★中國電信股份有限公司四川分公司宋永誠

★中國電信集團有限公司西藏分公司厲愛霞

★四川公眾項目咨詢管理有限公司鄧挺

★中國電信集團有限公司西藏分公司尼瑪旺杰

★中國電信股份有限公司四川分公司楚豐源

★四川公眾項目咨詢管理有限公司宋仕斌

關鍵詞：5G專網；ICT；UPF；MEC；智慧釀造；工業互聯網安全

傳統釀造行業屬于勞動密集型產業，勞動強度大，生產效率低。實現釀造生產自動化是擴大產能、保證質量穩定、降低用工成本、改善生產衛生狀況的迫切需求。特別是白酒蒸餾技術的創新難度較大，是中國白酒自動化、智能化的研究難點。傳統的釀造企業還是保持“口傳心授”的生產模式，依靠既往經驗，釀造環境不可控，批次產品品質參差不齊。雖然部分釀酒企業在機械化、自動化釀造方面取得了一定突破，但仍停留在設備自動化層面，與“中國制造2025”背景下的白酒智能制造差距甚遠。新一代信息技術與制造技術融合還處于起步階段，產品開發設計、生產過程、物料計劃、設備管理、質量控制與改進等過程數據還未能有效采集，具有自感知、自學習、自決策、自執行、自適應等功能的智慧釀造新型生產方式還沒有完全實現。傳統白酒等釀造企業數字化、網絡化、智能化轉型升級是發展趨勢和必經之路。

1　傳統釀造行業痛點和5G智慧釀造網絡需求分析

傳統的釀造行業，以固態法白酒發酵為例，完全依靠地溫去維持發酵過程微生物的生長環境。地溫不可調節、不可改變，春夏秋冬和早晚溫差都會影響地溫，屬于完全依靠自然界的發酵方式，傳統的濃香型白酒還面臨熱季停產的問題。當前的智能化生產線，其研發和購置的成本較高，而且在實際使用中也可能產生設備問題和人身危害^[1]。每一批次自然發酵過程中不能調配發酵狀態。傳統的窖池均設置于地下，生產勞動強度較大，實現自動化進出料難度較大。當前的發酵模式嚴重影響生產效率、生產質量，是釀造行業的共性痛點。

5G（5th GenerationMobile Communication Technology，第五代移動通信技術）網絡作為支撐企業數字化的“神經中樞”，能夠完成信息數據上傳下達，可有效將人工智能、大數據等“行業大腦”與工業傳感器等“感知/執行器官”聯系在一起構建企業專網，實現傳統釀造企業數字化轉型。目前，釀造企業的生產數據涉及到企業自身競爭力的關鍵因素，酒廠發酵過程中的數據和分析將是這個酒廠的核心數據和競爭力，數據的安全性和保密性對企業來說至關重要。在企業數字化轉型過程中如何保障核心生產數據不出園區，成為5G網絡服務企業園區的最基本、最核心的需求。通過5G專網+工業應用的物理或邏輯隔離，能充分滿足各類工業應用對專網帶寬、延時及連接的要求，保證各類工業應用安全穩定運行^[2]。5G專網的應用是新一代信息技術與制造技術融合發展的示范，項目實施可實時監測發酵過程并控制發酵環境，建立分析模型，可進行偏離分析、趨勢分析、回歸分析等多種數學計算分析，創造微生物代謝最佳環境，白酒釀造優質酒率和批次穩定性得到大幅度提高。同時，其可將白酒生產技術、管理、應用等方面的經驗和知識規則化、模塊化、軟件化，實現了自動化、數字化生產，提升了釀造企業自動化、數字化整體水平，能夠推動傳統白酒等釀造行業的轉型升級，應用前景廣闊。企業需要通過連續地優化工藝流程，解析關鍵環節的生產方式，通過現代科學手段闡釋傳統工藝的科學內涵，充分挖掘技術潛能^[3]。

2　基于5G專網的智慧釀造方案設計

近年來隨著國家科技創新政策的指引、國家科技的進步以及白酒行業科技的發展，傳統釀酒生產逐步向機械化、自動化、智能化升級^[4]。基于新一代IT（Information Technology，信息技術）、OT（Operating Technology，制造技術）和BT（Biology Technology，生物技術）的深度融合，本文提出了“終端采集設備+5G網絡+云計算服務商+軟件開發平臺”的一站式ICT（Information Communications Technology，信息通信技術）解決方案，如圖1所示。為實現固態法白酒釀造發酵關鍵工藝環節實時數據采集和處理，該方案融合專業知識和經驗建立了關鍵工藝數學模型和計算機仿真系統，實現生產過程的智能分析、控制和優化，并擬合最佳發酵環境控制曲線，為發酵過程微生物創造了最佳代謝環境，提升了出酒率和優質酒率。

圖1基于5G專網的智慧釀造系統方案

ICT解決方案采用5G比鄰模式定制網的部署構建了一張融合5G/4G（4thGeneration Communications System，第四代移動通信系統）/NB-IoT（Internet of Things，物聯網）多種接入方式的企業虛擬無線專網，與釀造企業內網進行安全可靠的互聯互通、深度融合，實現了多種類型的企業終端通過企業虛擬無線專網與企業內網應用服務平臺互聯互通。其通過公網與專網數據隔離、UPF（User Plane Function，用戶面功能）本地分流、DNN（Dynamic Neural Network，動態神經系統）、端到端網絡切片等技術手段，確保了企業虛擬無線專網與內網連接的數據及網絡安全性，并通過靈活部署邊緣UPF和MEC（Mobile Edge Computer，移動邊緣計算），縮短了企業終端與企業內網應用服務平臺的網絡連接，盡可能地滿足了企業接近數據源側計算的需求，減少了數據傳輸的網絡消耗，最大限度降低了端到端時延。

3　應用案例

3.1　系統設計

本項目總體思路是以5G賦能智能不銹鋼發酵槽為切入點設計5G+固態法白酒發酵自動監測與控制系統，并在四川某酒廠數字化釀造車間進行試驗，如圖2所示。根據接入網絡的終端數量、種類、分布的區域、移動性要求，本項目采用5G切片專線方式部署釀造企業無線虛擬專網，下沉邊緣UPF到釀造企業工業園區，結合業務需求部署MEC。采用屬地電信運營商5G定制網為本項目部署5G/4G/NB-IoT無線接入信號覆蓋。本項目依托屬地電信運營商5G切片專線產品，利用共享型2B（To Business，面向商業客戶）UPF作為用戶面轉發設備，通過STN（Smart Transport Network，智能傳送網）光傳輸數據專線連接酒廠內網，根據終端接入要求規劃端到端切片類型，滿足了企業通過5G接入、本地分流至企業內網的需求。

圖25G+固態法白酒發酵自動監測與控制系統架構圖

3.2　建設方案

本項目基于5G企業虛擬無線專網安全可靠的端到端連接以及5G強大的技術優勢，實驗驗證了工業場景下5G工業網關應用，滿足了不同協議設備的數據采集和基于5G的雙向傳輸，實現了智慧酒廠生產設備無線聯網和反向控制信息實時回傳，為全面實現5G無線全連接工廠提供了實踐支撐。本項目5G專網設備部署如表1所示。

表1某智慧釀造酒廠5G專項部署配置表

本項目共有S7-200、S7-300、S7-400、S7-1200等4類PLC（Programmable Logic Controller，可編程邏輯控制器）通過OPC（Open Platform Communications，開放平臺通信）通訊方式接入工業互聯網平臺。項目應用中興通訊NEWPRE2100工業5G邊緣超腦解決方案將控制發酵槽傳送帶的PLC接入5G工業網關，結合邊緣計算系統部署架構，通過企業虛擬無線專網實現本地流量卸載和提供超低時延實時控制。

3.3　工業互聯網安全設計

本研究從設備安全、控制安全、網絡安全、應用安全和數據安全等方面全方位構建智慧釀造系統工業互聯網安全體系框架。在開放的API接口設計和實現過程中應充分考慮安全認證，防止出現未授權訪問安全漏洞，開發后應實施漏洞掃描和滲透測試。應用安全覆蓋工業互聯網業務運行的平臺安全及應用程序安全。數據安全主要包括智慧釀造系統生產管理數據、生產操作數據和用戶據的采集、傳輸、交換、存儲、處理等方面的安全。本研究充分考慮智慧釀造系統物理安全、功能安全和信息安全，能有效應對工業互聯網面臨的惡意攻擊威脅、系統風險和管理威脅。

3.4　實驗結果

本項目通過應用場景實驗，實現了酒類發酵關鍵工序數據的實時監控與分析。本項目通過安裝在發酵車間與發酵槽的溫度、濕度、CO₂、O₂等不同種類的傳感器和5G網關采集整個房內所有的重要環境參數。各類傳感器、智能設備均通過5G無線傳輸到后臺云服務器。發酵智能監控系統以PC端、現場顯示、手機APP三種方式對采集的數據進行實時監控。發酵智能監控系統可以綜合分析溫濕度數據和制定規則，與房間內智能控制空調、新風系統和百葉窗等其他設備實現聯動，達到控制溫濕度環境的要求。同時本系統可以通過5G網關，對發酵槽傳送帶的PLC遠程下發指令，實現遠程控制。發酵智能監控系統可與上層工業互聯網平臺對接，數據共享。歷史數據云端存儲，安全且不可遺失，支持5年以上的數據存儲，支持客戶進行數據歷史查詢。隨著數據量的不斷增加，本系統利用大數據技術分析發酵房多點溫度曲線，進而提升酒品質量。白酒入槽轉運裝置是否裝滿采用自主研發的自動入槽系統，融合紅外傳感器、PLC、通信、AI視頻監控等技術，實現了空車及時定位、滿車自動轉運。

4　結束語

科技引領發展，創新成就未來^[5]。數字經濟時代的生產方式、交易方式以及消費方式促進了釀造企業進行數字化轉型和管理模式創新，加快了無人工廠、線上消費的發展，同時也帶來了產品質量、安全保障的迫切需求。本文采用5G和新型關鍵技術改變了釀造企業的傳統發酵模式，給發酵工藝帶來了新的創新發展方向。本項目通過帶5G模塊的傳感器與生產車間物聯網、管理平臺等系統，采集工藝、質量數據，建立數據資源庫，擬合最佳生產工藝參數曲線，實現了生產過程的智能分析、決策、控制和優化，提升了產品質量可控性，改變了依賴傳統的口傳心授、經驗生產的模式，用數字技術提升了產品質量，助推了白酒行業轉型升級。基于5G專網的智慧釀造發酵過程的成熟應用，增強了企業綜合競爭力，推動了釀造行業數字化轉型和創新發展。

作者簡介：

宋永誠（1972-），男，四川成都人，高級工程師，學士，現就職于中國電信股份有限公司四川分公司，研究方向為信息通信建設安全及網絡信息安全。

厲愛霞（1978-），女，西藏拉薩人，工程師，研究生，現就職于中國電信集團有限公司西藏分公司，研究方向為信息通信建設及5G智慧行業應用。

鄧　挺（1984-），男，四川成都人，工程師，學士，現就職于四川公眾項目咨詢管理有限公司西藏分公司，研究方向為5G智慧行業應用及信息網絡安全。（本文通訊作者）

尼瑪旺杰（1980-)，男，西藏拉薩人，工程師，學士，現就職于中國電信集團有限公司西藏分公司，研究方向為5G智慧行業應用及信息網絡安全。

楚豐源（1982-），男，四川成都人，工程師，學士，現就職于中國電信股份有限公司四川分公司，研究方向為通信建設工程管理和安全生產管理。

宋仕斌（1976-），男，四川成都人，高級工程師，學士，現就職于四川公眾項目咨詢管理有限公司西藏分公司，研究方向為5G智慧行業應用及網絡安全。

參考文獻：

[1]宋海鷹,葉銳鋒,岑健,等.智能化生產線的數字孿生設計[J].制造業自動化,2024,46(2):38-41.

[2]李果,李勇.5G在智慧鋼廠中的應用探討[J].長江信息通信,2023,36(12):228-230.

[3]湛紫櫻,魯若愚,丁奕文,等.突破傳統:瀘州老窖"智慧釀造"的創新之路[J].清華管理評論,2022(3):113-120.

[4]張聰芝,陸其剛,陳力,等.智能集成控制及MES系統在功能微生物生產中的應用[J].釀酒科技,2020(10):76-79.

[5]沐春,蒿鳳.中國酒:創新蘊科技釀造見智慧[J].中國酒,2021(3):52-58.

摘自《自動化博覽》2025年8月刊