我國“5G+工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)”產(chǎn)業(yè)發(fā)展及面臨的新挑戰(zhàn)簡析

□ 文 云夢妍

0 引言

我國新一輪科技革命持續(xù)加速，產(chǎn)業(yè)變革深入推進，科技與產(chǎn)業(yè)的深度融合推動了生產(chǎn)方式優(yōu)化、商業(yè)模式創(chuàng)新和產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)升級。5G是新一代信息通信技術(shù)的代表，工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)是制造業(yè)轉(zhuǎn)型的重要動力。“5G+工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)”將加速制造業(yè)數(shù)字化、網(wǎng)絡(luò)化、智能化轉(zhuǎn)型，產(chǎn)生的輻射帶動和疊加倍增效應(yīng)在助力制造強國建設(shè)的同時，還將為中國經(jīng)濟發(fā)展注入新動能。

1 簡述

工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)旨在使人、物料、機器、車間、企業(yè)等各要素實現(xiàn)泛在互聯(lián)，構(gòu)建起覆蓋全產(chǎn)業(yè)鏈、全價值鏈的全新制造和服務(wù)體系，提高生產(chǎn)效率、改進生產(chǎn)方式、創(chuàng)新應(yīng)用模式、優(yōu)化產(chǎn)業(yè)生態(tài)。5G的高速率、低時延和大連接有助于充分釋放工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)的潛能，工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)的諸多垂直行業(yè)和應(yīng)用場景也為5G開辟了廣闊的市場空間。

目前，工廠主要使用的通信方式仍然是有線網(wǎng)絡(luò)，如以太網(wǎng)、現(xiàn)場總線等，無線網(wǎng)絡(luò)只應(yīng)用于某些特殊環(huán)境中。但隨著柔性生產(chǎn)、個性化定制等新型生產(chǎn)模式的興起以及物料搬運、自動質(zhì)檢、遠程維護等新興生產(chǎn)應(yīng)用的普及，傳統(tǒng)固定產(chǎn)線生產(chǎn)模式被逐漸解構(gòu)，無線網(wǎng)絡(luò)為產(chǎn)線擴展、移動設(shè)備接入提供了更大的靈活性，同時避免了線體纏繞、線體長度不足等問題，能有效滿足工廠的實際生產(chǎn)需要。

不同的工業(yè)場景對無線網(wǎng)絡(luò)的需求不同，例如，控制類應(yīng)用要求網(wǎng)絡(luò)低時延和高可靠，數(shù)據(jù)采集類應(yīng)用要求網(wǎng)絡(luò)能夠承載大量接入設(shè)備，視頻監(jiān)測類應(yīng)用需要網(wǎng)絡(luò)具有較高上行帶寬等，這些都對無線網(wǎng)絡(luò)提出了更高的要求。而5G網(wǎng)絡(luò)特性高度契合工業(yè)生產(chǎn)，既能適應(yīng)產(chǎn)線調(diào)整和移動機器人、自動導(dǎo)引車等移動設(shè)備的需要，為工廠設(shè)備和傳感器的大量無線數(shù)據(jù)傳輸提供支持，又能克服傳統(tǒng)無線網(wǎng)絡(luò)速率慢、抗干擾能力差等弱點，極大地提升了無線網(wǎng)絡(luò)在工業(yè)中的應(yīng)用價值，推動傳統(tǒng)制造業(yè)實現(xiàn)變革。

5G不僅提供了網(wǎng)絡(luò)連接，還為大數(shù)據(jù)、云計算、人工智能等技術(shù)充分賦能，助力新一代信息技術(shù)的聚合創(chuàng)新，解決工廠數(shù)字化轉(zhuǎn)型過程中的難點和痛點，加速科技與制造業(yè)的深度耦合，為數(shù)字化轉(zhuǎn)型注智賦能，推動制造業(yè)高質(zhì)量發(fā)展。

2 產(chǎn)業(yè)現(xiàn)狀

2.1 政策環(huán)境

近年來國家出臺多項政策為“5G+工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)”的發(fā)展保駕護航。2017年11月，國務(wù)院印發(fā)《關(guān)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(dǎo)意見》，明確提出“在5G研究中開展面向工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用的網(wǎng)絡(luò)技術(shù)試驗，協(xié)同推進5G在工業(yè)企業(yè)的應(yīng)用部署”，為“5G+工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)”產(chǎn)業(yè)的起步探索奠定了良好基礎(chǔ)。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》，提出5個產(chǎn)業(yè)公共服務(wù)平臺、10個重點行業(yè)和20大典型應(yīng)用場景的發(fā)展目標，并于2021年5月和11月分別發(fā)布兩批《“5G+工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)”典型應(yīng)用場景和重點行業(yè)實踐》，對5G在工業(yè)中的應(yīng)用落地起到了重要的指導(dǎo)作用。2022年9月，工信部印發(fā)《5G全連接工廠建設(shè)指南》，推動5G與工業(yè)應(yīng)用的融合向縱深發(fā)展，為“5G+工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)”發(fā)展的下一階段指明了方向。2022年11月，工信部、發(fā)改委、國資委聯(lián)合印發(fā)《關(guān)于鞏固回升向好趨勢加力振作工業(yè)經(jīng)濟的通知》，將5G作為經(jīng)濟發(fā)展的新動能，提出要“深化‘5G+工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)’融合應(yīng)用，加快5G全連接工廠建設(shè)，推動各地高質(zhì)量建設(shè)工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)示范區(qū)和‘5G+工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)’融合應(yīng)用先導(dǎo)區(qū)”，表明多個部門將合作發(fā)力，全方位多舉措推進“5G+工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)”全面發(fā)展，進一步夯實工業(yè)經(jīng)濟回穩(wěn)基礎(chǔ)。

在中央政策引導(dǎo)下，多個省市自治區(qū)因地制宜，根據(jù)當(dāng)?shù)禺a(chǎn)業(yè)發(fā)展特點，有針對性地制定戰(zhàn)略推進5G與工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)的融合，如湖北省人民政府辦公廳印發(fā)的《湖北省5G+工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)融合發(fā)展行動計劃（2021-2023年）》、山西省工信廳印發(fā)的《5G引領(lǐng)數(shù)字經(jīng)濟發(fā)展壯大2022年行動計劃》、江蘇省工信廳會同省委網(wǎng)信辦、省發(fā)改委等13個部門聯(lián)合印發(fā)的《江蘇省5G應(yīng)用“領(lǐng)航”行動計劃（2022-2024年）》、上海市通管局印發(fā)的《5G應(yīng)用“海上揚帆”行動計劃（2022—2023年）》等。地方層面的政策為“5G+工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)”的落地和規(guī)模化發(fā)展營造了良好的環(huán)境，部分地區(qū)提供的配套資金支持不僅提升了工業(yè)企業(yè)應(yīng)用5G的積極性，還能引導(dǎo)和撬動社會投資，激發(fā)市場主體活力。

工業(yè)企業(yè)中的5G專網(wǎng)目前主要有三種建設(shè)模式：虛擬專網(wǎng)、混合專網(wǎng)和獨立專網(wǎng)。

2.2 部署方式

工業(yè)企業(yè)中的5G專網(wǎng)目前主要有三種建設(shè)模式：虛擬專網(wǎng)、混合專網(wǎng)和獨立專網(wǎng)。其中，虛擬專網(wǎng)是在公網(wǎng)架構(gòu)的基礎(chǔ)上，通過5G切片技術(shù)從邏輯上實現(xiàn)業(yè)務(wù)隔離與加速，這種建設(shè)模式成本低、網(wǎng)絡(luò)改造難度小，但可靠性與安全性也相對較弱；混合專網(wǎng)通過核心網(wǎng)用戶面功能（UPF）下沉，并在企業(yè)內(nèi)部署邊緣計算，實現(xiàn)了業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)不出廠，且建設(shè)成本適中，是目前應(yīng)用最為廣泛的建設(shè)模式；獨立專網(wǎng)需要獲得專有頻譜，在企業(yè)內(nèi)自建物理專網(wǎng)，基站等設(shè)備完全專有，從物理上與公網(wǎng)實現(xiàn)隔離，所有數(shù)據(jù)都在企業(yè)內(nèi)部流動，速率快、安全性高、自主性強，但建設(shè)和運維成本高，頻譜資源利用不充分，目前仍在探索中。

內(nèi)置5G芯片和模組的5G設(shè)備可以直接接入工廠的5G網(wǎng)絡(luò)，如5G機器人、5G無人車等。而對工廠中的存量設(shè)備和新購置的不支持5G網(wǎng)絡(luò)的設(shè)備，可以通過5G網(wǎng)關(guān)和5G CPE對其進行5G化改造，實現(xiàn)5G與現(xiàn)有生產(chǎn)體系的互聯(lián)互通，推動工廠網(wǎng)絡(luò)部署向5G平穩(wěn)過渡，這也是目前普遍被工業(yè)企業(yè)使用的方式。

2.3 應(yīng)用場景

在工廠中部署5G為企業(yè)帶來了諸多好處。第一，提高生產(chǎn)效率。例如，5G自動導(dǎo)引車和5G物流機器人極大改善了廠內(nèi)物料和產(chǎn)品的運輸效率。第二，創(chuàng)新生產(chǎn)方式。例如，工人佩戴AR頭顯，借助5G網(wǎng)絡(luò)的大帶寬和低時延可與專家實現(xiàn)高效的遠程通信，便于遠程指導(dǎo)和故障排除。第三，保障生產(chǎn)安全。例如，在危險和條件苛刻的不適合工人活動的生產(chǎn)環(huán)境中，可遠程操控5G設(shè)備代替人工作業(yè)，提高工人安全性。

工信部《“5G+工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)”典型應(yīng)用場景和重點行業(yè)實踐》梳理了20個典型應(yīng)用場景，分別是：協(xié)同研發(fā)設(shè)計、遠程設(shè)備操控、設(shè)備協(xié)同作業(yè)、柔性生產(chǎn)制造、現(xiàn)場輔助裝配、機器視覺質(zhì)檢、設(shè)備故障診斷、廠區(qū)智能物流、無人智能巡檢、生產(chǎn)現(xiàn)場監(jiān)測、生產(chǎn)單元模擬、精準動態(tài)作業(yè)、生產(chǎn)能效管控、工藝合規(guī)檢驗、生產(chǎn)過程溯源、設(shè)備預(yù)測維護、廠區(qū)智能理貨、全域物流監(jiān)測、虛擬現(xiàn)場服務(wù)、企業(yè)協(xié)同合作。這些應(yīng)用場景涵蓋了研發(fā)設(shè)計、生產(chǎn)制造、倉儲物流、管理運維等企業(yè)運營全鏈條。5G促進了信息技術(shù)（IT）和運營技術(shù)（OT）的融合，在工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)中的實踐應(yīng)用逐步從外圍輔助性應(yīng)用進入核心生產(chǎn)環(huán)節(jié)，從單點局部應(yīng)用到各環(huán)節(jié)全面鋪開，充分賦能工業(yè)生產(chǎn)。

5 G 促進了信息技術(shù)（IT）和運營技術(shù)（O T）的融合，在工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)中的實踐應(yīng)用逐步從外圍輔助性應(yīng)用進入核心生產(chǎn)環(huán)節(jié)，從單點局部應(yīng)用到各環(huán)節(jié)全面鋪開，充分賦能工業(yè)生產(chǎn)。

3 面臨的新挑戰(zhàn)

當(dāng)前，我國“5G+工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)”產(chǎn)業(yè)發(fā)展面臨技術(shù)、產(chǎn)業(yè)、應(yīng)用、人才等多個層面的新挑戰(zhàn)。

3.1 技術(shù)層面

5G技術(shù)尚有局限性。5G上行帶寬不能完全滿足生產(chǎn)需要，機器視覺質(zhì)檢等應(yīng)用所需的上行帶寬遠大于下行帶寬，在數(shù)據(jù)量大時無法實現(xiàn)實時處理。復(fù)雜的工業(yè)生產(chǎn)環(huán)境也制約了“5G+工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)”的普及。與傳統(tǒng)有線網(wǎng)絡(luò)相比，5G等無線技術(shù)的抗干擾能力相對更差，其通信可能會受到電磁場干擾，工廠中的粉塵還可能會影響5G相關(guān)的精密設(shè)備。此外，一些特殊的工業(yè)場景需采取主備模式來保證安全可靠生產(chǎn)，5G網(wǎng)絡(luò)環(huán)境下，主備節(jié)點的無縫切換尚未完全達到工業(yè)生產(chǎn)的要求。

“5G+工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)”產(chǎn)業(yè)鏈中的部分關(guān)鍵技術(shù)未能完全擺脫“卡脖子”難題。5G芯片、工業(yè)軟件等重要領(lǐng)域不夠成熟，高端產(chǎn)品依賴進口，自主技術(shù)缺乏核心競爭力，無法滿足企業(yè)應(yīng)用需求。

網(wǎng)絡(luò)安全風(fēng)險增加。工廠設(shè)備和工控系統(tǒng)復(fù)雜多樣，安全防護水平參差不齊。在虛擬專網(wǎng)和混合專網(wǎng)的建設(shè)模式下，大規(guī)模部署5G打破了傳統(tǒng)工廠相對封閉的環(huán)境，使更多的工業(yè)設(shè)備和系統(tǒng)暴露在公網(wǎng)中，缺陷和漏洞容易受到攻擊，工業(yè)數(shù)據(jù)也存在泄露可能。

3.2 產(chǎn)業(yè)層面

建設(shè)和運營成本高。5G組網(wǎng)復(fù)雜，需要部署的基站數(shù)量比4G多，對工廠現(xiàn)網(wǎng)的5G化改造投入較大。另外，5G設(shè)備的功耗也大于4G，持續(xù)運營維護面臨較大成本壓力，整體投資收益率難以達到理想水平。許多企業(yè)受資金因素制約，推動“5G+工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)”落地的能力有限。

產(chǎn)業(yè)配套不成熟。5G芯片、模組、終端尚未成熟，種類和數(shù)量無法完全滿足各類復(fù)雜工業(yè)場景的要求，市場較為分散，規(guī)模效應(yīng)不夠顯著，導(dǎo)致價格偏高，直接抬升了工業(yè)企業(yè)開展5G升級改造的成本，制約了5G在工廠中的規(guī)模化推廣。

商業(yè)模式不清晰。當(dāng)前工廠部署和應(yīng)用5G網(wǎng)絡(luò)獲得了政府資金支持，電信運營商在市場導(dǎo)入期也未將成本全部轉(zhuǎn)嫁給工業(yè)企業(yè)，當(dāng)前仍是投入大收益少。“5G+工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)”實際上缺乏清晰的且可持續(xù)的盈利模式，計費方式和價格標準都沒有形成行業(yè)共識。此外，電信運營商、設(shè)備商、工業(yè)企業(yè)在建設(shè)和運維中如何分工合作，也亟待探索。

3.3 應(yīng)用層面

企業(yè)信息化水平有限。特別是中小型企業(yè)，生產(chǎn)設(shè)備和產(chǎn)線的數(shù)字化程度不高，信息系統(tǒng)分散且未實現(xiàn)互聯(lián)互通，數(shù)據(jù)流動存在“斷點”，智能化基礎(chǔ)薄弱，并不具備部署5G網(wǎng)絡(luò)的條件，也難以發(fā)揮出“5G+工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)”的真正價值。

缺乏對5G有剛需的工業(yè)場景。傳統(tǒng)工廠目前主要使用有線連接等方式，對于固定的產(chǎn)線設(shè)備，有線網(wǎng)絡(luò)基本能夠完全滿足需求。在需要無線網(wǎng)絡(luò)時，4G+WiFi的模式可以對有線網(wǎng)絡(luò)形成補充，部署靈活性較強，覆蓋面較廣。在現(xiàn)有的絕大多數(shù)應(yīng)用場景中，5G暫時沒有不可替代性，很難成為工廠剛需，企業(yè)對接入5G持觀望態(tài)度，市場需求有待進一步培育和激發(fā)。

實際工業(yè)生產(chǎn)復(fù)雜多樣，不同行業(yè)和場景對5G網(wǎng)絡(luò)性能的需求不同。工廠和產(chǎn)線使用的機器設(shè)備種類多，協(xié)議標準不統(tǒng)一，異構(gòu)系統(tǒng)集成難，業(yè)務(wù)場景碎片化，企業(yè)需求個性化程度高，解決方案很難復(fù)制和規(guī)模化推廣。

3.4 人才層面

新一代信息技術(shù)和融合應(yīng)用技術(shù)的發(fā)展日新月異，企業(yè)普遍缺乏同時精通信息技術(shù)和工業(yè)生產(chǎn)的人才，技術(shù)與業(yè)務(wù)不易協(xié)同，特別是5G和工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)領(lǐng)域的復(fù)合人才存在很大缺口，且培養(yǎng)體系不完備，高精尖人才供給和儲備嚴重短缺，給“5G+工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)”應(yīng)用落地帶來了較大阻礙。

4 發(fā)展建議

對推動新階段“5G+工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)”產(chǎn)業(yè)發(fā)展，主要有以下幾方面建議。

4.1 加強技術(shù)研發(fā)

通過資金補貼或加大研發(fā)活動的稅收抵免力度等方式，推動通信企業(yè)、工業(yè)企業(yè)、科研機構(gòu)、高校等研發(fā)主體積極開展5G增強、毫米波、芯片模組等技術(shù)的研發(fā)工作，盡快突破一批“卡脖子”技術(shù)，努力實現(xiàn)關(guān)鍵核心技術(shù)自主可控。提高5G網(wǎng)絡(luò)安全防護能力，構(gòu)建制度健全、技術(shù)先進的“5G+工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)”安全保障體系，消除企業(yè)部署5G的安全顧慮。

4.2 完善產(chǎn)業(yè)生態(tài)

推進基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)，增加芯片、模組、終端等5G產(chǎn)品供給，通過規(guī)模化發(fā)展降低產(chǎn)品價格，吸引更多下游工業(yè)企業(yè)部署5G，從而進一步擴大市場規(guī)模，增加上游企業(yè)利潤，形成良性循環(huán)，盤活潛在市場。鼓勵電信運營商、設(shè)備商和工業(yè)企業(yè)發(fā)揮自身優(yōu)勢，探索多方協(xié)同合作、互利共贏的可持續(xù)商業(yè)模式。加快推進核心技術(shù)和應(yīng)用服務(wù)等方面的標準體系建設(shè)，助力融合應(yīng)用復(fù)制推廣。充分發(fā)揮聯(lián)盟協(xié)會等第三方組織的紐帶作用，加強供需對接，優(yōu)化公共服務(wù)。探索開發(fā)“5G+工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)”金融產(chǎn)品，引導(dǎo)社會資金加大投入，幫助中小企業(yè)完成轉(zhuǎn)型。

4.3 逐步鋪開應(yīng)用

有針對性地分階段推動“5G+工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)”落地。從應(yīng)用場景看，5G高清視頻融合類應(yīng)用改造難度低，企業(yè)對遠程視頻監(jiān)控有現(xiàn)實需求，可以優(yōu)先發(fā)展；5G機器人和自動導(dǎo)引車已進入高速發(fā)展期，應(yīng)當(dāng)重點關(guān)注；而5G控制類應(yīng)用涉及生產(chǎn)核心環(huán)節(jié)，容錯性低且對技術(shù)要求高，仍需進一步探索。從應(yīng)用企業(yè)看，鼓勵重點行業(yè)的龍頭企業(yè)優(yōu)先探索5G應(yīng)用，打造示范標桿，輻射帶動中小企業(yè)，加快解決方案復(fù)制推廣，以點帶面、以面帶全促進行業(yè)整體發(fā)展。

4.4 重視人才培養(yǎng)

加快培育“5G+工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)”方面的人才，鼓勵高等院校、職業(yè)教育機構(gòu)和社會培訓(xùn)機構(gòu)開設(shè)相關(guān)專業(yè)和課程，建設(shè)專業(yè)技術(shù)人才繼續(xù)教育基地，增強人才要素供給，并幫助企業(yè)建立引進、培養(yǎng)、用人、留人相結(jié)合的制度體系，打造高端復(fù)合型人才隊伍。

5 結(jié)束語

我國“5G+工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)”經(jīng)過前期探索，已邁向規(guī)模發(fā)展的新階段，正在進一步走深拓廣，推動傳統(tǒng)工業(yè)降本、提質(zhì)、增效。推動“5G+工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)”落地需要最大程度發(fā)揮政府引導(dǎo)作用和市場主導(dǎo)作用，政產(chǎn)學(xué)研用各主體協(xié)同發(fā)力，共建良好的產(chǎn)業(yè)發(fā)展生態(tài)，賦能制造業(yè)數(shù)字化、網(wǎng)絡(luò)化、智能化轉(zhuǎn)型。■