“5G+工業互聯網”發展前景及典型案例應用

袁華玉

（北京中網華通設計咨詢有限公司，北京 100071）

1 5G通信技術對工業互聯網的影響

隨著5G通信技術的升級發展及實踐應用，其對于工業互聯網產生了顯著的改變與影響，這種改變影響體現于工業互聯網的很多方面，如圖1所示。本文選取2個比較典型的領域來分析探討。

圖1 5G通信技術在工業互聯網當中的實踐應用

（1）基于5G通信技術對于工業互聯網的影響，可以進一步帶動企業數字化改革創新。目前，很多企業在工業互聯網的發展上面臨瓶頸，如操作系統不連貫，因數據孤島而制約信息流通等，但是隨著5G通信技術的融合應用，此類問題將會迎刃而解，企業方面通過運用大數據技術可以在自身制造過程中更好地開發數據價值，尤其在當前企業數據交互量級不斷增加的環境下，5G通信技術憑借自身優勢，能夠在數據采集、實時傳輸、邊緣計算等環節貢獻重要力量，并且為各方實時數據交流構建有效平臺。

（2）5G通信技術對于工業互聯網的影響，有利于企業更好地落實以用戶需求為導向的生產變革。目前，很多企業的生產工廠在系統、設備等信息連接方面，正在以無線網連接方式替換傳統硬連接方式，并且在實踐工作中顯著改善了組織生產成效，尤其相較于以往的3G、4G無線網絡技術，5G通信技術的性能優勢可以更好地達成工業生產需求，并為這種生產變革提供有利契機[1]。

2 “5G+工業互聯網”的發展前景

2.1 創新探索力度加大

工業互聯網的發展與網絡信息平臺、信息安全等方面的創新息息相關。隨著科學技術水平的不斷提升，傳統以太網的弊端逐漸暴露出來，由于其可靠性、時效性等相對較差，不利于在工業數據通信中應用，加上工業現場存在多種影響因素，如惡劣的工況、不規范的操作等，導致以太網可靠性大幅度下降。在這樣的背景下，對象鏈接與嵌入的過程控制（OLE for Process Control，OPC）統一架構（Unified Architecture，UA）+時間敏感網絡（Time-Sensitive Networking，TSN）應運而生，該組合方式具有多方面優勢，包括時效性強等，在同步、安全等方面也得到很大改善[2]。目前，OPC UA+TSN在工業領域中的應用仍然有待發展完善，越來越多的供應商都在加快對其研究和驗證，其數據安全將成為研究重點。

2.2 應用領域逐漸深入

工業互聯網落地速度的持續加快，被應用到了各行各業，其中包括電力行業、電子信息領域、航空航天領域等，同時工業互聯網領域涌現出了很多新模式，為制造業實現成功轉型提供了技術支撐。以海爾集團為例，為了能夠在激烈的市場競爭中占有一席之地，海爾集團將用戶與生產銷售物流等各個環節進行了有效連通，不僅做到了按照用戶需求生產和配送相應產品，還將支出成本降至最低，正是由于采用按需生產和配送的管理形式，實現了大規模定制生產目標，在一定程度上提高了經濟收入。就當前的發展形勢來看，制造企業、信息與通信技術企業（Information and Communications Technology，ICT）企業等都在加大對工業互聯網平臺的建設力度。目前，國內擁有工業互聯網平臺的企業已有上百家，其中有70余個工業互聯網平臺擁有一定的影響力，無論是核心能力還是服務質量都處于明顯的快速提升階段。

2.3 成為未來大勢所趨

“5G+工業互聯網”的融合應用將會產生疊加倍增效應，企業引入“5G+工業互聯網”具有重要意義，可以實現企業的遠程協同管理、管控無人化、產品個性化服務等目標，為企業快速發展提供有力支持。國內一些城市紛紛將5G通信技術與工業的融合應用放在產業規劃的首要位置上，其中包括北京市、浙江省杭州市、廣東省深圳市等，現階段融合應用已在19個省市全面開通，應用類型也超過了20余種，并且涉及多個領域。在這些工業互聯網應用領域中，區塊鏈的應用正處于迅速升溫趨勢，這與區塊鏈技術的特點有著密不可分的聯系。區塊鏈技術具有保護權限隱私、共享統一賬本、智能合約等功能，可以有效解決企業面臨的工業安全、資源融合、信息共享等問題，為企業開展各項工作提供有針對性的解決方案[3]。

3 “5G+工業互聯網”的典型案例應用

3.1 在電力行業的應用

這幾年電力行業飛速發展，取得輝煌的建設成果，但配電網的極速擴展加大了人工巡檢的難度。受地理環境、氣侯條件、線網復雜度高等多方面因素影響，配電線路出現故障時短時間內很難找到故障原因、無法做到精細化管理、難以實時監管電力設備。“5G+工業互聯網”+無人機巡檢的模式較好解決了這一問題。國家電網、南方電網等公司已成功引入“5G+工業互聯網”技術，通過對5G通信技術的利用實現了無人機智能巡檢與設備故障診斷等多項功能，為電力行業健康發展提供了保障。無人機智能巡檢工作的開展除了需要“5G+工業互聯網”技術的支撐，還涉及了很多新技術，包括全區定位系統（Global Positioning System，GPS）、雷達感應技術、圖像技術等，無人機巡檢具體工作流程如圖2所示。

圖2 無人智能巡檢流程圖

目前，國家電網與中國電信已經建立了合作關系，聯合開展了“5G+北斗智能巡檢無人機”項目建設，以此實現了無人機巡檢數據的有效回傳，還完成了獨立接入（Standalone Access，SA）網絡的創建并將北斗服務引入到工作中，從根本上解決了傳統輸變線路巡檢時間長、效率低等問題。同時，對圖像智能識別技術加以利用，在進行自主巡檢作業時，無人機能夠將收集到的影像資料及時回傳，并且完成無人機自主巡檢、輔助決策輸出等多項功能，與傳統方式相比，數據真實性工作效率、圖像準確率獲得極大提高，將5G通信技術的應用落實到了實處。

3.2 在電子設備制造業的應用

電子設備制造業存在產品更新換代速度快、自動化水平相對較高等特點，考慮到行業未來發展形勢，其亟需解決降低勞動力成本、滿足客戶差異化需求等方面問題。在現階段，華為技術有限公司、海爾集團等紛紛將5G通信技術引入到生產銷售中，極大程度地節省了生產成本與支出成本，顯著提高了生產制造效率，為實現數字化轉型奠定良好基礎。

以華為技術有限公司為例，該公司與中國移動建立了合作關系，借助5G通信技術構建了柔性生產制造場景，起初手機生產車間需要布線9萬m，隨著手機機型的更新換代，需要不斷進行升級和調整。而引入“5G+工業互聯網”技術后生產狀況得到有效改善，5G網絡將原有生產線上的各項工作環節進行了無線化連接，不僅縮短了生產線的作業時間，還將各個環節錄入到視覺檢測相機中，便于工作人員隨時檢查其工作情況[4]。

3.3 在裝備制造業的應用

裝備制造業涉及范圍較廣，包括工程機械制造、航空制造等領域，其對產品質量與生產技術有著極為嚴格的要求，同時存在著“用工荒、成本高”的現象，要想從根本上解決相關問題，還應該從質量檢測手段與精裝加工能力2個層面入手。中國高飛、三一重工等利用“5G+工業互聯網”技術開展了設備協同作業等測試，取得了顯著成果，為裝備制造業發展提供了有利支持。比如，中國高飛和中國聯通建立了合作關系，有效開展了協同研發設計和現場輔助裝配場景工作，在協同研發設計上，中國高飛以5G網絡服務為中心，利用增強現實與虛擬現實市場規模上傳數據，實現了產品研發實驗階段的在線協同和遠程診斷。在現場輔助裝配場景方面，高飛將5G+增強現實（Augmented Reality，AR）輔助裝配系統引入其中，其可以根據指導畫面完成指定動作，與人工方式相比裝配效率大幅度提升。

3.4 在鋼鐵行業中的應用

鋼鐵行業涵蓋煉鋼、軋鋼等多個環節，目前存在設備維護效率不高、生產壓力較大等方面問題，對于鋼鐵行業來講，解決當前面臨的各項問題已成為大勢所趨。在這樣的背景下，鞍鋼、華菱湘鋼等對5G通信技術加以合理利用，借助該技術開展生產現場監測、設備故障診斷等工作，不僅可以優化鋼鐵生產流程，還實現了可持續發展的戰略目標。

鞍鋼選擇與中國移動進行合作，將5G通信技術作為研究重點，在此基礎上開展了機器視覺質檢工作與生產現場監測工作，經過反復不斷的實驗與監測，研究結果顯示其能夠有效提高以上2項工作的工作效率。以生產現場監測工作為例，煉鐵廠皮帶通廊光線較為昏暗，如果人工進行操作其危險系數相對較高，而安裝4K高清攝像監控系統則有所不同，該系統可以與5G網絡搭配使用，及時向相關人員反饋該位置處的各項信息[5]。

3.5 在采礦行業中的應用

對于采礦行業而言，安全生產是行業的重點問題，無論是在露天作業環境中還是在地下采礦環境中都可能出現人員傷亡，如果不能及時有效地采取措施，勢必會影響到采礦行業的健康發展。考慮到安全生產問題的重要性，新元煤礦、千業水泥等積極引入“5G+工業互聯網”技術，以此實現全礦井無人操作等功能，具體應用流程如圖3所示。

圖3 全礦井無人操作流程圖

以新元煤礦與中國移動合作為例，新元煤礦開通了5G煤礦井下網絡，真正意義上實現了遠程設備操控，5G通信技術可以實時對挖進機等設備進行操控，同時可以全程監測和控制爆破過程，一旦發現問題立即遠程操控相應設備，就可以利用最短時間解決存在的事故問題。在傳統模式下，井下設備難免存在信號缺失等情況，利用5G通信技術能夠實現無人操作，尤其在危險區域進行作業時可以有效減少事故發生率。

4 結 論

綜上所述，我國5G通信技術的發展取得了舉世矚目的成就，而身處于萬物互聯的5G時代，工業互聯網也將經歷深刻變革，并且迎來全新的發展機遇。5G通信技術對于工業互聯網的影響是全面且深遠的，“5G+工業互聯網”不僅展現出了良好與廣闊的發展前景，更是未來各企業提升核心競爭力的必然選擇。目前，在諸多領域的具體實踐當中，“5G+工業互聯網”都已經在發揮作用，并且取得了顯著效果，未來仍需不斷加深5G通信技術與工業互聯網的深度融合。