信息通信技術(shù)應(yīng)用與工業(yè)數(shù)字化

賈佳 羅蘭

（工信通（北京）信息技術(shù)有限公司，北京 100036）

0.引言

習近平總書記指出，數(shù)字化轉(zhuǎn)型已成大勢所趨，并引領(lǐng)著新一輪工業(yè)革命。根據(jù)《數(shù)字中國發(fā)展報告（2020年）》，我國數(shù)字經(jīng)濟總量已達41萬億元，躍居世界第二，成為引領(lǐng)全球數(shù)字經(jīng)濟創(chuàng)新的重要策源地。自2010年以來，我國制造業(yè)增加值已連續(xù)11年位居世界第一，占全球比重接近30%。作為世界上工業(yè)體系最為健全的國家，在500種主要工業(yè)產(chǎn)品中，我國有40%以上產(chǎn)品的產(chǎn)量居世界第一，“中國制造”在全球產(chǎn)業(yè)鏈供應(yīng)鏈中的影響力持續(xù)攀升。在利用信息化技術(shù)促進產(chǎn)業(yè)變革的工業(yè)4.0時代，我國采取一系列舉措，促進數(shù)字技術(shù)與實體經(jīng)濟深度融合，積極推動制造業(yè)數(shù)字化、網(wǎng)絡(luò)化、智能化。目前已建成全球最大規(guī)模光纖和移動通信網(wǎng)絡(luò)，5G基站、終端連接數(shù)全球占比分別超過70%和80%，重點領(lǐng)域關(guān)鍵工序數(shù)控化率已達52.1%，數(shù)字化研發(fā)設(shè)計工具普及率已達73%，制造業(yè)數(shù)字化轉(zhuǎn)型全面提速。其中，信息通信基礎(chǔ)設(shè)施作為數(shù)字經(jīng)濟發(fā)展的基石，直接影響制造業(yè)網(wǎng)絡(luò)能力的提升、信息“無障礙”的推進、數(shù)字鴻溝的弱化和數(shù)字經(jīng)濟紅利的釋放。

1.信息通信技術(shù)發(fā)展現(xiàn)狀

信息通信技術(shù)日趨成為一個集合的概念，涵蓋通信、電信、計算機、軟件、中間件等，及在此基礎(chǔ)上形成的技術(shù)集成與整合系統(tǒng)。數(shù)字經(jīng)濟時代背景下，以信息通信技術(shù)為主形成的新型基礎(chǔ)設(shè)施是新一代信息技術(shù)發(fā)展和應(yīng)用的重要載體，是各類業(yè)務(wù)和消費者之間的“橋梁”，也是衡量一個國家或地區(qū)經(jīng)濟社會發(fā)展水平、綜合競爭力及現(xiàn)代化程度的重要標準。一方面，信息通信技術(shù)作為一項基礎(chǔ)設(shè)施，亦能夠成為其他基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)的支撐；另一方面，信息通信技術(shù)是跨領(lǐng)域合作、協(xié)同與融合的重要橋梁，是產(chǎn)業(yè)數(shù)字化轉(zhuǎn)型的重要支撐，特別在工業(yè)領(lǐng)域中，信息通信技術(shù)的采用直接影響傳統(tǒng)廠房、設(shè)備、系統(tǒng)的數(shù)字化進程。

從類型上看，信息通信基礎(chǔ)設(shè)施主要包括信息接入系統(tǒng)、移動通信室內(nèi)覆蓋系統(tǒng)和衛(wèi)星通信系統(tǒng)三大板塊[1]。

信息接入網(wǎng)是連接核心網(wǎng)和用戶網(wǎng)的紐帶。根據(jù)接入網(wǎng)的傳輸介質(zhì)不同，可以分為無線接入和有線接入。無線接入網(wǎng)從接入設(shè)備類型可分為微波設(shè)備無線直放站、射頻拉遠技術(shù)等；有線接入目前通常可分為雙絞線接入、光纖接入和混合接入3種方式。無源光纖網(wǎng)（PON）是目前最流行的寬帶網(wǎng)絡(luò)接入技術(shù)。千兆無源光網(wǎng)絡(luò)帶寬更大，帶的用戶更多，效率更高。工信部于今年3月發(fā)布了《“雙千兆”網(wǎng)絡(luò)協(xié)同發(fā)展行動計劃（2021—2023年）》，提出要持續(xù)擴大千兆光網(wǎng)覆蓋范圍，推動基礎(chǔ)電信企業(yè)在城市及重點鄉(xiāng)鎮(zhèn)進行10G-PON光線路終端（OLT）設(shè)備規(guī)模部署，持續(xù)開展OLT上聯(lián)組網(wǎng)優(yōu)化和老舊小區(qū)、工業(yè)園區(qū)等光纖到戶薄弱區(qū)域光分配網(wǎng)（ODN）改造升級，促進全光接入網(wǎng)進一步向用戶端延伸。目標用3年時間，基本建成全面覆蓋城市地區(qū)和有條件鄉(xiāng)鎮(zhèn)的“雙千兆”網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)設(shè)施，實現(xiàn)固定和移動網(wǎng)絡(luò)普遍具備“千兆到戶”能力，到2023年底，千兆光纖網(wǎng)絡(luò)具備覆蓋4億戶家庭的能力，10G-PON及以上端口規(guī)模超過1000萬個，千兆寬帶用戶突破3000萬戶。但實際操作中，因無源光纖網(wǎng)實現(xiàn)起來更復(fù)雜，所以成本也更高。

移動通信室內(nèi)覆蓋系統(tǒng)現(xiàn)有方案主要包括室外覆蓋室內(nèi)、傳統(tǒng)無源DAS、新型有源室分3種建設(shè)方案。目前在用戶體驗需求、5G應(yīng)用場景以及技術(shù)創(chuàng)新之下，室內(nèi)信號覆蓋的空間分布特性研究與實踐日漸普遍。目前常用的室內(nèi)覆蓋方案包括以天線陣列的形式呈現(xiàn)的室內(nèi)基站天線以及室內(nèi)分布系統(tǒng)兩大類，室內(nèi)分布系統(tǒng)為合路器、室內(nèi)分布天線及耦合等多個微波器件的系統(tǒng)性整合，如圖1所示。目前市場對室內(nèi)覆蓋系統(tǒng)的關(guān)注點在于寬頻帶、小型化及低成本等綜合度量指標，室內(nèi)小基站系統(tǒng)憑借其結(jié)構(gòu)簡易、頻段靈活的優(yōu)勢，已成為實現(xiàn)室內(nèi)覆蓋的更優(yōu)選擇。

圖1 移動通信室內(nèi)分布示意圖

衛(wèi)星通信是利用衛(wèi)星中的轉(zhuǎn)發(fā)器作為中繼站，通過反射或轉(zhuǎn)發(fā)無線電信號，實現(xiàn)兩個或多個地球站之間的通信。衛(wèi)星通信系統(tǒng)可以劃分為空間段和地面段。其中衛(wèi)星空間段是整個通信系統(tǒng)的核心組成部分，主要包括空間軌道中運行的通信衛(wèi)星，以及對衛(wèi)星進行跟蹤、遙測及指令的地面測控和監(jiān)測系統(tǒng)；衛(wèi)星地面段則以用戶主站為主體，包括用戶終端、用戶終端與用戶主站連接的“陸地鏈路”以及用戶主站與“陸地鏈路”相匹配的接口。我國目前的衛(wèi)星通信系統(tǒng)主要有衛(wèi)星廣播通信、衛(wèi)星寬帶互聯(lián)網(wǎng)和衛(wèi)星移動通信3種類型。經(jīng)過多年的發(fā)展，我國已形成了比較完善的衛(wèi)星產(chǎn)業(yè)鏈，主要包括上游衛(wèi)星制造、衛(wèi)星發(fā)射、衛(wèi)星地面設(shè)備等材料設(shè)備，中游數(shù)據(jù)接收與處理，以及下游應(yīng)用端，衛(wèi)星通信、衛(wèi)星導(dǎo)航、衛(wèi)星遙感等，具體應(yīng)用于衛(wèi)星電視、廣播、國防、交通等方向。產(chǎn)業(yè)鏈規(guī)模較大的代表性企業(yè)主要集中在北京、廣東、上海、江蘇、四川、湖北等地區(qū)。目前，北京具備相對完善的衛(wèi)星產(chǎn)業(yè)鏈布局，是衛(wèi)星應(yīng)用產(chǎn)業(yè)鏈代表企業(yè)最多的地區(qū)。

2.信息通信技術(shù)在工業(yè)數(shù)字化中的應(yīng)用

數(shù)字化時代，信息通信技術(shù)成為一種新型基礎(chǔ)設(shè)施，貫穿于生產(chǎn)制造的各個流程，結(jié)合技術(shù)更迭，不斷促進資源優(yōu)化配置。傳統(tǒng)制造企業(yè)是以大規(guī)模制造和銷售為主，價值增值圍繞產(chǎn)品生產(chǎn)的線性流程產(chǎn)生、擴展和延伸。在這個過程中往往產(chǎn)生模塊割裂和信息不對稱，共享程度較低。信息通信技術(shù)的不斷更迭，大大降低了信息互通的成本，在提升生產(chǎn)和決策效率的同時，又不斷優(yōu)化和促進信息通信基礎(chǔ)創(chuàng)新。

2.1 信息接入網(wǎng)在工業(yè)數(shù)字化中的應(yīng)用

我國制造業(yè)體系龐大，門類較多，企業(yè)生產(chǎn)制造流程、工序及環(huán)境較為復(fù)雜，另一方面，制造業(yè)價值逐步向產(chǎn)業(yè)鏈兩端延伸要求較高的工控精度，在這種情況下，生產(chǎn)設(shè)備的穩(wěn)定性容易受到威脅。光纖傳輸具備的柔韌性，更好的解決上述問題，隨著納米材料、精密加工等技術(shù)的發(fā)展，光纖傳輸性能將逐步提升，光通信將成為下一步光纖網(wǎng)絡(luò)發(fā)展的重要支撐。伴隨技術(shù)更迭，硬件設(shè)備不斷推陳出新，工業(yè)環(huán)境對數(shù)據(jù)交互流量的需求越來越大，表現(xiàn)在對硬件設(shè)備和傳輸速率的要求上，例如在工業(yè)監(jiān)測環(huán)境中，需要較多高質(zhì)量傳感器，還需要實現(xiàn)遠距離實時傳輸，傳輸介質(zhì)還需適應(yīng)較為惡劣的工廠環(huán)境。特別是在一些強腐蝕性、強電磁干擾及高溫的工業(yè)環(huán)境中，光纖通信的優(yōu)勢就顯現(xiàn)出來，可一定程度替代基于電纜的傳感網(wǎng)絡(luò)，實現(xiàn)遠距離、大容量、弱干擾等目的。基于光纖的傳感組網(wǎng)架構(gòu)設(shè)計，在物聯(lián)網(wǎng)的廣大應(yīng)用場景中應(yīng)用更為廣泛[2]。

2.2 移動通信室內(nèi)覆蓋系統(tǒng)在工業(yè)數(shù)字化轉(zhuǎn)型中的應(yīng)用

在室外網(wǎng)絡(luò)不能保證建筑物內(nèi)部的信號覆蓋，例如基站距離較遠，信號不能進入廠房，則需要在廠房內(nèi)布置室內(nèi)無線網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)，且需要集成更多的無源設(shè)備和天線。同時，工業(yè)數(shù)字化及智能工廠等場景要求數(shù)據(jù)扁平化，對信息傳輸、到達、下達生產(chǎn)指令、分發(fā)、庫存調(diào)配等各環(huán)節(jié)要求高度協(xié)同，基于信息通信技術(shù)的物聯(lián)網(wǎng)絡(luò)可以較好的實現(xiàn)上述需求，在結(jié)構(gòu)扁平、低耦合、數(shù)據(jù)質(zhì)量等方面不斷創(chuàng)新[3]。通過安裝移動通信室內(nèi)覆蓋系統(tǒng)，5G將有足夠的信號覆蓋范圍，有望推動數(shù)字化進程，從孤立系統(tǒng)鏈接到大數(shù)據(jù)集成。隨著5G的不斷擴展和傳感器接入互聯(lián)網(wǎng)，高速度收集、感知和傳輸數(shù)據(jù)實現(xiàn)，越來越多的工業(yè)用途也將出現(xiàn)，增強現(xiàn)實輔助、機器視覺、腦機接口等新技術(shù)促進工廠的智能化率將逐步提升。

2.3 衛(wèi)星系統(tǒng)在制造業(yè)數(shù)字化轉(zhuǎn)型中的應(yīng)用

目前，我國衛(wèi)星通信領(lǐng)域以政府采購為主導(dǎo)，行業(yè)應(yīng)用上以廣電領(lǐng)域直播和多媒體為主流。伴隨物聯(lián)網(wǎng)在工業(yè)中的應(yīng)用，天基物聯(lián)網(wǎng)帶來的市場空間廣闊。《國家民用空間基礎(chǔ)設(shè)施中長期發(fā)展規(guī)劃（2015—2025年）》規(guī)劃指出固定通信衛(wèi)星和移動通信衛(wèi)星并重發(fā)展，強化地面系統(tǒng)建設(shè)。天地一體化信息網(wǎng)絡(luò)由天基骨干網(wǎng)、天基接入網(wǎng)、地基節(jié)點網(wǎng)組成，并與地面互聯(lián)網(wǎng)和移動通信網(wǎng)互聯(lián)互通，建成“全球覆蓋、隨遇接入、按需服務(wù)、安全可信”的天地一體化信息網(wǎng)絡(luò)體系。建成后將使中國具備全球時空連續(xù)通信、高可靠安全通信、區(qū)域大容量通信、高機動全程信息傳輸?shù)饶芰Α?/p>

3.信息通信技術(shù)推動工業(yè)數(shù)字化存在的問題

現(xiàn)有研究及實踐中，信息通信技術(shù)的采用能夠顯著提高制造業(yè)企業(yè)創(chuàng)新績效已經(jīng)成為共識，但在采用信息通信技術(shù)提升工業(yè)企業(yè)生產(chǎn)經(jīng)營效率的過程中也存在一些值得注意的問題。

第一，以信息通信技術(shù)為基礎(chǔ)的智能化軟硬件產(chǎn)品及系統(tǒng)存在技術(shù)短板。信息通信技術(shù)的在工業(yè)中的應(yīng)用大多結(jié)合物聯(lián)網(wǎng)、云計算、人工智能等新技術(shù)，涉及設(shè)備及廠房的升級改造，其中在5G工業(yè)芯片等一些關(guān)鍵硬件、軟件及平臺技術(shù)上，與發(fā)達國家相比鴻溝仍然存在，這也是產(chǎn)業(yè)鏈向兩端延伸的壁壘[4]。

第二，信息通信技術(shù)對數(shù)字化的正向作用需要多方協(xié)同。信息通信技術(shù)作為一項基礎(chǔ)設(shè)施投資，存在投資效應(yīng)的延遲，需要工業(yè)企業(yè)原有組織管理、人力資本、企業(yè)文化相關(guān)投資的協(xié)同和配合，才能加速數(shù)字化轉(zhuǎn)型紅利的釋放，進一步提升企業(yè)生產(chǎn)經(jīng)營效率。一方面是企業(yè)本身內(nèi)部的數(shù)字化生態(tài)體系的協(xié)同，另一方面是企業(yè)外部、上下游以及整個產(chǎn)業(yè)鏈的數(shù)字化生態(tài)體系的建立，內(nèi)外部協(xié)同程度的提升才能真正釋放數(shù)字化帶來的資源配置效率紅利[5]。

第三，信息通信技術(shù)的應(yīng)用成本較高。為充分釋放5G技術(shù)優(yōu)勢，對5G基站數(shù)量、密度、技術(shù)等方面均提出較高要求。與4G相比，5G的建設(shè)周期長、成本高，特別是當前我國處于4G、5G并行時期，投資壓力巨大。同時，在工業(yè)中人工智能的應(yīng)用需要強大的算力支持，這對控制器等硬件的技術(shù)要求很高，支持高算力的控制器件價格昂貴，還有支持高敏感、高精度的傳感器件同樣如此。

4.相關(guān)建議

數(shù)字經(jīng)濟時代的到來和深化，信息通信技術(shù)為中國制造業(yè)轉(zhuǎn)型升級和智能制造賦能，助力實現(xiàn)中國制造業(yè)高質(zhì)量發(fā)展。整體來說，一是要加速形成企業(yè)內(nèi)部數(shù)字化轉(zhuǎn)型體系生態(tài)，整體提升制造業(yè)企業(yè)內(nèi)部數(shù)字化能力。由于信息不對稱帶來高昂的交易成本，是生產(chǎn)流程效率低下、管理弊端凸顯的重要原因，在信息通信技術(shù)的高效應(yīng)用下，傳統(tǒng)工業(yè)企業(yè)部門之間的邊界被逐步打破，組織內(nèi)部資源要素進一步實現(xiàn)優(yōu)化配置，信息共享程度加深，資源利用效率顯著提升，工業(yè)企業(yè)部門間協(xié)作成本降低，生產(chǎn)與職能部門之間相輔相成的作用得以優(yōu)化。因此，信息通信技術(shù)更迭應(yīng)用的同時，配套數(shù)字化系統(tǒng)的硬件、軟件產(chǎn)品及企業(yè)各部門各流程的配合協(xié)同均需考慮在內(nèi)，按照產(chǎn)品全生命周期業(yè)務(wù)過程，對研發(fā)、工藝、制造、檢驗與維修服務(wù)等階段全方位覆蓋，達到企業(yè)內(nèi)部應(yīng)用正向循環(huán)，相互促進。二是要配套企業(yè)外部數(shù)字化生態(tài)體系的建設(shè)，形成企業(yè)內(nèi)外部數(shù)字化生態(tài)體系的良性互動。工業(yè)企業(yè)內(nèi)外部數(shù)字化生態(tài)體系主要體現(xiàn)在產(chǎn)品價值網(wǎng)絡(luò)的搭建上，借助信息通信技術(shù)，不斷優(yōu)化整合價值鏈、供應(yīng)鏈、產(chǎn)業(yè)鏈，以用戶體驗為核心，提升生產(chǎn)、經(jīng)營、流通速度，調(diào)整競爭策略，打通價值創(chuàng)造、傳遞和協(xié)同，最終實現(xiàn)價值交付。這個過程需要上下游合作企業(yè)、甚至整個產(chǎn)業(yè)鏈數(shù)字化水平的整體提升[6]。三是考慮到企業(yè)實際，要進一步結(jié)合金融創(chuàng)新，構(gòu)建多層次、多渠道、多元化的資金支持機制，幫助企業(yè)應(yīng)對資金問題。在應(yīng)用信息通信技術(shù)以及在此基礎(chǔ)上架構(gòu)的物聯(lián)網(wǎng)、工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)等新技術(shù)時，不乏一些企業(yè)顧慮較多，在改變現(xiàn)有生產(chǎn)模式流程等帶來的接受程度以及改造效果方面的顧慮上，更多來源于資金投入的顧慮。因此需要有關(guān)部門加大支持，采用補貼、減稅、租金等方面的措施，降低企業(yè)在資金方面的顧慮，調(diào)動企業(yè)積極性，提升工業(yè)企業(yè)數(shù)字化轉(zhuǎn)型效率。