赋能工业互联网5G助力制造业高质量发展

1、赋能工业互联网5G助力制造业高质量发 展作者：暂无来源：上海信息化2020年第3期文/郑茂宽5G独有的技术优势能够切实满足工业互联网组网需求，增强产业供给能力，为工业互联网 跨越式发展提供坚实的技术保障。近年来，我国产业界以创新发展为动力，坚持企业主体与政 府引导、自主创新与开放合作相结合，加快推动5G、工业互联网的研发和产业化。在政产学研 用各方努力下，上海在“5G+工业互联网”领域率先发力，不断突破，融合成效初显，发展前景 广阔。工业互联网是第四次工业革命的关键支撑，5G是新一代信息通信技术演进升级的重要方向， 二者皆为实现经济社会数字化转型的重要驱动力量。5G与工业互联网的融合创新发展，

2、将推动 制造业从单点、局部的信息技术应用向数字化、网络化、智能化转变，也为5G开辟更为广阔的 市场空间，从而有力支撑制造强国、网络强国建设。当前，我国产业界推进5G与工业互联网融合创新的积极性不断提升，“5G+工业互联网” 内网建设改造覆盖的行业领域日趋广泛，应用范围向生产制造核心环节持续延伸，叠加倍增效 应和巨大应用潜力不断释放但同时也应认识到：5G与工业互联网融合创新仍处于起步期， 产业基础有待进一步夯实，路径模式有待进一步探索，发展环境有待进一步完善。5G：制造业创新发展的使能技术习近平总书记强调，“我国是个大国，必须发展实体经济，不断推进工业现代化、提高制 造业水平”。制造业是实体经济

3、的主体，振兴实体经济重在做大做强制造业。2019年，中央经 济工作会议把推动制造业高质量发展，列为2019年七项重大工作任务之首，明确提出要加大制 造业的技术改造和设备更新，加快5G商用步伐，加快人工智能、工业互联网、物联网等新型基 础设施建设。5G的高速率、低时延、海量连接等优势特性能够满足工业互联网连接多样性、性能差异化 以及通信多样化的网络需求，显著增强工业互联网产业供给能力，为工业互联网跨越发展提供 坚实的技术保障，全面支撑工业互联网新业务、新模式创新发展。5G TSN （时间敏感网络）技术通过高精度时间同步，实现工厂内无线TSN，保障工业互联 网业务端到端的低时延。5G网络切片技术支

4、持多业务场景、多服务、高质量、多用户、多行业 的隔离和保护。5G高频和多天线技术支持工厂内的精准定位和高宽带通信，大幅提高远程操控 领域的操作精度。5G边缘计算加速工业IT及OT （工业控制）网络融合，通过边缘数据处理、 跟踪及聚合能力的增强，提升工业互联网业务高可靠、低时延等性能指标，优化资源共享和用 户体验。基于5G技术的工业互联网新产品、新模式、新业态，将显著降低企业运营成本，提高生产 效率、优化制造资源配置，提升产品高端化、装备高端化、生产智能化水平，推动制造业实现 质量效益提高、产业结构优化、发展方式转变、增长动力转换，为建设现代化经济体系提供有 力保障。5G与人工智能、云计算和大数

5、据分析相结合，通过对物理世界的数字化映射，对工业 设备状态采集的数据进行分析，以优化生产流程和进行主动预测性维护，提高单位生产效率，促进整个产业体系转型升级。5G与工业互联网融合带动制造业创新发展主要表现为以下四种新 模式转变：智能化生产。利用先进制造工具和5G网络信息技术能够对生产流程进行智能化改造，实现 数据的跨系统流动、采集、分析与优化，完成设备性能感知、过程优化、智能排产等智能化生 产方式。近年来，我国的许多龙头制造企业以“互联网+ ”制造为主攻方向，通过建立智能工厂， 推动智能化生产，实现了数字化和智能化转型。网络化协同。航空、汽车等行业实施企业内的协同制造已有十几年的历史，但5G技

6、术赋予 了协同制造新的内涵和应用。企业借助大数据和工业云平台，发展企业间协同研发、众包设计、 供应链协同等新模式，能有效降低资源获取成本，加速从单打独斗向产业协同转变。网络化协 同包括协同研发、众包设计、供应链协同等模式，为传统企业高效、便捷、低成本地实现创新 开辟新渠道。个性化定制。5G所具备的大带宽、低时延、可靠性的特点，提升了产线的柔性程度和灵活 性，助力柔性化生产的大规模普及。一方面，5G网络进入工厂，在减少机器与机器之间线缆成 本的同时，利用高可靠性网络的连续覆盖，使机器人在移动过程中活动区域不受限，按需到达 各个地点，在各种场景中进行不间断工作以及工作内容的平滑切换。另一方面，5G

7、可构建连接 工厂内外的人和机器为中心的全方位信息生态系统，实现实时信息共享。让客户参与到企业的 产品设计及生产过程中，并实时查询产品状态信息。服务化延伸。制造业正积极探索由传统的产品为中心向以服务为中心的经营方式的转变， 通过构建智能化服务平台和智能化服务成为新的业务核心，以摆脱对资源、能源等要素的投入。 基于5G，企业将更好地实现产品联网与运行数据采集，并利用大数据分析提供多样化智能服务， 延伸价值链条。制造业服务化延伸已成为越来越多制造企业销售收入和利润的主要基础，是制 造业竞争优势的核心来源。我国加快“5G+工业互联网”探索步伐近年来，我国产业界始终以创新发展为动力，坚持企业主体与政府引

8、导、自主创新与开放 合作相结合，加快推动5G、工业互联网等的研发和产业化。在政产学研用各方的共同努力下， 我国“5G+工业互联网”不断取得新进展，融合成效初显，发展前景广阔。2017年11月，国务院印发关于深化“互联网+先进制造业”发展工业互联网的指导意 见，明确提出要开展5G面向工业互联网应用的网络技术试验，协同推进5G在工业企业的应 用部署。2019年1月，工信部发布工业互联网网络建设及推广指南，提出要在2020年初 步建成工业互联网基础设施和技术产业体系。2019年11月，工信部印发“5G+工业互联 网”512工程推进方案，从技术产业、创新应用、资源供给等方面提出细化发展目标和发展 路径

9、，加速推动“5G+工业互联网”512工程落地实施。此外，上海、北京、广东、浙江、福建 等10余个省市地区都将5G与工业的融合应用作为产业规划的重点。同时，行业应用日益深入。基础电信企业和大型工业企业强强联合，在多个行业加快布局， 已形成20余种融合应用类型，重点聚焦工业制造、能源电网、智慧港口等领域。中国商飞与中 国联通、华为、中国信通院等机构合作探索：如何通过5G全连接工厂实时管控工厂生产状态， 不断消除工厂运营中的资源浪费，使生产实现高度精益化。南方电网联合中国移动、华为等， 利用5G切片技术在深圳开展5G承载配用电业务改造试点，确保企业内网便捷、高效、安全应 用。整体看，我国“5G+工业

10、互联网”融合发展起步早、基础好，应用已逐渐由巡检、监控等外 围环节向生产控制、质量检测等生产内部环节延伸。此外，产业生态加速形成。2016年成立的工业互联网产业联盟作为我国工业互联网产业生 态的主要载体，专门成立了工业无线特设组，推动5G等新型无线技术在工业领域应用落地，协 同研究并发布5G+H业互联网白皮书边缘计算白皮书等成果。2019年成立的5G应用产 业方阵重点聚焦5G产业应用，积极促进供需对接、技术革新、知识共享，通过成员单位间的优 势互补，加强应用推广，推动5G产业发展。上海“5G+工业互联网”应用实践上海市高度重视5G产业发展和应用创新，2019年先后发布了关于加快推进本市5G网络

11、 建设和应用的实施意见和上海5G产业发展和应用创新三年行动计划（20192021年） 两份重要文件，重点提出要推进5G与制造业的融合应用，开展基于5G的AR （增强现实）辅助 装配与远程协调、远程机器控制、生产设备实时监控、云化实时检测等应用，借助5G技术打通 企业生产流程，实现设计、生产、销售各环节的互联互通，推进产业链制造资源整合，提升企 业生产效率和产品质量。在2019年8月举行的第二届“绽放杯”应用征集大赛上海分赛中，在 航空航天、船舶建造、半导体装备制造等领域，涌现出了一批典型的“5G+工业互联网”优秀应 用案例，为各制造行业5G的创新应用做出了标杆示范。5G+航空航天。某航空装备制

12、造企业在充分利用5G新特性的基础上，建立基于5G的私有云 平台和基于5G的制造能力平台，构建企业内工业大数据服务和企业AI解决方案库，并基于此 开发一批典型5GX业互联网应用，形成了一套成熟的5GX业互联网综合解决方案。在智慧生 产装配应用上，利用5G通讯技术的高并发特点，通过条形码、二维码、RFID （射频识别）等数 字化技术，结合智能终端与物联网系统，实现工厂全生产要素全生命周期的实时数据跟踪，并 通过大数据智能分析决策实时管控工厂生产状态。在质量智能检测应用上，一是基于8K超高清 视频影像，在云端完成紧固件缺陷智能识别分类和测量等任务，辅助质检人员完成检测工作。 二是基于56的双相机摄影

13、测量，实现测量相机移动测量，在装配过程中实时通过测量的分析结 果，优化改进装配的工艺方法。三是基于机器视觉的复合材料智能拼缝检测。使用工业相机对 自动铺带过程进行拍摄，将拼缝和多余物快速传输到云平台，对拼缝宽度和多余物情况进行快 速精确分析。在智慧物流应用上，建设基于多AGV（Automated Guided Vehicle，自动导引运 输）协同的车间级智能配送系统，通过5G技术实现双AGV在运行过程中的信息同步，满足了绝 大多数中低速的大型零件搬运场景。同时，建立基于RFID的复合材料全生命周期追溯系统，对 物料进行数字化标识，实现材料状态自动化记录、处理，实现长期可追溯。在智慧决策应用上，

14、 打造基于5G云VR （虚拟现实）的数字挛生透明工厂，实现与工厂各生产系统、管理系统的多 维数据同步，让工厂信息在虚拟现实环境中挛生还原。5G+船舶建造。某船舶制造企业结合5G网络的技术和性能优势，立足平台，从通用场景出 发，逐步深入船舶制造领域，实现工业互联网能力突破。在基于5G的机器视觉检测上，应用 5G满足了船舶现场测量无线传输速度及多目同步要求，通过高可靠计算能力能够利用云端的计 算服务为检测服务，解决了计算瓶颈，特别是应用在大型产品检测场景。5G还能极大提高效率， 多目检测只需1至2张图像即可完成产品检测，工作效率提升10倍以上。通过基于5G的 AR/VR应用，可以真实感受船舶设计模

15、型，有沉浸感，结合云VR可远程进行模型审查，VR虚拟 模型与真实环境进行交互，模型尺寸可量化。在基于5G的AGV应用上，基于5G的网络保障， 可实现高精度定位，一是控制更高效，5G网络的低时延特性在AGV移动应用中，能够让AGV接 收任务、反馈数据变得更高效更迅捷；二是通讯更可靠，5G技术使控制信号不受其他信号干扰。 在基于5G的船厂钢板资产管理上，钢板原料在仓储过程中可被定位和精准识别，综合定位精度 可达亚米级，最高可达厘米级，钢板原料出入库过程可被追溯及可视化，使用抗金属RFID标签， 钢板侧边贴放，可重复利用。5G+半导体装备制造。某公司通过建设基于5G技术的全球泛半导体设备研发、制造、

16、运维 的全生命周期平台，以5G的先进技术为核心构建工业互联网平台，借助5G高速率、大带宽、 广覆盖的特点打造泛半导体行业的工业级应用场景，比如借助5G高速率的特性，VR/AR赋能半 导体行业，通过数字信息来可视化指导、引导和改进与实体设备进行交互的方式，有助于重新 构建产品设计、生产制造、运维的服务模式。通过该平台的建设，整合了半导体产业链上下游 资源，打通了供应链和价值链，实现了行业商业模式的创新应用。在基于5G的半导体设备研发 仿真协同上，研发协同仿真应用，采用5G网络承载设备的反应腔、自动执行机构、电气系统、 气体系统等子模块，异地协同设计与仿真输出的2D图纸、3D模型、数值分析模型等数

17、据的传 输，建立从产品、芯片设计、芯片封装、芯片测试、晶圆加工、核心设备制造、核心模块协作 商、关键零部件厂商到ODM （原始设计商）/OEM （原始设备制造商）全产业链的协作平台，提 升产品迭代的质量以及研发效率。在基于5G的半导体设备行业生产制造协同上，平台构建基于 工序级生产协同平台，同现有的生产系统无缝集成，实现智能化生产、网络化协同、个性化定 制、服务化延伸。通过5G+机器视觉实现质量监控，通过AR技术实现对现场工人的远程技术指 导，提高工作效率。“5G+工业互联网”融合发展展望中国制造业历经起伏，当前5G为我国制造业实现跨越式发展带来了重要机遇，5G将实现 真正的“万物互联”，其广泛应用将为制造业转型升级提供坚实支撑，缔造出规模空前的新兴 产业，助推制造强国、网络强国建设，具有重大的战略意义。尽管我国“5G+工业互联网”已经取得了初步成效，但发展潜力仍有待进一步挖掘。一方面， 56在工业领域的应用场景和盈利模式有待进一步探索，影响了工业企业对5G的