从“四象限”看“5G+工业互联网”发展与挑战

    工业互联网环境，从网络技术的角度来看，有两个特殊需求，一个是极高的可靠性，另一个是极低的时延（或确定性时延）。近年来，随着工业自动化技术的演进，现在工业设备的运转速度和工作精度远超以往，对高速网络连接的需求也更为迫切。

　　5G超大带宽、超低延时、海量连接等特点，使得工业互联网可以实现设备的高效协作、数据的实时采集与快速传输等功能。因此，在5G加持下，工业互联网正在快速发展，并推动生产和制造业加速数字化和网络化转型。  

　　10月21日，在上海举行的2023年中国5G发展大会上，工信部副部长张云明表示，5G行业虚拟专网超2万个。虚拟专网用在什么地方？南开大学原校长、世界工商组织联合会原主席龚克表示，29%的虚拟专网都跟工业互联网联系在一起，这也是5G本身非常重要的特点。  

　　目前，产业上下游企业在“5G+工业互联网”的布局上取得哪些成果？5G最新的技术如何助力工业互联网的发展？上下游企业对“5G+工业互联网”的发展又有着怎样的新诉求？在2023年中国5G发展大会上，产学研用各界专家给出了全面又翔实的解答。  

　　“象限”一：三大运营商“5G+工业互联网”成效显著 

　　5G正在加速工业互联网的产业发展，国内三大运营商用最新的数据证明了这一观点。  

　　中国移动副总经理高同庆表示，在工业互联网、智慧交通等5G深耕领域，5G进一步从垂直大类走向细分集群，从服务企业走向融入生产，从改变通信模式走向重塑生产流程。例如，某文具制造企业将5G+人工智能引入质检环节，效率提升130倍；某城市地铁建设轨交5G专网，通信能力提升3000倍，设备和技术100%国产化。  

　　此外，中国移动持续深耕“9one”行业平台，实现5G应用一体化快速交付。目前，OnePower工业互联网平台标识注册量超过1.2亿；OneCity智慧城市平台，治理各类政务数据超过1400亿条；OneHealth，接入远程医疗服务机构超过6400家。  

　　据了解，中国移动已累计签约3万个5G商用案例，在多个行业实现规模复制。其中，国内集装箱吞吐量TOP10港口全面实现5G业务落地；5G智慧工厂项目超过4000个，国产家电TOP10企业覆盖了7家；19家“A+”（极强）钢铁企业合作了16家；智慧矿山拓展项目540个。  

　　中国联通副总经理梁宝俊讲道，中国联通在5G+工业互联网领域，深度打造格物Unilink平台，入选工信部工业互联网双跨平台，为中小企业提供更好的服务。一方面，中国联通积极推进在5G-A方面的新探索，围绕5G RedCap、无源物联、通感一体等新技术，打造了山东国网电力、宝武钢卷厂等一批“新样板”，持续拓展5G发展新空间。在5G AI领域，中国联通依靠自身AI能力助力企业实现智能检测，大幅降低员工劳动强度，提升检测效率。目前，中国联通正在利用自主可控的大模型积极探索工业领域的应用。  

　　另一方面，中国联通聚合专业子公司、行业军团、产业互联网公司的专精特新能力，打造矩阵式能力体系，加速为千行百业数字化转型赋能，促进降本、提质、增效、安全、环保。截至目前，中国联通打造了超过2.4万个5G应用商业化项目，其中1.2万个在工业领域，包含3500个智慧工厂。  

　　同时，中国联通探索与国内外龙头企业共创5G新范式。在国内，将5G-A低时延柔性生产线落地长城精工、美的集团等国内制造业龙头企业；在国外，积极携手法国制造业龙头企业施耐德，在全国26个园区实现了5G的专网互联和5G场景的赋能。  

　　中国电信副总经理栾晓维讲道，中国电信以客户为中心，以业务场景为驱动，坚持5G融合协同发展。2023年，中国电信5G项目数跨越2万大关，覆盖全行业场景超过100个。其中，本年度新增项目7500余个，同比提升86%，累计签约金额同比增幅88%。同时，中国电信以5G驱动应用融合创新，深度赋能局域类、广域类、双域类数字化应用场景，打造十大新能力，覆盖重点行业，持续赋能实体经济转型，推动数实深度融合。  

　　在制造领域，中国电信在上海协同宝武集团打造首个5G-A智慧钢铁标杆，5G与OT网络深度融合，打通“全连接”的“最后一公里”，实现5G确定性网络能力，助力宝钢国产化PLC柔性化改造，解决工业领域“卡脖子”问题。在矿山领域，中国电信协同国家能源集团打造全球矿山最大企业级5G专网，利用商用800M低频大上行能力，降低矿山5G建网成本，实现首个矿山井上井下一号通，井下工人可随时与家人实现高清视频通话。  

　　会上，中国电信工业产业研究院长三角院副院长张君霄分享了5G在江南造船厂的具体应用。在他看来，船舶制造工程复杂度，从一颗螺丝钉到一艘成品船，中间涉及1000多道工序，上千万零部件。贯穿始末核心的焊接工艺水平决定现代船舶核心竞争力。而多机协同焊接（一组焊机在不同点位启动作业，沿着一条线开始启动，并且同样时间内完成同样作业长度），对通信环境的要求非常高。中国电信5G网络部署下，焊机和后台系统时延达到25毫秒以内，焊机之间相对时延达到10毫秒左右，保证了焊接工序的高质量完成。  

　　“象限”二：制造企业利用5G加速工业生产 

　　中国工业互联网研究院发布的《工业互联网创新发展报告（2023年）》显示，目前全国各地已累计建成数字化车间和智能工厂近8000个；截至今年6月，全国工业企业关键工序数控化率和数字化研发设计工具普及率分别达到60.1%和78.3%。  

　　中国商飞5G工业创新中心主任、商飞智能技术有限公司董事长汪顺利讲道，中国商飞推进“5G+工业互联网”赋能大飞机智能制造有5年多时间，从2018年开始，就以5G为基点、工业互联网为平台，以行业知识为内核，以人工智能和软件定义为主攻方向，深入推进新一代信息通信技术与大飞机研制融合创新。  

　　中国商飞建设全球第一个5G工业园区，打造国内第一个5G全连接工厂。汪顺利表示，大飞机有百万量级的生产要素，中国商飞利用二维码、机器视觉等技术，把设备、物料、人员、产品、工装全部连接起来，打造两条“全连接”产线和十余个“全连接”车间。应用5G技术可以实现传统技术改造，如5G助力钣金、机加、热表等传统工艺实现从粗放式管理到精准控制。 

　　宁波金山双鹿电池有限公司工会主席、总经办主任王佼佼演讲中介绍道，双鹿电池作为中国龙头电池企业之一，已经有70年的发展历程。2016年，双鹿电池“黑灯车间”在全球首创无人智能电池生产线，全面实现机器换人。2022年，双鹿电池又打造了5G智慧工厂。 

　　王佼佼说道，一颗电池从投料到完成码垛需要经过十几道工序，涉及的设备、仪器、仪表、感应器数量众多。由于产品定制化要求，以往生产线设备需要反复调整，布线麻烦。同时，生产线运行速度非常快，对信号的传输又有极其苛刻要求，双鹿电池在2016年“黑灯车间”基础上针对不同的终端，使用不同方式实现数据采集，并借助5G工业网关将原有生产线上的122台设备进行改造，目前公司两条主要生产线联网率已经达到100%，产品合格率接近99.999%。 

　　同时，双鹿在行业内首创5G+AI质量控制体系。王佼佼说道，双鹿电池5G智慧工厂项目在降本增效方面得到大幅提升，其中单体电池的成本下降了21%，产品的不良率也下降了30%；在生产效率方面，双鹿过去单条线、单班生产20万只，现在提升到25万只，进一步缩短产品研发和生产周期。 

　　据悉，双鹿5G智慧工厂项目整体投入1.2亿，5G应用场景设备投入3000多万元。作为国内碱性电池行业首个5G智慧工厂，双鹿电池树立标杆的同时，也带动了上下游产业的发展，并极大程度提高了我国碱性电池行业制造水平。 

　　下一阶段，双鹿电池将继续稳步前行，打造更多5G应用场景，并向5G未来工厂迈进。并且在三年内着力打造具有完整知识产权智能工厂中台和专属工业APP，向更广范围、更深程度和更高水平迈进。 

　　“象限”三：5G新技术为工业互联网发展再添助力 

　　3GPP 制定的5G R15可以支持低时延大连接基本功能，满足“5个9”和空口单向时延1ms要求。到了R16能够支持工业互联网、时延敏感通信业务提高业务差异化质量保障能力。现在3GPP推进R17支持更精准，下一步R18支持互补，降低时延，满足“6个9”要求。本次大会上，RedCap、5G-A、确定性网络、通感一体、天地一体成为的5G新技术热点备受关注，将为工业互联网低时延、可靠性网络提供更佳的网络支撑。 

　　据了解，确定性网络是指给承载的业务提供确定性业务保证能力的网络。确定性网络采用一系列协议和机制，通过网络切片、显式路由、资源预留、时钟/频率同步、周期映射、门控优先级队列调度、帧抢占、流量过滤和整形、多发选收等技术，分别保障确定性带宽、确定性转发路径、有界时延、有界抖动、高可靠等QoS指标。 

　　中国移动研究院无线与终端技术研究所所长邓伟讲道，以前“能力三角”有速率、时延、可靠性，确定性是新的指标。针对大型行业用户，中国移动可以提供5G+TSN技术；而对成本比较敏感的中小企业，更希望有一种低成本保障确定性方案，中国移动主要通过AI技术能够保障相对更可靠的服务，并完成相关验证，从时延和可靠性基本满足要求。 

　　中国电信推出全云化5G工业定制网，并研发了工业PON确定性网络与跨域确定性网络，实现超大带宽、超低时延、超精定位、超轻设计以及超简操作，同时满足工厂内外工业场景数据传输对网络的苛刻需求。  

　　联通研究院副院长魏进武演讲中指出，5G发展进入5G-A新阶段，将成为支撑我国数字经济高质量发展的中坚力量。为更好地支持5G 2C/2H/2B业务规模发展，中国联通以经济社会发展需求为导向，加速5G-A网络升级赋能数字化转型，在实时交互、工业互联、移动物联、通感一体和天地一体五大业务方向持续发力，打造了长城精工、国网浙江电力等一批新样板，持续拓展5G发展新空间。  

　　在魏进武看来，随着下一步推进RedCap成熟，可能工业互联网会进入一个新的发展阶段。面向工业互联类业务，工业互联的业务特性一般以实践为主，在工业制造的11个环节中至少有8个环节适用RedCap，比如在工业质检应用场景中，需要两网双模的方式推动，一类是基于RedCap，另一类是基于大带宽大上行。中国联通开展5G-A URLLC增强关键技术创新研究与实践，携手长城精工打造业界首条“5G超可靠低时延汽车柔性产线”，验证了5G-A网络时延4ms、稳定性5个9（99.999%）的性能指标。  

　　据悉，近日中国联通携手华为等产业伙伴，在广东佛山完成全国最大规模的RedCap商用部署。本次部署基于中国联通5G商用频谱，在广域和局域场景共计2000多个5G站点实现了RedCap网络规模开通。 

　　“中国信科在定位和通感融合方面，为网络价值提供很好的支持。在高精度定位方面，能够实现1米以下精准定位；在通感一体化产品形态和产品信号设计方面，也拥有优秀的性能。同时，中国信科为5G新业务提供了很好的支撑，在确定性时延、确定性抖动、确定性可靠性、确定性配套等方面提供业务服务。”中国信科移动通信技术股份有限公司首席科学家王映民如是讲道。 

　　IMT-2020(5G)推进组秘书长徐菲在5G增强技术研发试验测试工作进展发布中讲道，在5G-A、RedCap国内的设备厂商已经通过多项测试。 

　　在RedCap方面，华为、中兴等一些主流厂家已经参加RedCap基站测试，并且完成了相关测试项。以前较冷门的芯片只有为数不多的几家企业，今年海思、联发科、展锐和高通基于芯片RedCap方案完成所有功能和外场性能。在5G-A方面，华为、中兴、高通、联发科等参加5G-A两个特性的探索性测试，华为、中兴完成了各项关键技术测试。 

　　在精准定位方面，华为、中兴等系统厂家基于5G控制面定位架构，分别采用了海思、联发科、高通等芯片终端完成了5G室内场景下的定位测试，能够实现米级定位精度。 

　　“象限”四：成本仍是“5G+工业互联网”发展核心诉求 

　　5G商用四年来，“5G+工业互联网”发展所取得的成绩有目共睹。而在“5G+工业互联网”的过程中，如何解决企业当前所面临的成本问题，不仅是企业发展的核心诉求，也是制约整个产业发展的关键。 

　　因此，张云明在大会致辞中指出，持续谋创新，进一步增强内生动力。前瞻布局5G-A技术研究、标准研制和产品研发，推动5G与人工智能、通感一体、无源物联等技术融合创新，以技术突破引领产业发展。加快推进5G轻量化技术演进和商用部署，降低5G芯片、模组使用成本，为5G赋能行业应用创造条件。依托IMT-2020（5G）推进组持续开展5G新技术测试验证，加快推进产业成熟。  

　　龚克则站在第三方的客观视角，从供给侧和需求侧给出解答。在龚克看来，5G行业规模化应用必须依靠需求和供给两轮驱动；从需求侧来看，大量提供就业的中小企业其5G应用参与度，相对各个行业龙头企业还比较弱。  

　　从供给侧看，一是存在高成本困扰。虽然基站大小不一，但模组高度统一。从成本上来讲，还没有找到真正大规模定制化、低成本高质量路子。二是不同行业应用，技术能力有待提高，上行速率、时延抖动控制上，满足工业现场需求，还需要从技术本身、网络切片、网络灵活配置方面进一步优化。三是缺乏有力的解决方案。5G通信与行业、产业融合需要出现大量融合设施，而不是在原有产业设施外挂一个模块。5G真正融入设备要跨行业融合，缺乏有力解决方案，很多壁垒需要克服。“基于这些衡量5G融合创新机制、标准和政策，需要针对行业应用规模化进一步优化和完善。”龚克说道。  

　　施耐德电气全球供应链、中国区绩效及数字化副总裁顾俊说道，施耐德工业现场有80%以上的数字化转型需求是基于低速率、低频次通信等需求。NB-IoT、无源IoT、4G能力网络技术，包括5G RedCap这种能力很好满足工业应用需求，希望5G技术能够提供多网融合的能力，这对工业灵活应用和资源最优配置非常重要，同时可以有效降低投入成本，会更有利于5G迅速规模化和普及。 

　　华为无线产品线5G-A领域总裁高全中表示，面向车和未来业务，编组业务等，5G-A阶段能逐步解决。华为建了很多5G全连接工厂，解决连接数比较少的痛点，大上行的能力可以支持上行10Gbps，可以满足几乎所有产线需求。低时延4毫秒、5个9（99.999%）或者6个9（99.9999%）能力，基本可以满足所有PLC应用场景。 

　　关于成本问题，高全中表示，相信未来一到两年RedCap模组价格降到60-80元水平。同时也希望5G模组能够再进一步降低，除了RedCap之外，能够更低成本增强RedCap，把成本降到30-40元。 

　　“此外，华为希望通过5G-A能力提升，包括无源物联能力和大带宽低时延能力、大上行能力、高精度定位能力，全方位一网融合支持各种各样应用。5G-A能力增强之后，5G一张网络就能满足工厂里面质检、工业控制、PLC和物流跟踪等各种各样需求，而不需要再部署其他网络。”高全中在最后说道。（耿鹏飞）