖能力、通信能力以及安全能力的三重保障，能够有效解决5G安全专网无法调和覆盖性、安全性以及标准符合程度几者之间的矛盾冲突问题。核心结构脉络（如下图所示）：

核心结构脉络图

该项目使用的5G安全专网的软件著作权明细请见下表（软件著作权归属于中移（成都）信息通信科技有限公司所有）：

针对5G安全专网的自研或预研方向，从终端、接入网、核心网以及网络切片等四方面进行技术保护点挖掘，有效保护5G尊享+专网的产品、技术方案及商业价值，防止商业对手无序竞争。该专利清单归属于中移（成都）信息通信科技有限公司所有）：

表2 专利清单

与5G结合性及强相关性及产业联动效应

在航天科技集团数字化转型战略部署的指引下，天津公司围绕建设数字航天的发展目标，积极推动公司生产经营与第五代移动通信技术（简称5G或5G技术）的深度融合。坚持以工艺方法优化为基础，贯彻“精益生产”、“TOC”等管理理念，变革生产组织管理方式。应用基于5G技术为代表的先进信息技术，解决生产中的瓶颈，提升生产效率，满足未来产能大幅提升的需要，建设适应未来需求的智能火箭总装测试车间。通过5G安全专网、工业网关等5G基础网络设施建设，构建5G+工业互联网的新一代网络平台，加速推进5G技术在总装测试车间的全面应用，为设备、仪器、传感器、可穿戴等硬件设施的互联互通，提供大带宽、高连接、低延时的优质网络基础，为总装测试数字化、网络化、智能化发展奠定坚实基础，形成5G应用典型示范效应，打造集团5G技术应用的标杆案例。

5G和工业互联网作为新基建的两项重头戏，是发展数字化经济、提升社会智能化水平的关键，二者形成了融合叠加、互促共进、倍增发展的创新态势。

总装测试无论是生产效率还是装配质量，均无法满足未来型号任务激增的需求。基于5G技术，能够通过智能制造手段提升企业能力，快速形成新一代运载火箭批产能力，同时5G技术针对宇航产品研制的小批量、质量要求严格、精度高、进度紧等特点，可切实提升以下能力：

无线网络能力：

由于保密要求，目前缺乏无线网络及无线设备应用的能力，通过利用5G网络数据传输等能力将现场的各类设备组成一个有机的整体，根据业务需求由业务系统统一调配，解决工厂现场的设备联网、协议对接、数据安全传输等问题，设备在无需有线控制联网的情况下即可实现柔性产线作业。

数据录入和采集能力：

随着型号生产任务激增，靠人工录入系统数据方式，将无法同时满足质量数据填报和生产进度需求，需要通过自动化装置实现生产过程质量数据和进度数据的自动化采集。在总装车间内大量质量、生产过程、装配操作数据可通过无线设备自动采集。例如无线压力表、无线自动拧距扳手、无线温湿度采集装置等，装配领域可实现相关数据的自动采集，有效提高数据采集的准确性，并能够显著提高生产和装配效率。

新一代信息技术的应用能力：

结合 5G 技术的特点，遴选火箭装配过程中与 5G 技术较契合的业务场景，开展创新应用示范工作。5G技术为人工智能、大数据等先进技术在航天制造领域应用提供了基础，基于5G技术的创新应用，将解决生产装配过程中，对操作人员、检验人员技能和经验的依赖程度较高的问题。实现自动化、智能化生产装配，进一步提高产品质量的稳定性和一致性。最终实现在人员不增加的情况下，满足型号任务批产需求的效果，为车间节省人力成本。依靠5G网络为总装车间构建万物互联的智能化工厂，能够对工艺、生产质量等各个制造环节提供有效支持，支撑新一代运载火箭快速实现智能制造转型升级的目标。

基于中国移动5G安全专网的应用场景整体解决方案，对总装车间设备互联以及设备状态和生产数据的采集，对生产全过程进行信息监控，以期做到对产线设备、装配质量、生产安防等各项生产过程信息的精确掌控，提高生产效率，减少人力成本，增加实际产能，实现资源配置最优化、生产均衡持续化、产能最大化、效益显著化的转型目标。

5G与AI、大数据、先进计算、区块链等技术的融合度

5G技术不仅是信息通信技术的升级换代，更能带来人工智能、大数据、云计算等一系列新技术的创新应用，带来生产方式的全面变革。通过5G技术，为人工智能、云计算、大数据、智能终端等在新一代运载火箭制造过程中的广泛应用，奠定坚实基础。通过新技术的广泛应用，带来产品质量、生产效率、经济效率的大幅度提升。从而，改变新一代运载火箭生产制造模式，实现智能制造转型升级。该项目是第一个将5G全隔离安全专网大规模投入到实际生产中的军工项目，开展了若干项5G网络安全技术创新；并在这张5G安全专网的加持下：

落地了复杂管路跨车间数字化协同制造场景实现了跨车间协同制造、实时响应。

落地大型运载火箭箭体自动对接应用，实现了“大型薄壁、易变形、难移动”的大部段总装对接，从“手动模式”向“数字化模式”的跨越。

落地金属密闭舱体专家在线指导，实现设计、工艺、检验专家在线指导，确保关键、高难度装配环节万无一失。

壳段总装脉动式生产线的应用创新，生产线按照精益生产的原则布置，使装入件、工具、材料和人员精准达到生产线指定工位，依托5G安全网络和智能装备，辅助壳段装配过程，减少物流运输时长，实现物料精准配送，提升质量检测智能化水平，提高人员标准化作业能力。

除了落地以上应用场景外，还落地了例如智能工具箱、8K摄像头AI检测等5G场景。

项目的价值以及市场需求、分析市场容量和

我国正处于由制造大国向制造强国的转变期，习近平总书记开创的中国特色社会主义新时代，赋予了中国航天人新的历史使命和责任，党的十九大明确提出要建设航天强国。航天科技发展呈现出产业经济规模快速扩大、生产数量大幅增加、发射试验任务空前繁重的新形势。利用5G等先进技术解决航天制造发展过程中的难题，确保以空间站建设为代表国家重大工程顺利完成。为在航天、航空、国防工业等大型离散制造业领域5G推广应用提供借鉴实践案例。

通过5G安全专网建设，尤其是5G安全专网条件下的加密算法、防火墙、安全网关、保密SIM卡的配合应用，为数据安全要求较高的航天制造领域使用5G技术提供支撑。保证企业在享受5G技术带来便捷性的同时，满足相关数据的安全要求，具有重要的推广价值。

在5G安全专网的条件下，开展工业互联网、智能仓储物流、视频监控、产品检测、可穿戴设备等方面5G创新应用，结合航天产品高质量要求、生产工艺复杂的特点，形成生产要素万物互联的航天制造新模式，助力新一代运载火箭制造转型升级。在天津火箭总装测试车间应用的同时，逐步向零件加工车间、部段装配车间等多个车间开展推广。开展基于机加、钣金、焊接、铆接、表面处理等各个专业领域的全面应用。在5G安全专网基础上，构建万物互联的智能化工厂。对工艺、生产质量等各个制造环节的有效支持，支撑新一代运载火箭智能制造转型升级。先进的网络技术、信息化技术与航天制造场景改造升级相结合，以5G低延时、高速率、海量连接的技术优势减少现场有线组网的建设难度和管理难度，大幅降低了走线布设的成本和后期运维的难度，实现工程智能化升级。