5G与工业互联网融合应用的思考

从5G第一版本标准发布之后，5G与工业互联网融合应用就成为了社会上讨论的热点。其实在5G技术标准制定初期，工业应用就是5G需求研究的重点，低时延高可靠的uRLLC技术的时延和可靠性指标就是为了满足工业实时控制、无人驾驶等应用而制定的。在5G设备预商用之后，国内外运营商和通信设备商纷纷与工业企业开展合作，建立了一系列的5G应用创新研究中心，开展了大量的5G与工业融合应用的研究和试验。目前，全国已形成5个企业内5G网络化改造及推广服务平台，三大运营商也已形成了几十个5G应用创新中心或实验室，并涌现出一大批5G与工业互联网融合明星企业，如上海飞机制造有限公司、青岛港、三一重工、格力、南方电网等。

一、5G成为工业转型升级不可或缺的支撑技术

步入工业4.0时代，工业企业都面临着个性化生产及服务化转型的挑战。5G作为新一代移动通信系统，其百兆以上的传输速率、毫秒级时延、5~6个9的可靠性，保证其能够与工业各环节融合，为工业企业提供了产线柔性化、生产智能化的工具，也提供了工业企业自身与用户、供应链等联系的手段，推动工业向智能化、服务化、高端化转型。

一方面，5G技术使工业企业生产模式和组织方式发生变革。通过5G技术实现人员、设备及环境的全方位互联及生产设备的远程实时控制，促使工业生产向着无人化、网络化、智能化和协同化方向发展。如青岛港利用5G实现岸桥吊车远程操作，能同时满足远程操作所需的20ms端到端时延和30路高清视频回传需求，实现一个人远程操作四台岸桥吊车，不但有效地改善了员工的工作环境，还节省75%的人力成本，有力地推动了无人码头的实现；杭汽轮利用5G+3D建模实现产品质量智能化检测，满足了三维扫描仪100Mbps图像上传需求，将发动机叶片质量检查时间由小时级降低到分钟级，推动叶片质量检查由抽检模式改为全检模式，并且将供应链中产品零件的入库检测改成供货商出厂远程检测，实现了供应链的实时协同，减少零件生产返工，保障各工序有效快速开展，整体效率提升20%。

另一方面，5G技术促使工业企业的生产经营模式发生变革。通过5G技术与自身产品的结合，使得工业企业获得了与客户交互的入口，通过对产品状态的全方位监测或控制，为客户提供更有针对性的个性化服务，推动了工业企业从生产型企业向服务型企业的转型升级。如广西柳工利用5G+MEC的19ms左右端到端时延及100Mbps上传能力实现高效低时延的装载机远程控制及作业环境监控，从而使其从卖设备这一单一的商业模式变成了多种商业模式，一方面其可以采用租借设备方式向客户提供服务，即客户无需购买设备，只需要按照使用设备的时长进行缴费；另一方面可以通过收集设备的相关信息，比如车辆状况、车辆工作时限、设备故障频率等数据，为客户提供增值服务，如定期更换配件、定期保养提醒等，实现企业从设备制造商向服务提供商转型。

二、我国开展顶层布局，形成政策和产业双重驱动

我国高度重视5G与工业互联网融合发展。2017年11月，国务院印发《关于深化“互联网+先进制造业”发展工业互联网的指导意见》中，明确将5G列为工业互联网网络基础设施，并提出开展5G面向工业互联网应用的网络技术试验，协同推进5G在工业企业的应用部署。

2019年8月，工业和信息化部在上海飞机制造有限公司召开“5G+工业互联网”全国现场工作会议，提出“5G+工业互联网”512工程，加强试点示范、应用普及、培育解决方案供应商，加快“5G+工业互联网”在全国推广普及。2019年工业互联网创新发展工程中设置工业互联网企业内5G网络化改造及推广服务平台项目，支持5家国内工业企业及联合体开展5G内网部署模式、应用孵化推广、对外公共服务等方面开展探索。

同时我国还以5G应用产业方阵和工业互联网产业联盟为跨界合作交流平台，以“绽放杯”5G应用征集大赛为抓手推动5G向工业互联网领域渗透。

工业互联网产业联盟制定并发布了汽车制造、家电制造、电子制造等领域的5G应用场景及需求白皮书，开展智能电网5G网络及切片应用、基于5G网络连接的工业智能化巡检、基于5G和人工智能的产品质量实时检测和优化等多个5G与工业互联网测试床项目。5G应用产业方阵的行业应用组已分别在工业、智能电网、医疗等领域成立跨行业研究子组，开展5G应用解决方案等研究工作，并针对5G在工业应用落地中面临的关键技术问题成立了5G 边缘计算MEC及5G小基站等共性技术组开展相关的研究，预计今年年底或明年将发布相关白皮书并开展相关标准的制定工作。

第二届“绽放杯”5G应用征集大赛专门设置了智慧工业赛道，全国共征集到来自北京、上海、广东、成都、浙江等地区的100多个申报项目，项目涉及AGV导航、AR巡检、无人机管控、视觉识别、数据分析、无人驾驶等众多应用领域。经过评审筛选后，共19家企业入围本次“智慧工业”专题赛决赛。

三、我国企业积极开展落地实践，形成工业各环节全面探索格局

我国在5G与工业互联网融合应用实践方面积极开展探索，在研发、生产及运维的各个环节的典型应用场景下，已经能初步看到5G带来的经济效益及价值。

在研发设计环节，5G与VR/AR技术结合，可实现多方远程虚拟协同设计，有效地解决了异地研发人员沟通困难、成本高昂等问题。如海尔公司利用5G+VR/AR实现家电产品的异地研发协作，使不同地区的研发中心员工可以同时在线对产品问题进行研讨，有效地提升了沟通效率，节省了出差成本。

在生产环节，5G与超高清视频、传感器、控制系统等结合可以使工业企业实现对设备的远程操作、生产过程实时监测、设备的预测性维护等，有效提升了生产效率、改善了员工的工作条件。如三一重工的5G智能网联AGV将实时采集的视频数据、激光雷达及其他传感器数据通过5G传输到MEC的视觉传感服务进行视频实时计算，并与多传感器上传数据融合，为AGV提供智能决策，使得AGV具备实时感知、智慧决策的能力，改变了传统AGV需根据生产环境的不同定制不同配置的限制，大大节省了AGV生产成本。我国上海飞机制造有限公司将5G+AR技术应用到工业装配领域，借助5G使AR终端在10ms以内实时与云端数据交互，实现线缆连接器插头快速定位与追踪，有效解决了每个插头几十个甚至上百个插孔和导线的适配问题，实现快速装配，并保障对装配过程的关键步骤的全流程质量追溯，不但使装配效率提升70%，且大大降低了操作人员成本。

在运维服务环节，一方面5G与超高清的结合可以使设备巡检情况实时传到云端识别，提升了设备巡检质量和效率。另一方面5G与专家系统的结合带来专家远程实时在场指导的业务体验，能将设备维修时间由数天缩短至数小时。如华为联手荷兰运营商KPN、ABB等企业在鹿特丹壳牌炼油厂利用小型5G工业机器人来检测石油和天然气的线路，其利用超高清摄像机检测管道区，并通过数字工厂腐蚀分析平台对实时管道数据进行处理，可识别高风险腐蚀区并确定最佳纠正措施，避免每天100个因为错误估计地下管道位置而导致管道破损的事件。我国广西玉柴公司利用5G+AR/VR实现远程运维服务，使得一线作业人员通过AR终端通过5G与远方指挥中心的专家进行实时的双向音视频通话，采集现场图像信息的同时，指挥中心可以对一线运维人员进行指导，不但有效解决了专家资源稀缺问题，还使平均运维响应时间提前30小时。

四、5G与工业互联网融合应用还需要突破基础设施及商业模式等多重限制

5G与工业互联网融合应用虽然对工业转型升级起到重要作用，且应用前景广阔，但本身的发展受到一定因素制约，还需要花一段时间来实现大规模推广落地。

第一，目前我国很多企业尚处于由工业2.0向工业3.0过渡的阶段，生产设备及产线很多还没有完成数字化改造，在利用5G改造工业之前需要完成装备和生产线的数字化，这不但导致了工业企业对5G应用的需求受限，而且也使的5G与工业互联网融合应用部署会相应延后。

第二，目前全球及我国5G与工业融合都处于起步阶段，运营商并没有工厂内5G网络部署及运维经验，商业模式、合作方式等也不是特别清晰，这大大延缓了运营商在工厂内的部署5G网络的进度，也直接导致5G融合应用的落地推广困难。

五、我国5G与工业互联网融合应用尚需构建融合研发及应用生态

5G与工业互联网融合正处在从初期探索走向规模应用关键阶段，我国目前处于融合应用探索的第一梯队，要想保持这个优势，还需要从以下几方面的开展工作。

第一，鼓励行业龙头企业、科研机构、通信企业联合开展5G与工业互联网应用及产品的研发工作，可以通过建立跨界应用创新中心、产品研发中心等方式进行，中小企业借助创新中心资源开展5G应用解决方案研发和集成服务，形成一大批云服务或集成服务商。

第二，持续推动“绽放杯”5G应用大赛，激发社会创新热情，同时推动5G与工业互联网融合示范区建设，实现创新应用示范的落地。

引导社会资金加大5G与工业互联网融合产业的投入，发挥国家专项资金的撬动作用，积极引导各类投资基金、银行信贷向5G与工业互联网融合领域倾斜，扶持中小微企业开展5G融合产品及应用的研发。

作者简介

杜家懂，中国信息通信研究院技术与标准研究所5G应用创新中心副主任，高级工程师。

联系方式：dujiadong@caict.ac.cn

文章来源：中国信息通信研究院CAICT