5G與工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)融合應(yīng)用的思考

從5G第一版本標(biāo)準(zhǔn)發(fā)布之后，5G與工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)融合應(yīng)用就成為了社會(huì)上討論的熱點(diǎn)。其實(shí)在5G技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)制定初期，工業(yè)應(yīng)用就是5G需求研究的重點(diǎn)，低時(shí)延高可靠的uRLLC技術(shù)的時(shí)延和可靠性指標(biāo)就是為了滿足工業(yè)實(shí)時(shí)控制、無人駕駛等應(yīng)用而制定的。在5G設(shè)備預(yù)商用之后，國內(nèi)外運(yùn)營商和通信設(shè)備商紛紛與工業(yè)企業(yè)開展合作，建立了一系列的5G應(yīng)用創(chuàng)新研究中心，開展了大量的5G與工業(yè)融合應(yīng)用的研究和試驗(yàn)。目前，全國已形成5個(gè)企業(yè)內(nèi)5G網(wǎng)絡(luò)化改造及推廣服務(wù)平臺(tái)，三大運(yùn)營商也已形成了幾十個(gè)5G應(yīng)用創(chuàng)新中心或?qū)嶒?yàn)室，并涌現(xiàn)出一大批5G與工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)融合明星企業(yè)，如上海飛機(jī)制造有限公司、青島港、三一重工、格力、南方電網(wǎng)等。

5G成為工業(yè)轉(zhuǎn)型升級(jí)不可或缺的支撐技術(shù)

步入工業(yè)4.0時(shí)代，工業(yè)企業(yè)都面臨著個(gè)性化生產(chǎn)及服務(wù)化轉(zhuǎn)型的挑戰(zhàn)。5G作為新一代移動(dòng)通信系統(tǒng)，其百兆以上的傳輸速率、毫秒級(jí)時(shí)延、5~6個(gè)9的可靠性，保證其能夠與工業(yè)各環(huán)節(jié)融合，為工業(yè)企業(yè)提供了產(chǎn)線柔性化、生產(chǎn)智能化的工具，也提供了工業(yè)企業(yè)自身與用戶、供應(yīng)鏈等聯(lián)系的手段，推動(dòng)工業(yè)向智能化、服務(wù)化、高端化轉(zhuǎn)型。

一方面，5G技術(shù)使工業(yè)企業(yè)生產(chǎn)模式和組織方式發(fā)生變革。通過5G技術(shù)實(shí)現(xiàn)人員、設(shè)備及環(huán)境的全方位互聯(lián)及生產(chǎn)設(shè)備的遠(yuǎn)程實(shí)時(shí)控制，促使工業(yè)生產(chǎn)向著無人化、網(wǎng)絡(luò)化、智能化和協(xié)同化方向發(fā)展。如青島港利用5G實(shí)現(xiàn)岸橋吊車遠(yuǎn)程操作，能同時(shí)滿足遠(yuǎn)程操作所需的20ms端到端時(shí)延和30路高清視頻回傳需求，實(shí)現(xiàn)一個(gè)人遠(yuǎn)程操作四臺(tái)岸橋吊車，不但有效地改善了員工的工作環(huán)境，還節(jié)省75%的人力成本，有力地推動(dòng)了無人碼頭的實(shí)現(xiàn);杭汽輪利用5G+3D建模實(shí)現(xiàn)產(chǎn)品質(zhì)量智能化檢測，滿足了三維掃描儀100Mbps圖像上傳需求，將發(fā)動(dòng)機(jī)葉片質(zhì)量檢查時(shí)間由小時(shí)級(jí)降低到分鐘級(jí)，推動(dòng)葉片質(zhì)量檢查由抽檢模式改為全檢模式，并且將供應(yīng)鏈中產(chǎn)品零件的入庫檢測改成供貨商出廠遠(yuǎn)程檢測，實(shí)現(xiàn)了供應(yīng)鏈的實(shí)時(shí)協(xié)同，減少零件生產(chǎn)返工，保障各工序有效快速開展，整體效率提升20%。

另一方面，5G技術(shù)促使工業(yè)企業(yè)的生產(chǎn)經(jīng)營模式發(fā)生變革。通過5G技術(shù)與自身產(chǎn)品的結(jié)合，使得工業(yè)企業(yè)獲得了與客戶交互的入口，通過對(duì)產(chǎn)品狀態(tài)的全方位監(jiān)測或控制，為客戶提供更有針對(duì)性的個(gè)性化服務(wù)，推動(dòng)了工業(yè)企業(yè)從生產(chǎn)型企業(yè)向服務(wù)型企業(yè)的轉(zhuǎn)型升級(jí)。如廣西柳工利用5G+MEC的19ms左右端到端時(shí)延及100Mbps上傳能力實(shí)現(xiàn)高效低時(shí)延的裝載機(jī)遠(yuǎn)程控制及作業(yè)環(huán)境監(jiān)控，從而使其從賣設(shè)備這一單一的商業(yè)模式變成了多種商業(yè)模式，一方面其可以采用租借設(shè)備方式向客戶提供服務(wù)，即客戶無需購買設(shè)備，只需要按照使用設(shè)備的時(shí)長進(jìn)行繳費(fèi);另一方面可以通過收集設(shè)備的相關(guān)信息，比如車輛狀況、車輛工作時(shí)限、設(shè)備故障頻率等數(shù)據(jù)，為客戶提供增值服務(wù)，如定期更換配件、定期保養(yǎng)提醒等，實(shí)現(xiàn)企業(yè)從設(shè)備制造商向服務(wù)提供商轉(zhuǎn)型。

我國開展頂層布局，形成政策和產(chǎn)業(yè)雙重驅(qū)動(dòng)

我國高度重視5G與工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)融合發(fā)展。2017年11月，國務(wù)院印發(fā)《關(guān)于深化“互聯(lián)網(wǎng)+先進(jìn)制造業(yè)”發(fā)展工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)的指導(dǎo)意見》中，明確將5G列為工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)設(shè)施，并提出開展5G面向工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用的網(wǎng)絡(luò)技術(shù)試驗(yàn)，協(xié)同推進(jìn)5G在工業(yè)企業(yè)的應(yīng)用部署。

2019年8月，工業(yè)和信息化部在上海飛機(jī)制造有限公司召開“5G+工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)”全國現(xiàn)場工作會(huì)議，提出“5G+工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)”512工程，加強(qiáng)試點(diǎn)示范、應(yīng)用普及、培育解決方案供應(yīng)商，加快“5G+工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)”在全國推廣普及。2019年工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)創(chuàng)新發(fā)展工程中設(shè)置工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)企業(yè)內(nèi)5G網(wǎng)絡(luò)化改造及推廣服務(wù)平臺(tái)項(xiàng)目，支持5家國內(nèi)工業(yè)企業(yè)及聯(lián)合體開展5G內(nèi)網(wǎng)部署模式、應(yīng)用孵化推廣、對(duì)外公共服務(wù)等方面開展探索。

同時(shí)我國還以5G應(yīng)用產(chǎn)業(yè)方陣和工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)產(chǎn)業(yè)聯(lián)盟為跨界合作交流平臺(tái)，以“綻放杯”5G應(yīng)用征集大賽為抓手推動(dòng)5G向工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)領(lǐng)域滲透。

工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)產(chǎn)業(yè)聯(lián)盟制定并發(fā)布了汽車制造、家電制造、電子制造等領(lǐng)域的5G應(yīng)用場景及需求白皮書，開展智能電網(wǎng)5G網(wǎng)絡(luò)及切片應(yīng)用、基于5G網(wǎng)絡(luò)連接的工業(yè)智能化巡檢、基于5G和人工智能的產(chǎn)品質(zhì)量實(shí)時(shí)檢測和優(yōu)化等多個(gè)5G與工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)測試床項(xiàng)目。5G應(yīng)用產(chǎn)業(yè)方陣的行業(yè)應(yīng)用組已分別在工業(yè)、智能電網(wǎng)、醫(yī)療等領(lǐng)域成立跨行業(yè)研究子組，開展5G應(yīng)用解決方案等研究工作，并針對(duì)5G在工業(yè)應(yīng)用落地中面臨的關(guān)鍵技術(shù)問題成立了5G 邊緣計(jì)算MEC及5G小基站等共性技術(shù)組開展相關(guān)的研究，預(yù)計(jì)今年年底或明年將發(fā)布相關(guān)白皮書并開展相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)的制定工作。

第二屆“綻放杯”5G應(yīng)用征集大賽專門設(shè)置了智慧工業(yè)賽道，全國共征集到來自北京、上海、廣東、成都、浙江等地區(qū)的100多個(gè)申報(bào)項(xiàng)目，項(xiàng)目涉及AGV導(dǎo)航、AR巡檢、無人機(jī)管控、視覺識(shí)別、數(shù)據(jù)分析、無人駕駛等眾多應(yīng)用領(lǐng)域。經(jīng)過評(píng)審篩選后，共19家企業(yè)入圍本次“智慧工業(yè)”專題賽決賽。

我國企業(yè)積極開展落地實(shí)踐，形成工業(yè)各環(huán)節(jié)全面探索格局

我國在5G與工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)融合應(yīng)用實(shí)踐方面積極開展探索，在研發(fā)、生產(chǎn)及運(yùn)維的各個(gè)環(huán)節(jié)的典型應(yīng)用場景下，已經(jīng)能初步看到5G帶來的經(jīng)濟(jì)效益及價(jià)值。

在研發(fā)設(shè)計(jì)環(huán)節(jié)，5G與VR/AR技術(shù)結(jié)合，可實(shí)現(xiàn)多方遠(yuǎn)程虛擬協(xié)同設(shè)計(jì)，有效地解決了異地研發(fā)人員溝通困難、成本高昂等問題。如海爾公司利用5G+VR/AR實(shí)現(xiàn)家電產(chǎn)品的異地研發(fā)協(xié)作，使不同地區(qū)的研發(fā)中心員工可以同時(shí)在線對(duì)產(chǎn)品問題進(jìn)行研討，有效地提升了溝通效率，節(jié)省了出差成本。

在生產(chǎn)環(huán)節(jié)，5G與超高清視頻、傳感器、控制系統(tǒng)等結(jié)合可以使工業(yè)企業(yè)實(shí)現(xiàn)對(duì)設(shè)備的遠(yuǎn)程操作、生產(chǎn)過程實(shí)時(shí)監(jiān)測、設(shè)備的預(yù)測性維護(hù)等，有效提升了生產(chǎn)效率、改善了員工的工作條件。如三一重工的5G智能網(wǎng)聯(lián)AGV將實(shí)時(shí)采集的視頻數(shù)據(jù)、激光雷達(dá)及其他傳感器數(shù)據(jù)通過5G傳輸?shù)組EC的視覺傳感服務(wù)進(jìn)行視頻實(shí)時(shí)計(jì)算，并與多傳感器上傳數(shù)據(jù)融合，為AGV提供智能決策，使得AGV具備實(shí)時(shí)感知、智慧決策的能力，改變了傳統(tǒng)AGV需根據(jù)生產(chǎn)環(huán)境的不同定制不同配置的限制，大大節(jié)省了AGV生產(chǎn)成本。我國上海飛機(jī)制造有限公司將5G+AR技術(shù)應(yīng)用到工業(yè)裝配領(lǐng)域，借助5G使AR終端在10ms以內(nèi)實(shí)時(shí)與云端數(shù)據(jù)交互，實(shí)現(xiàn)線纜連接器插頭快速定位與追蹤，有效解決了每個(gè)插頭幾十個(gè)甚至上百個(gè)插孔和導(dǎo)線的適配問題，實(shí)現(xiàn)快速裝配，并保障對(duì)裝配過程的關(guān)鍵步驟的全流程質(zhì)量追溯，不但使裝配效率提升70%，且大大降低了操作人員成本。

在運(yùn)維服務(wù)環(huán)節(jié)，一方面5G與超高清的結(jié)合可以使設(shè)備巡檢情況實(shí)時(shí)傳到云端識(shí)別，提升了設(shè)備巡檢質(zhì)量和效率。另一方面5G與專家系統(tǒng)的結(jié)合帶來專家遠(yuǎn)程實(shí)時(shí)在場指導(dǎo)的業(yè)務(wù)體驗(yàn)，能將設(shè)備維修時(shí)間由數(shù)天縮短至數(shù)小時(shí)。如華為聯(lián)手荷蘭運(yùn)營商KPN、ABB等企業(yè)在鹿特丹殼牌煉油廠利用小型5G工業(yè)機(jī)器人來檢測石油和天然氣的線路，其利用超高清攝像機(jī)檢測管道區(qū)，并通過數(shù)字工廠腐蝕分析平臺(tái)對(duì)實(shí)時(shí)管道數(shù)據(jù)進(jìn)行處理，可識(shí)別高風(fēng)險(xiǎn)腐蝕區(qū)并確定最佳糾正措施，避免每天100個(gè)因?yàn)殄e(cuò)誤估計(jì)地下管道位置而導(dǎo)致管道破損的事件。我國廣西玉柴公司利用5G+AR/VR實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程運(yùn)維服務(wù)，使得一線作業(yè)人員通過AR終端通過5G與遠(yuǎn)方指揮中心的專家進(jìn)行實(shí)時(shí)的雙向音視頻通話，采集現(xiàn)場圖像信息的同時(shí)，指揮中心可以對(duì)一線運(yùn)維人員進(jìn)行指導(dǎo)，不但有效解決了專家資源稀缺問題，還使平均運(yùn)維響應(yīng)時(shí)間提前30小時(shí)。

5G與工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)融合應(yīng)用還需要突破基礎(chǔ)設(shè)施及商業(yè)模式等多重限制

5G與工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)融合應(yīng)用雖然對(duì)工業(yè)轉(zhuǎn)型升級(jí)起到重要作用，且應(yīng)用前景廣闊，但本身的發(fā)展受到一定因素制約，還需要花一段時(shí)間來實(shí)現(xiàn)大規(guī)模推廣落地。

第一，目前我國很多企業(yè)尚處于由工業(yè)2.0向工業(yè)3.0過渡的階段，生產(chǎn)設(shè)備及產(chǎn)線很多還沒有完成數(shù)字化改造，在利用5G改造工業(yè)之前需要完成裝備和生產(chǎn)線的數(shù)字化，這不但導(dǎo)致了工業(yè)企業(yè)對(duì)5G應(yīng)用的需求受限，而且也使的5G與工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)融合應(yīng)用部署會(huì)相應(yīng)延后。

第二，目前全球及我國5G與工業(yè)融合都處于起步階段，運(yùn)營商并沒有工廠內(nèi)5G網(wǎng)絡(luò)部署及運(yùn)維經(jīng)驗(yàn)，商業(yè)模式、合作方式等也不是特別清晰，這大大延緩了運(yùn)營商在工廠內(nèi)的部署5G網(wǎng)絡(luò)的進(jìn)度，也直接導(dǎo)致5G融合應(yīng)用的落地推廣困難。

我國5G與工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)融合應(yīng)用尚需構(gòu)建融合研發(fā)及應(yīng)用生態(tài)

5G與工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)融合正處在從初期探索走向規(guī)模應(yīng)用關(guān)鍵階段，我國目前處于融合應(yīng)用探索的第一梯隊(duì)，要想保持這個(gè)優(yōu)勢，還需要從以下幾方面的開展工作。

第一，鼓勵(lì)行業(yè)龍頭企業(yè)、科研機(jī)構(gòu)、通信企業(yè)聯(lián)合開展5G與工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用及產(chǎn)品的研發(fā)工作，可以通過建立跨界應(yīng)用創(chuàng)新中心、產(chǎn)品研發(fā)中心等方式進(jìn)行，中小企業(yè)借助創(chuàng)新中心資源開展5G應(yīng)用解決方案研發(fā)和集成服務(wù)，形成一大批云服務(wù)或集成服務(wù)商。

第二，持續(xù)推動(dòng)“綻放杯”5G應(yīng)用大賽，激發(fā)社會(huì)創(chuàng)新熱情，同時(shí)推動(dòng)5G與工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)融合示范區(qū)建設(shè)，實(shí)現(xiàn)創(chuàng)新應(yīng)用示范的落地。

引導(dǎo)社會(huì)資金加大5G與工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)融合產(chǎn)業(yè)的投入，發(fā)揮國家專項(xiàng)資金的撬動(dòng)作用，積極引導(dǎo)各類投資基金、銀行信貸向5G與工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)融合領(lǐng)域傾斜，扶持中小微企業(yè)開展5G融合產(chǎn)品及應(yīng)用的研發(fā)。