賦能工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)5G助力制造業(yè)高質量發(fā)展

1、賦能工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)5G助力制造業(yè)高質量發(fā) 展作者：暫無來源：上海信息化2020年第3期文/鄭茂寬5G獨有的技術優(yōu)勢能夠切實滿足工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)組網(wǎng)需求，增強產(chǎn)業(yè)供給能力，為工業(yè)互聯(lián)網(wǎng) 跨越式發(fā)展提供堅實的技術保障。近年來，我國產(chǎn)業(yè)界以創(chuàng)新發(fā)展為動力，堅持企業(yè)主體與政 府引導、自主創(chuàng)新與開放合作相結合，加快推動5G、工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)的研發(fā)和產(chǎn)業(yè)化。在政產(chǎn)學研 用各方努力下，上海在“5G+工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)”領域率先發(fā)力，不斷突破，融合成效初顯，發(fā)展前景 廣闊。工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)是第四次工業(yè)革命的關鍵支撐，5G是新一代信息通信技術演進升級的重要方向， 二者皆為實現(xiàn)經(jīng)濟社會數(shù)字化轉型的重要驅動力量。5G與工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)的融合創(chuàng)新發(fā)展，

2、將推動 制造業(yè)從單點、局部的信息技術應用向數(shù)字化、網(wǎng)絡化、智能化轉變，也為5G開辟更為廣闊的 市場空間，從而有力支撐制造強國、網(wǎng)絡強國建設。當前，我國產(chǎn)業(yè)界推進5G與工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)融合創(chuàng)新的積極性不斷提升，“5G+工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)” 內(nèi)網(wǎng)建設改造覆蓋的行業(yè)領域日趨廣泛，應用范圍向生產(chǎn)制造核心環(huán)節(jié)持續(xù)延伸，疊加倍增效 應和巨大應用潛力不斷釋放但同時也應認識到：5G與工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)融合創(chuàng)新仍處于起步期， 產(chǎn)業(yè)基礎有待進一步夯實，路徑模式有待進一步探索，發(fā)展環(huán)境有待進一步完善。5G：制造業(yè)創(chuàng)新發(fā)展的使能技術習近平總書記強調(diào)，“我國是個大國，必須發(fā)展實體經(jīng)濟，不斷推進工業(yè)現(xiàn)代化、提高制 造業(yè)水平”。制造業(yè)是實體經(jīng)濟

3、的主體，振興實體經(jīng)濟重在做大做強制造業(yè)。2019年，中央經(jīng) 濟工作會議把推動制造業(yè)高質量發(fā)展，列為2019年七項重大工作任務之首，明確提出要加大制 造業(yè)的技術改造和設備更新，加快5G商用步伐，加快人工智能、工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)、物聯(lián)網(wǎng)等新型基 礎設施建設。5G的高速率、低時延、海量連接等優(yōu)勢特性能夠滿足工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)連接多樣性、性能差異化 以及通信多樣化的網(wǎng)絡需求，顯著增強工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)產(chǎn)業(yè)供給能力，為工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)跨越發(fā)展提供 堅實的技術保障，全面支撐工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)新業(yè)務、新模式創(chuàng)新發(fā)展。5G TSN （時間敏感網(wǎng)絡）技術通過高精度時間同步，實現(xiàn)工廠內(nèi)無線TSN，保障工業(yè)互聯(lián) 網(wǎng)業(yè)務端到端的低時延。5G網(wǎng)絡切片技術支

4、持多業(yè)務場景、多服務、高質量、多用戶、多行業(yè) 的隔離和保護。5G高頻和多天線技術支持工廠內(nèi)的精準定位和高寬帶通信，大幅提高遠程操控 領域的操作精度。5G邊緣計算加速工業(yè)IT及OT （工業(yè)控制）網(wǎng)絡融合，通過邊緣數(shù)據(jù)處理、 跟蹤及聚合能力的增強，提升工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)業(yè)務高可靠、低時延等性能指標，優(yōu)化資源共享和用 戶體驗。基于5G技術的工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)新產(chǎn)品、新模式、新業(yè)態(tài)，將顯著降低企業(yè)運營成本，提高生產(chǎn) 效率、優(yōu)化制造資源配置，提升產(chǎn)品高端化、裝備高端化、生產(chǎn)智能化水平，推動制造業(yè)實現(xiàn) 質量效益提高、產(chǎn)業(yè)結構優(yōu)化、發(fā)展方式轉變、增長動力轉換，為建設現(xiàn)代化經(jīng)濟體系提供有 力保障。5G與人工智能、云計算和大數(shù)

5、據(jù)分析相結合，通過對物理世界的數(shù)字化映射，對工業(yè) 設備狀態(tài)采集的數(shù)據(jù)進行分析，以優(yōu)化生產(chǎn)流程和進行主動預測性維護，提高單位生產(chǎn)效率，促進整個產(chǎn)業(yè)體系轉型升級。5G與工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)融合帶動制造業(yè)創(chuàng)新發(fā)展主要表現(xiàn)為以下四種新 模式轉變：智能化生產(chǎn)。利用先進制造工具和5G網(wǎng)絡信息技術能夠對生產(chǎn)流程進行智能化改造，實現(xiàn) 數(shù)據(jù)的跨系統(tǒng)流動、采集、分析與優(yōu)化，完成設備性能感知、過程優(yōu)化、智能排產(chǎn)等智能化生 產(chǎn)方式。近年來，我國的許多龍頭制造企業(yè)以“互聯(lián)網(wǎng)+ ”制造為主攻方向，通過建立智能工廠， 推動智能化生產(chǎn)，實現(xiàn)了數(shù)字化和智能化轉型。網(wǎng)絡化協(xié)同。航空、汽車等行業(yè)實施企業(yè)內(nèi)的協(xié)同制造已有十幾年的歷史，但5G技

6、術賦予 了協(xié)同制造新的內(nèi)涵和應用。企業(yè)借助大數(shù)據(jù)和工業(yè)云平臺，發(fā)展企業(yè)間協(xié)同研發(fā)、眾包設計、 供應鏈協(xié)同等新模式，能有效降低資源獲取成本，加速從單打獨斗向產(chǎn)業(yè)協(xié)同轉變。網(wǎng)絡化協(xié) 同包括協(xié)同研發(fā)、眾包設計、供應鏈協(xié)同等模式，為傳統(tǒng)企業(yè)高效、便捷、低成本地實現(xiàn)創(chuàng)新 開辟新渠道。個性化定制。5G所具備的大帶寬、低時延、可靠性的特點，提升了產(chǎn)線的柔性程度和靈活 性，助力柔性化生產(chǎn)的大規(guī)模普及。一方面，5G網(wǎng)絡進入工廠，在減少機器與機器之間線纜成 本的同時，利用高可靠性網(wǎng)絡的連續(xù)覆蓋，使機器人在移動過程中活動區(qū)域不受限，按需到達 各個地點，在各種場景中進行不間斷工作以及工作內(nèi)容的平滑切換。另一方面，5G

7、可構建連接 工廠內(nèi)外的人和機器為中心的全方位信息生態(tài)系統(tǒng)，實現(xiàn)實時信息共享。讓客戶參與到企業(yè)的 產(chǎn)品設計及生產(chǎn)過程中，并實時查詢產(chǎn)品狀態(tài)信息。服務化延伸。制造業(yè)正積極探索由傳統(tǒng)的產(chǎn)品為中心向以服務為中心的經(jīng)營方式的轉變， 通過構建智能化服務平臺和智能化服務成為新的業(yè)務核心，以擺脫對資源、能源等要素的投入。 基于5G，企業(yè)將更好地實現(xiàn)產(chǎn)品聯(lián)網(wǎng)與運行數(shù)據(jù)采集，并利用大數(shù)據(jù)分析提供多樣化智能服務， 延伸價值鏈條。制造業(yè)服務化延伸已成為越來越多制造企業(yè)銷售收入和利潤的主要基礎，是制 造業(yè)競爭優(yōu)勢的核心來源。我國加快“5G+工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)”探索步伐近年來，我國產(chǎn)業(yè)界始終以創(chuàng)新發(fā)展為動力，堅持企業(yè)主體與政府引

8、導、自主創(chuàng)新與開放 合作相結合，加快推動5G、工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)等的研發(fā)和產(chǎn)業(yè)化。在政產(chǎn)學研用各方的共同努力下， 我國“5G+工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)”不斷取得新進展，融合成效初顯，發(fā)展前景廣闊。2017年11月，國務院印發(fā)關于深化“互聯(lián)網(wǎng)+先進制造業(yè)”發(fā)展工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)的指導意 見，明確提出要開展5G面向工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)應用的網(wǎng)絡技術試驗，協(xié)同推進5G在工業(yè)企業(yè)的應 用部署。2019年1月，工信部發(fā)布工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)網(wǎng)絡建設及推廣指南，提出要在2020年初 步建成工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)基礎設施和技術產(chǎn)業(yè)體系。2019年11月，工信部印發(fā)“5G+工業(yè)互聯(lián) 網(wǎng)”512工程推進方案，從技術產(chǎn)業(yè)、創(chuàng)新應用、資源供給等方面提出細化發(fā)展目標和發(fā)展 路徑

9、，加速推動“5G+工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)”512工程落地實施。此外，上海、北京、廣東、浙江、福建 等10余個省市地區(qū)都將5G與工業(yè)的融合應用作為產(chǎn)業(yè)規(guī)劃的重點。同時，行業(yè)應用日益深入。基礎電信企業(yè)和大型工業(yè)企業(yè)強強聯(lián)合，在多個行業(yè)加快布局， 已形成20余種融合應用類型，重點聚焦工業(yè)制造、能源電網(wǎng)、智慧港口等領域。中國商飛與中 國聯(lián)通、華為、中國信通院等機構合作探索：如何通過5G全連接工廠實時管控工廠生產(chǎn)狀態(tài)， 不斷消除工廠運營中的資源浪費，使生產(chǎn)實現(xiàn)高度精益化。南方電網(wǎng)聯(lián)合中國移動、華為等， 利用5G切片技術在深圳開展5G承載配用電業(yè)務改造試點，確保企業(yè)內(nèi)網(wǎng)便捷、高效、安全應 用。整體看，我國“5G+工業(yè)

10、互聯(lián)網(wǎng)”融合發(fā)展起步早、基礎好，應用已逐漸由巡檢、監(jiān)控等外 圍環(huán)節(jié)向生產(chǎn)控制、質量檢測等生產(chǎn)內(nèi)部環(huán)節(jié)延伸。此外，產(chǎn)業(yè)生態(tài)加速形成。2016年成立的工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)產(chǎn)業(yè)聯(lián)盟作為我國工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)產(chǎn)業(yè)生 態(tài)的主要載體，專門成立了工業(yè)無線特設組，推動5G等新型無線技術在工業(yè)領域應用落地，協(xié) 同研究并發(fā)布5G+H業(yè)互聯(lián)網(wǎng)白皮書邊緣計算白皮書等成果。2019年成立的5G應用產(chǎn) 業(yè)方陣重點聚焦5G產(chǎn)業(yè)應用，積極促進供需對接、技術革新、知識共享，通過成員單位間的優(yōu) 勢互補，加強應用推廣，推動5G產(chǎn)業(yè)發(fā)展。上?！?G+工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)”應用實踐上海市高度重視5G產(chǎn)業(yè)發(fā)展和應用創(chuàng)新，2019年先后發(fā)布了關于加快推進本市5G網(wǎng)絡

11、 建設和應用的實施意見和上海5G產(chǎn)業(yè)發(fā)展和應用創(chuàng)新三年行動計劃（20192021年） 兩份重要文件，重點提出要推進5G與制造業(yè)的融合應用，開展基于5G的AR （增強現(xiàn)實）輔助 裝配與遠程協(xié)調(diào)、遠程機器控制、生產(chǎn)設備實時監(jiān)控、云化實時檢測等應用，借助5G技術打通 企業(yè)生產(chǎn)流程，實現(xiàn)設計、生產(chǎn)、銷售各環(huán)節(jié)的互聯(lián)互通，推進產(chǎn)業(yè)鏈制造資源整合，提升企 業(yè)生產(chǎn)效率和產(chǎn)品質量。在2019年8月舉行的第二屆“綻放杯”應用征集大賽上海分賽中，在 航空航天、船舶建造、半導體裝備制造等領域，涌現(xiàn)出了一批典型的“5G+工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)”優(yōu)秀應 用案例，為各制造行業(yè)5G的創(chuàng)新應用做出了標桿示范。5G+航空航天。某航空裝備制

12、造企業(yè)在充分利用5G新特性的基礎上，建立基于5G的私有云 平臺和基于5G的制造能力平臺，構建企業(yè)內(nèi)工業(yè)大數(shù)據(jù)服務和企業(yè)AI解決方案庫，并基于此 開發(fā)一批典型5GX業(yè)互聯(lián)網(wǎng)應用，形成了一套成熟的5GX業(yè)互聯(lián)網(wǎng)綜合解決方案。在智慧生 產(chǎn)裝配應用上，利用5G通訊技術的高并發(fā)特點，通過條形碼、二維碼、RFID （射頻識別）等數(shù) 字化技術，結合智能終端與物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)，實現(xiàn)工廠全生產(chǎn)要素全生命周期的實時數(shù)據(jù)跟蹤，并 通過大數(shù)據(jù)智能分析決策實時管控工廠生產(chǎn)狀態(tài)。在質量智能檢測應用上，一是基于8K超高清 視頻影像，在云端完成緊固件缺陷智能識別分類和測量等任務，輔助質檢人員完成檢測工作。 二是基于56的雙相機攝影

13、測量，實現(xiàn)測量相機移動測量，在裝配過程中實時通過測量的分析結 果，優(yōu)化改進裝配的工藝方法。三是基于機器視覺的復合材料智能拼縫檢測。使用工業(yè)相機對 自動鋪帶過程進行拍攝，將拼縫和多余物快速傳輸?shù)皆破脚_，對拼縫寬度和多余物情況進行快 速精確分析。在智慧物流應用上，建設基于多AGV（Automated Guided Vehicle，自動導引運 輸）協(xié)同的車間級智能配送系統(tǒng)，通過5G技術實現(xiàn)雙AGV在運行過程中的信息同步，滿足了絕 大多數(shù)中低速的大型零件搬運場景。同時，建立基于RFID的復合材料全生命周期追溯系統(tǒng)，對 物料進行數(shù)字化標識，實現(xiàn)材料狀態(tài)自動化記錄、處理，實現(xiàn)長期可追溯。在智慧決策應用上，

14、 打造基于5G云VR （虛擬現(xiàn)實）的數(shù)字攣生透明工廠，實現(xiàn)與工廠各生產(chǎn)系統(tǒng)、管理系統(tǒng)的多 維數(shù)據(jù)同步，讓工廠信息在虛擬現(xiàn)實環(huán)境中攣生還原。5G+船舶建造。某船舶制造企業(yè)結合5G網(wǎng)絡的技術和性能優(yōu)勢，立足平臺，從通用場景出 發(fā)，逐步深入船舶制造領域，實現(xiàn)工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)能力突破。在基于5G的機器視覺檢測上，應用 5G滿足了船舶現(xiàn)場測量無線傳輸速度及多目同步要求，通過高可靠計算能力能夠利用云端的計 算服務為檢測服務，解決了計算瓶頸，特別是應用在大型產(chǎn)品檢測場景。5G還能極大提高效率， 多目檢測只需1至2張圖像即可完成產(chǎn)品檢測，工作效率提升10倍以上。通過基于5G的 AR/VR應用，可以真實感受船舶設計模

15、型，有沉浸感，結合云VR可遠程進行模型審查，VR虛擬 模型與真實環(huán)境進行交互，模型尺寸可量化。在基于5G的AGV應用上，基于5G的網(wǎng)絡保障， 可實現(xiàn)高精度定位，一是控制更高效，5G網(wǎng)絡的低時延特性在AGV移動應用中，能夠讓AGV接 收任務、反饋數(shù)據(jù)變得更高效更迅捷；二是通訊更可靠，5G技術使控制信號不受其他信號干擾。 在基于5G的船廠鋼板資產(chǎn)管理上，鋼板原料在倉儲過程中可被定位和精準識別，綜合定位精度 可達亞米級，最高可達厘米級，鋼板原料出入庫過程可被追溯及可視化，使用抗金屬RFID標簽， 鋼板側邊貼放，可重復利用。5G+半導體裝備制造。某公司通過建設基于5G技術的全球泛半導體設備研發(fā)、制造、

16、運維 的全生命周期平臺，以5G的先進技術為核心構建工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)平臺，借助5G高速率、大帶寬、 廣覆蓋的特點打造泛半導體行業(yè)的工業(yè)級應用場景，比如借助5G高速率的特性，VR/AR賦能半 導體行業(yè)，通過數(shù)字信息來可視化指導、引導和改進與實體設備進行交互的方式，有助于重新 構建產(chǎn)品設計、生產(chǎn)制造、運維的服務模式。通過該平臺的建設，整合了半導體產(chǎn)業(yè)鏈上下游 資源，打通了供應鏈和價值鏈，實現(xiàn)了行業(yè)商業(yè)模式的創(chuàng)新應用。在基于5G的半導體設備研發(fā) 仿真協(xié)同上，研發(fā)協(xié)同仿真應用，采用5G網(wǎng)絡承載設備的反應腔、自動執(zhí)行機構、電氣系統(tǒng)、 氣體系統(tǒng)等子模塊，異地協(xié)同設計與仿真輸出的2D圖紙、3D模型、數(shù)值分析模型等數(shù)

17、據(jù)的傳 輸，建立從產(chǎn)品、芯片設計、芯片封裝、芯片測試、晶圓加工、核心設備制造、核心模塊協(xié)作 商、關鍵零部件廠商到ODM （原始設計商）/OEM （原始設備制造商）全產(chǎn)業(yè)鏈的協(xié)作平臺，提 升產(chǎn)品迭代的質量以及研發(fā)效率。在基于5G的半導體設備行業(yè)生產(chǎn)制造協(xié)同上，平臺構建基于 工序級生產(chǎn)協(xié)同平臺，同現(xiàn)有的生產(chǎn)系統(tǒng)無縫集成，實現(xiàn)智能化生產(chǎn)、網(wǎng)絡化協(xié)同、個性化定 制、服務化延伸。通過5G+機器視覺實現(xiàn)質量監(jiān)控，通過AR技術實現(xiàn)對現(xiàn)場工人的遠程技術指 導，提高工作效率?！?G+工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)”融合發(fā)展展望中國制造業(yè)歷經(jīng)起伏，當前5G為我國制造業(yè)實現(xiàn)跨越式發(fā)展帶來了重要機遇，5G將實現(xiàn) 真正的“萬物互聯(lián)”，其廣泛應用將為制造業(yè)轉型升級提供堅實支撐，締造出規(guī)模空前的新興 產(chǎn)業(yè)，助推制造強國、網(wǎng)絡強國建設，具有重大的戰(zhàn)略意義。盡管我國“5G+工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)”已經(jīng)取得了初步成效，但發(fā)展?jié)摿θ杂写M一步挖掘。一方面， 56在工業(yè)領域的應用場景和盈利模式有待進一步探索，影響了工業(yè)企業(yè)對5G的