CN116208959B - 一种基于5g专网的数字化智能制造管理方法及系统 - Google Patents

一种基于5g专网的数字化智能制造管理方法及系统 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种基于5G专网的数字化智能制造管理方法及系统，方法包括构建数字化管理体系，包括信息收集部、事务处理部、事务监管部和资源整合部；根据构建的数字化管理体系定义数字化管理体系各部门的保密等级；根据各部门的保密等级构建内部5G切片专网，在共享统一的核心专网基础设施情况下，对每个部门切片化配置，实现数字化管理。本发明中根据5G专网安全规定系统和采集各部门基础信息构建保密尺度，采用二型模糊预测方法得到部门所处保密等级，提高了保密等级的计算准确性以及整体系统的保密安全性。

Description

一种基于5G专网的数字化智能制造管理方法及系统
技术领域
本发明涉及网络技术通信技术领域，尤其涉及一种基于5G专网的数字化智能制造管理方法及系统。
背景技术
第五代移动通信系统技术和其安全技术的飞速发展 使得5G更加广泛地应用于医疗健康、交通、物联网、制造业、能源、航空航天与国防、政府公共安全、矿业等多种 新型的垂直行业领域。而面向安全性可靠要求更高的各垂直行业，5G网络的安全也自然需要针对性的进一步加强和满足。
现有的网络攻击，包括：攻击者通过伪基站发起大量的接入请求，耗尽网络资源，使网络内正常终端无法接入，造成网络系统的整体瘫痪的接入网DDOS攻击。攻击者网络的功能模块发起非授权范围数据请求与更新，造成行业专网内部隐私数据的泄露甚至篡改的非法窃取篡改攻击，现有技术中通过搭建专用的网络，与公共外网安全隔离开来，对公共外网有害的攻击进行有效的识别与隔离，以保障专网逻辑上的安全，保障行业内部更高的安全性和可靠。
而将5G专网安全隔离技术落于实际产业应用中，目前还缺乏相关的技术开发和系统测试验证。也就是说现有技术还未能从整体上考虑隔离的安全性，也没有针对不同部门的安全保密性要求针对性地部署5G专网，即没有实现5G专网安全隔离技术在实际产业的应用和部署。
发明内容
技术目的：针对现有技术中的缺陷，本发明公开了一种基于5G专网的数字化智能制造管理方法及系统。
技术方案：为实现上述技术目的，本发明采用以下技术方案。
一种基于5G专网的数字化智能制造管理方法，包括以下步骤：
S1、构建数字化管理体系，包括信息收集部、事务处理部、事务监管部和资源整合部；
S2、根据构建的数字化管理体系定义数字化管理体系各部门的保密等级；
S3、根据各部门的保密等级构建内部5G切片专网，在共享统一的核心专网基础设施情况下，对每个部门切片化配置，实现数字化管理。
优选地，所述步骤S2包括：
S21、根据5G专网安全规定系统构建第一保密尺度；采集各部门基础信息构建第二保密尺度，第一保密尺度和第二保密尺度均分为五个等级标尺，建立等级标尺的联合分布；
S22、根据第一保密尺度和第二保密尺度构建二型模糊预测数据集，并进行加权融合：
S23、根据融合分布公式和等级标尺构建相似度矩阵和中心点矩阵，计算两类数据中心点在保密等级标尺投影面中的位置以及保密等级标尺投影面的中心点，根据所述位置及中心点判断得到该部门所处保密等级。
优选地，所述步骤S22包括：根据保密等级评测内容确定5G专网安全规定系统的测评数据、权重和各部门基础信息的测评数据、权重，其中5G专网安全规定系统的测评数据为，/>，权重为/>；各部门基础信息的测评数据为/>，/>，权重为/>；进而构建二型模糊预测数据集/>，表示为：
，
即：
，
结合5G专网安全规定系统和各部门基础信息的权重采用加权融合方式对两类数据进行融合得到融合分布公式：
。
优选地，所述步骤S23中根据所述位置及中心点判断得到该部门所处保密等级包括：若两类数据中心点在保密等级标尺投影面中的位置属于同一保密等级标尺时则默认属于该保密等级，若两类数据中心点在保密等级标尺投影面中的位置不属于同一保密等级标尺时，则判断两类数据中心点与保密等级标尺投影面的中心点之间最短距离，根据最短距离确定保密等级。
优选地，所述步骤S23中相似度矩阵计算公式为：
，
其中，分别表示5G专网安全规定系统的测评数据对应五个等级标尺的相似度，分别表示5G专网安全规定系统的测评数据对应五个等级标尺的中心点；
中心点矩阵计算公式为：
，
其中，分别表示各部门基础信息的测评数据对应五个等级标尺的相似度，分别表示各部门基础信息的测评数据对应五个等级标尺的中心点。
优选地，步骤S3中，采用基于共享无线资源与软硬件础设施构建核心专网，其中每个部门根据对应的保密等级建立该部门的5G切片网络隔离模式，其计算公式为：
其中，/>函数表示从集合中选取/>个元素，/>为部门根据对应的保密等级；表示集合中的五种元素，/>表示终端隔离，/>表示无线接入网隔离，/>表示承载隔离，/>表示核心网隔离，/>表示用户隔离。
优选地，终端隔离表示对接入终端进行物理隔离，对该5G切片网络另外分配独立的物理资源；无线接入网隔离针对无线资源实现逻辑隔离，将无线资源按照不同切片网络的要求按需分配，分配给每个切片网络的资源块是不连续的，多个切片网络共享总的无线资源；承载隔离通过虚拟化局域网标签与切片网络标识的映射实现，每个切片网络具备唯一的切片标识，根据切片标识为不同的切片数据映射封装不同的虚拟化局域网标签，通过虚拟化局域网隔离实现切片的承载隔离；核心网隔离表示在核心网侧同步实现切片网络之间的隔离和切片网络与用户之间的隔离；用户隔离采用基于虚拟化局域网的用户隔离，为使用切片的用户分配不同的账号和权限，每个用户仅能对属于自己的切片进行管理维护，无权对其他用户的切片实施管理。
一种基于5G专网的数字化智能制造管理系统，包括数字化管理体系，所述数字化管理体系包括数字化管理部门、信息收集部、事务处理部、事务监管部和资源整合部，数字化管理部门采用以上任一所述的一种基于5G专网的数字化智能制造管理方法对数字化管理体系中其他部门进行管理。
优选地，所述信息收集部包括物资管理模块、设备管理模块、人员管理模块，事务处理部包括设计管理模块、制作管理模块、成品物流模块、安装管理模块，事务监管部包括技术质量模块、成本与结算管理、安全管理模块，资源整合部包括项目管理模块、变更管理模块、智能管理模块、系统设置模块。
有益效果：
1、本发明通过对不同的部门赋以不同的保密等级，再根据保密等级构建内部5G切片专网，在共享统一的核心专网基础设施情况下，对每个部门切片化配置，实现数字化管理；
2、本发明中根据5G专网安全规定系统和采集各部门基础信息构建保密尺度，采用二型模糊预测方法得到部门所处保密等级，提高了保密等级的计算准确性以及整体系统的保密安全性；
3、本发明中采用终端隔离、无线接入网隔离、承载隔离、核心网隔离、用户隔离等多种方式，根据部门所处保密等级灵活设定各部门的5G切片网络隔离模式，实现了面向不同垂直行业的专网用户的定制化，以保证行业专网用户端到差异化的安全隔离需求。
附图说明
图1为本发明的总方法流程图；
图2为本发明的保密风机构建流程图。
实施方式
以下结合附图对本发明的一种基于5G专网的数字化智能制造管理方法及系统做进一步的说明和解释。
如附图1所示，一种基于5G专网的数字化智能制造管理方法，包括以下步骤：
S1、构建数字化管理体系，包括信息收集部、事务处理部、事务监管部和资源整合部；信息收集部包括物资管理模块、设备管理模块、人员管理模块，事务处理部包括设计管理模块、制作管理模块、成品物流模块、安装管理模块，事务监管部包括技术质量模块、成本与结算管理、安全管理模块，资源整合部包括项目管理模块、变更管理模块、智能管理模块、系统设置模块；
S2、根据构建的数字化管理体系定义数字化管理体系各部门的保密等级；
如附图1所示，步骤S2包括：
S21、根据5G专网安全规定系统构建第一保密尺度；采集各部门基础信息构建第二保密尺度，第一保密尺度和第二保密尺度均分为五个等级标尺，等级标尺的信度分布函数的可信度初值设为1，建立等级标尺的联合分布；
S22、根据第一保密尺度和第二保密尺度构建二型模糊预测数据集，并进行加权融合：
根据保密等级评测内容确定5G专网安全规定系统的测评数据、权重和各部门基础信息的测评数据、权重，其中5G专网安全规定系统的测评数据为，/>，m为5G专网安全规定系统的测评数据总数，权重为/>；各部门基础信息的测评数据为/>，/>，n为各部门基础信息的测评数据总数，权重为/>；进而构建二型模糊预测数据集，表示为：
，
即：
其中，为二型模糊预测的5G专网安全规定系统的测评数据集合，/>为二型模糊预测的各部门基础信息的测评数据集合。
结合5G专网安全规定系统和各部门基础信息的权重采用加权融合方式对两类数据进行融合得到融合分布公式：
，
在本发明的一些实施例中，5G专网安全规定系统的测评数据、权重如表格1所示，各部门基础信息的测评数据、权重如表格2所示：
表格1 5G专网安全规定系统的测评数据、权重
表格2 各部门基础信息的测评数据、权重
S23、根据融合分布公式和等级标尺构建相似度矩阵和中心点矩阵，计算两类数据中心点在保密等级标尺投影面中的位置以及保密等级标尺投影面的中心点，根据所述位置及中心点判断得到该部门所处保密等级；也就是说两类数据中心点在保密等级标尺投影面中的位置属于同一保密等级标尺时则默认属于该保密等级，若两类数据中心点在保密等级标尺投影面中的位置不属于同一保密等级标尺时，则判断两类数据中心点与保密等级标尺投影面的中心点之间最短距离，根据最短距离确定保密等级；
其中，相似度矩阵计算公式为：
（4），
分别表示5G专网安全规定系统的测评数据对应五个等级标尺的相似度，分别表示5G专网安全规定系统的测评数据对应五个等级标尺的中心点，/>、/>、/>、/>、/>为用二型模糊预测数据集表示的5G专网安全规定系统的五个等级标尺；
中心点矩阵计算公式为：
（5），
分别表示各部门基础信息的测评数据对应五个等级标尺的相似度，
分别表示各部门基础信息的测评数据对应五个等级标尺的中心点；/>、/>、/>、/>、/>为用二型模糊预测数据集表示的各部门基础信息的的五个等级标尺。
本发明中根据5G专网安全规定系统和采集各部门基础信息构建保密尺度，采用二型模糊预测方法得到部门所处保密等级，提高了保密等级的计算准确性以及整体系统的保密安全性。
S3、根据各部门的保密等级构建内部5G切片专网，在共享统一的核心专网基础设施情况下，对每个部门切片化配置，实现数字化管理；本发明中采用基于共享无线资源与软硬件础设施构建核心专网，其中每个部门根据对应的保密等级建立该部门的5G切片网络隔离模式，其计算公式为：
，
其中，函数表示从集合中选取/>个元素，/>为部门根据对应的保密等级；表示集合中的五种元素，/>表示终端隔离，/>表示无线接入网隔离，/>表示承载隔离，/>表示核心网隔离，/>表示用户隔离。
本发明通过对不同的部门赋以不同的保密等级，再根据保密等级构建内部5G切片专网，在共享统一的核心专网基础设施情况下，对每个部门切片化配置，实现数字化管理。
本发明中，终端隔离表示对接入终端进行物理隔离，对该5G切片网络另外分配独立的物理资源，确保该切片网络的异常不会影响到其他切片网络；
无线接入网隔离针对无线资源实现逻辑隔离，将无线资源按照不同切片网络的要求按需分配，分配给每个切片网络的资源块是不连续的，多个切片网络共享总的无线资源，进而根据不同切片网络的传输要求，对无线资源块动态调配，提高了无线资源利用率；
承载隔离通过虚拟化局域网标签与切片网络标识的映射实现，每个切片网络具备唯一的切片标识，根据切片标识为不同的切片数据映射封装不同的虚拟化局域网标签，通过虚拟化局域网隔离实现切片的承载隔离；
核心网隔离表示在核心网侧同步实现切片网络之间的隔离和切片网络与用户之间的隔离，核心网基于虚拟化基础设施构建，并且由很多种不同的网络功能构成，有些网络功能为切片专用，有些则在多个切片之间共享，因此在核心网侧的隔离需要采用多重隔离机制；核心网部署架构分为资源层、网络功能层和管理编排层，切片网络之间的隔离通过切片网络对应基础资源层的隔离、网络层的隔离以及管理层隔离的三级隔离方式实现；
用户隔离采用基于虚拟化局域网的用户隔离，为使用切片的用户分配不同的账号和权限，每个用户仅能对属于自己的切片进行管理维护，无权对其他用户的切片实施管理。
本发明中采用终端隔离、无线接入网隔离、承载隔离、核心网隔离、用户隔离等多种方式，根据部门所处保密等级灵活设定各部门的5G切片网络隔离模式，实现了面向不同垂直行业的专网用户的定制化，以保证行业专网用户端到差异化的安全隔离需求。
本发明还公开了一种基于5G专网的数字化智能制造管理系统，包括数字化管理体系，所述数字化管理体系包括数字化管理部门、信息收集部、事务处理部、事务监管部和资源整合部，数字化管理部门采用以上任一所述的一种基于5G专网的数字化智能制造管理方法对数字化管理体系中其他部门进行管理。
所述信息收集部包括物资管理模块、设备管理模块、人员管理模块，事务处理部包括设计管理模块、制作管理模块、成品物流模块、安装管理模块，事务监管部包括技术质量模块、成本与结算管理、安全管理模块，资源整合部包括项目管理模块、变更管理模块、智能管理模块、系统设置模块。
本发明的一些实施例中，各模块功能如下：
项目管理模块：项目立项、基本信息录入、各类可视化报表（领导层）、项目批次（或子项）设定、各类进度计划、年度排产计划、年度及月度产量报表、公司级进度例会用表、项目收付款计划表、成本策划表、实际成本表、各类生产计划单；
设计管理模块：设计资料图纸，转发，接收，发放管理、工程详图设计进度管理、3d建模管理、详图管理、与 Tekla、SolidWorks等接口、远程管控、过程质量控制等等。
技术质量模块：此模块仅针对制作和安装、资料管理、工艺控制、质量过程控制。
制作管理模块：根据不同的加工要求，自动给零件和构件设置不同的加工工艺路径，同时跟踪多车间生产进程、各个工序实时跟踪、周进度管控表、月报量管理、构件位置跟踪，完成构件与BIM系统链接的3D进度模拟功能。
安全管理模块：根据生产和项目特点进行安全交底、培训教育，融合实景监控、 安全出入管理、项目工地监控、公共安全防范、 安全智能监测、安全管理的PDCA功能。
成品物流模块：周进度管控表、各个工序实时跟踪、包装管理、工厂的库位管理、月度报量管理，运输单位确定、发运指令管理、发运清单管理、运输过程跟踪、发运资料管理。
安装管理模块：周进度管控表、现场构件库位管理、安装进度跟踪。
物资管理模块：整合第三方套料软件 （支持多项目套料）材料预算管理、物资采购计划管理、出入库管理、材料进场检验管理、现场库位管理、余料管理、辅材出入库及库存管理、排版管理、材料损耗管理、质保资料管理等等。
成本与结算管理：调研成本及结算工作软件，推进信息化管理，实现项目成本的还原从而输出项目成本改进及建议；在项目签证种类、签证方式方面做到标准化，对竣工未结算项目建立详细的跟进执行报告；梳理结算工作杂项，提高结算及项目考核效率；对项目过程考核数据进行分析，争取能够调动项目团队积极性。对海外项目的商务管理工作进行一定程度的研究，争取输出商务管理意见书，纳入公司商法管控体系。
变更管理模块：构件状态管理、索赔依据管理、变更成本控制、变更过程跟踪、变更闭合。
人员管理模块：生产系统中涉及人员管理、人员调动、人员产量管理、人员工作资格证等管理。
设备管理模块：与焊机联网接口、与数控设备接口、运转状态管理、程序传输管理。
智能管理模块：自动计算每种构件类型的优化工期、自动从模型里导出数据进行加工生产任务量的计算；能够分析各班组的加工能力和质量水平。
系统设置模块：能够进行各种字段设置，能够自定义新流程等，以及其他满足系统运转的或设置的必要功能。
以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出：对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。

Claims (3)

1.一种基于5G专网的数字化智能制造管理方法，其特征在于，包括以下步骤：
S1、构建数字化管理体系，包括信息收集部、事务处理部、事务监管部和资源整合部；
S2、根据构建的数字化管理体系定义数字化管理体系各部门的保密等级；
S3、根据各部门的保密等级构建内部5G切片专网，在共享统一的核心专网基础设施情况下，对每个部门切片化配置，实现数字化管理；
所述步骤S2包括以下步骤：
S21、根据5G专网安全规定系统构建第一保密尺度；采集各部门基础信息构建第二保密尺度，第一保密尺度和第二保密尺度均分为五个等级标尺，建立等级标尺的联合分布；
S22、根据第一保密尺度和第二保密尺度构建二型模糊预测数据集，并进行加权融合；
S23、根据融合分布公式和等级标尺构建相似度矩阵和中心点矩阵，计算两类数据中心点在保密等级标尺投影面中的位置以及保密等级标尺投影面的中心点，根据所述位置及中心点判断得到该部门所处保密等级；
所述步骤S22包括：根据保密等级评测内容确定5G专网安全规定系统的测评数据、权重和各部门基础信息的测评数据、权重，其中5G专网安全规定系统的测评数据为，，m为5G专网安全规定系统的测评数据总数，权重为/>；各部门基础信息的测评数据为/>，/>，n为各部门基础信息的测评数据总数，权重为/>；进而构建二型模糊预测数据集/>，表示为：
；即：
；
结合5G专网安全规定系统和各部门基础信息的权重采用加权融合方式对两类数据进行融合得到融合分布公式：
；
所述步骤S23中根据所述位置及中心点判断得到该部门所处保密等级包括：若两类数据中心点在保密等级标尺投影面中的位置属于同一保密等级标尺时则默认属于该保密等级，若两类数据中心点在保密等级标尺投影面中的位置不属于同一保密等级标尺时，则判断两类数据中心点与保密等级标尺投影面的中心点之间最短距离，根据最短距离确定保密等级；
所述步骤S23中相似度矩阵计算公式为：
；
其中， 分别表示5G专网安全规定系统的测评数据对应五个等级标尺的相似度， 分别表示5G专网安全规定系统的测评数据对应五个等级标尺的中心点，/>、/>、/>、/>、/>为用二型模糊预测数据集表示的5G专网安全规定系统的五个等级标尺；
中心点矩阵计算公式为：
；
其中，分别表示各部门基础信息的测评数据对应五个等级标尺的相似度，分别表示各部门基础信息的测评数据对应五个等级标尺的中心点；/>、/>、/>、/>、/>为用二型模糊预测数据集表示的各部门基础信息的的五个等级标尺；
步骤S3中，采用基于共享无线资源与软硬件础设施构建核心专网，其中每个部门根据对应的保密等级建立该部门的5G切片网络隔离模式，其计算公式为：
其中，/>函数表示从集合中选取/>个元素，/>为部门根据对应的保密等级；表示集合中的五种元素，/>表示终端隔离，/>表示无线接入网隔离，/>表示承载隔离，/>表示核心网隔离，/>表示用户隔离；
终端隔离表示对接入终端进行物理隔离，对该5G切片网络另外分配独立的物理资源；无线接入网隔离针对无线资源实现逻辑隔离，将无线资源按照不同切片网络的要求按需分配，分配给每个切片网络的资源块是不连续的，多个切片网络共享总的无线资源；承载隔离通过虚拟化局域网标签与切片网络标识的映射实现，每个切片网络具备唯一的切片标识，根据切片标识为不同的切片数据映射封装不同的虚拟化局域网标签，通过虚拟化局域网隔离实现切片的承载隔离；核心网隔离表示在核心网侧同步实现切片网络之间的隔离和切片网络与用户之间的隔离；用户隔离采用基于虚拟化局域网的用户隔离，为使用切片的用户分配不同的账号和权限，每个用户仅能对属于自己的切片进行管理维护，无权对其他用户的切片实施管理。
2.一种基于5G专网的数字化智能制造管理系统，其特征在于：包括数字化管理体系，所述数字化管理体系包括数字化管理部门、信息收集部、事务处理部、事务监管部和资源整合部，数字化管理部门采用如权利要求1所述的一种基于5G专网的数字化智能制造管理方法对数字化管理体系中其他部门进行管理。
3.根据权利要求2所述的一种基于5G专网的数字化智能制造管理系统，其特征在于：所述信息收集部包括物资管理模块、设备管理模块、人员管理模块，事务处理部包括设计管理模块、制作管理模块、成品物流模块、安装管理模块，事务监管部包括技术质量模块、成本与结算管理、安全管理模块，资源整合部包括项目管理模块、变更管理模块、智能管理模块、系统设置模块。
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