導讀:數據采集是工業(yè)互聯(lián)網的基礎,當前我國工業(yè)領域所使用的通信協(xié)議種類多、各有不足且相對封閉,且約80%以上的工廠設備無法聯(lián)網,嚴重制約了設備數據上云,致使設備互聯(lián)互通問題突出。
工業(yè)互聯(lián)網與5G作為新型基礎設施建設的重要內容,兩者相輔相成。加快“工業(yè)互聯(lián)網+5G”融合發(fā)展,有利于豐富工業(yè)互聯(lián)網應用場景,加速工業(yè)企業(yè)數字化、智能化轉型,推動形成新模式加速培育、新生態(tài)加速構建的融合發(fā)展新圖景。
一、5G:打通工業(yè)互聯(lián)網最后一公里的有效手段
(一)5G助力破解工業(yè)互聯(lián)網設備互聯(lián)互通難題
數據采集是工業(yè)互聯(lián)網的基礎,當前我國工業(yè)領域所使用的通信協(xié)議種類多、各有不足且相對封閉,且約80%以上的工廠設備無法聯(lián)網,嚴重制約了設備數據上云,致使設備互聯(lián)互通問題突出。
通過將5G技術與工業(yè)PON、MEC(移動邊緣計算技術)等相結合,能夠降低工業(yè)場景協(xié)議轉換和設備接入難度,提升工業(yè)互聯(lián)網異構數據接入能力,有效解決“數據孤島”的問題。
(二)5G助力支撐海量工業(yè)數據實時同步傳輸
目前,大量工業(yè)企業(yè)現(xiàn)有內部網絡無法支撐工業(yè)場景中海量數據實時傳輸和網絡時間同步,亟需進行基礎網絡升級改造,提升網絡傳輸帶寬。
5G作為工業(yè)互聯(lián)網的關鍵基礎設施,具備大帶寬、低時延、海量連接的網絡特性,能夠提供端到端毫秒級時延和接近100%的高可靠性通信保障,滿足工業(yè)大數據無線傳輸需求和工業(yè)領域大量即時處理需求。
(三)5G助力拓展工業(yè)互聯(lián)網應用的廣度與深度
5G與工業(yè)互聯(lián)網的融合應用,將為工業(yè)互聯(lián)網發(fā)展開創(chuàng)新空間。
一方面,5G將助力工業(yè)互聯(lián)網全要素、全環(huán)節(jié)高效互聯(lián)互通,實現(xiàn)以數據流帶動技術流、資金流、人才流、物資流,有效提升傳統(tǒng)產業(yè)的發(fā)展質量與效益。
另一方面,5G將加速人工智能、AR/VR等新興前沿技術在工業(yè)領域的應用與探索,催生形成新產品、新模式和新業(yè)態(tài),拓展工業(yè)互聯(lián)網發(fā)展空間。
二、應用場景和實踐案例
面對5G帶來的新形勢和新機遇,商飛、華為、阿里等企業(yè)積極開展“工業(yè)互聯(lián)網+5G”應用實踐,逐步建立涵蓋網絡、設備、模式、算法、安全、標準等環(huán)節(jié)的“工業(yè)互聯(lián)網+5G”融合創(chuàng)新生態(tài)。
以商飛公司為例,通過聯(lián)合互聯(lián)網企業(yè)、設備制造企業(yè)、移動通信企業(yè)、科研院所等,開展“工業(yè)互聯(lián)網+5G”在大飛機生產制造、工廠物流、質量管控等方面的探索,形成智能生產、智能物流、智能檢測等融合應用實踐。
(一)智能生產
圍繞大飛機制造裝配場景中協(xié)調環(huán)節(jié)多、工藝復雜等特點,基于“5G+射頻+VR+平臺”,構建基于大數據驅動的產品、設備、工裝、物流、人員及刀量具等生產要素全過程管控,實現(xiàn)對生產環(huán)境、生產狀態(tài)、復合材料等跟蹤與優(yōu)化,提升生產的智能運營管理,使零配件定位誤差縮小在3厘米以內,運營成本降低20%,生產效率提高20%以上。
(二)智能物流
圍繞大飛機制造協(xié)同生產需求,基于“5G+遠程控制+AR+平臺”,構建輔助裝配與遠程協(xié)助、自動避障AGV運輸、雙目協(xié)同相機實時檢測等平臺功能,實現(xiàn)機床自主觸發(fā)物流需求、AGV自主智能路徑規(guī)劃的智能物流方式,大幅提升民機裝配協(xié)同效率,使傳統(tǒng)的單項工裝工作人員由3人減少到1人,裝配效率提高70%,降低操作人員成本20萬/人。
(三)智能檢測
圍繞產品幾何檢測、工裝定檢測量、供應商檢測追溯、虛擬裝配等應用場景,基于“5G+8K超清視頻+深度學習+平臺”,構建復合材料拼接檢測、智能無損檢測、超高清視頻監(jiān)控等平臺功能,實現(xiàn)復合材料的無損檢測、拼縫檢測,打造形成大飛機制造機器視覺,使檢測時間由原來幾小時甚至幾天縮短至幾分鐘,人員成本降低95%,實時檢測復材拼縫效率提高300%。
三、問題和挑戰(zhàn)
盡管工業(yè)互聯(lián)網與5G在工業(yè)場景中形成了一批典型應用案例,但由于目前工業(yè)網絡連接仍以現(xiàn)場總線和工業(yè)以太網為主,無線連接的發(fā)展進程受技術、標準、安全等影響較大,兩者的融合發(fā)展面臨著諸多挑戰(zhàn)。
一是部署5G成本壓力較大,資本回報周期較長。
由于基站數量、單價、功耗等方面的提高,5G網絡建設較4G需要更為龐大的資金投入,一定程度上限制了5G技術在工業(yè)企業(yè)尤其是中小型工業(yè)企業(yè)的推廣部署和應用。
二是核心技術對外依賴度較高,底層關鍵技術亟待突破。
我國5G核心技術對外依存度還比較高,電信設備和步部分終端設備的核心器件依賴進口。在標準制定方面,融合應用的標準體系尚未建立,工業(yè)數據上云上平臺的分級分類標準體系尚不完備。
三是5G技術帶來新的安全需求,對工業(yè)安全提出更高要求。
工業(yè)互聯(lián)網和5G網絡的網絡架構較為開放,將打破傳統(tǒng)工業(yè)領域相對封閉可信的網絡環(huán)境,使網絡攻擊直達生產內部,對工業(yè)安全技術體系、標準體系、認證體系等提出新的要求。
四、對策和建議
(一)以增量應用為先導,循序漸進打造工業(yè)互聯(lián)網與5G融合發(fā)展體系
從工業(yè)實際出發(fā),以創(chuàng)新性增量應用為突破口,做好5G網絡與現(xiàn)有工業(yè)控制系統(tǒng)的融通問題,由增量網絡到存量網絡,由單點應用到多點推廣,由特定行業(yè)、特定區(qū)域推及至跨行業(yè)跨領域,逐步建立起涵蓋生產全流程、全環(huán)節(jié)的一系列解決方案,形成系統(tǒng)化多層次“工業(yè)互聯(lián)網+5G”融合發(fā)展體系。
(二)以標準為引領,制定適應工業(yè)互聯(lián)網與5G融合發(fā)展的標準體系
開展“工業(yè)互聯(lián)網+5G”商用領域基礎共性和關鍵技術的標準制定工作,研究發(fā)布標準化建設指南,體系化地推動標準制修訂工作和產業(yè)應用。充分發(fā)揮多元參與方作用,制定和推廣國家、行業(yè)和團體等5G工業(yè)應用標準,同時建設標準管理服務平臺,開發(fā)標準符合性驗證工具及解決方案。
(三)以創(chuàng)新為動力,加速推進5G在工業(yè)互聯(lián)網領域的商用化步伐
組織建設“工業(yè)互聯(lián)網+5G”融合應用創(chuàng)新中心,聯(lián)合平臺企業(yè)、高校、研究機構、行業(yè)組織等,圍繞5G與云計算、大數據、人工智能、虛擬增強現(xiàn)實等技術在工業(yè)領域的融合,開展在視頻監(jiān)控、物流配送、輔助裝配與遠程運維、設備物聯(lián)等應用場景下的創(chuàng)新與實踐,引導企業(yè)加速5G工業(yè)應用步伐。
(四)以安全為重點,分類構建工業(yè)互聯(lián)網5G應用網絡
加強5G網絡安全建設,開展工業(yè)領域5G應用的功能性、性能性、適配性、安全性等方面的測試驗證,不斷推動技術升級和功能迭代。加強工業(yè)互聯(lián)網5G用頻場景和頻譜需求的研究,分類制定工業(yè)互聯(lián)網5G應用網絡頻譜規(guī)劃、頻譜使用許可,有計劃地推進頻譜資源的分配和使用。