工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)與工業(yè)智能化的融合

5G被認(rèn)為是工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)的核心支撐。但工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)并不是簡(jiǎn)單的通信網(wǎng)絡(luò)，還包括各類(lèi)工業(yè)制造、信息平臺(tái)以及全流程、全鏈條的安全，是5G技術(shù)推動(dòng)工業(yè)革命的載體和途徑。工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)的網(wǎng)絡(luò)并不依靠單一網(wǎng)絡(luò)通信技術(shù)建設(shè)，支撐工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)建設(shè)的不僅包括5G，還包括SDN、TSN、WiFi等各類(lèi)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)，因此工業(yè)5G發(fā)展還必須考慮與各類(lèi)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的融合。

5G網(wǎng)絡(luò)由于有了萬(wàn)物互聯(lián)的特性，其應(yīng)用可以分為兩大賽道：一是面向個(gè)人消費(fèi)者的To C領(lǐng)域，另一個(gè)是面向產(chǎn)業(yè)的To B領(lǐng)域。不過(guò)，從產(chǎn)業(yè)支撐來(lái)看，當(dāng)前5G網(wǎng)絡(luò)主要是面向大網(wǎng)部署，To B應(yīng)用暴露出了一些問(wèn)題。首先是成本，行業(yè)應(yīng)用需要工業(yè)級(jí)的芯片和模組，且定制化導(dǎo)致了規(guī)模上不去，終端成本較高。這需要業(yè)界針對(duì)行業(yè)需求，盡量把市場(chǎng)規(guī)模大的做定制化，市場(chǎng)規(guī)模小的做通用化，形成一個(gè)平衡。其次是上行帶寬，傳統(tǒng)To C應(yīng)用是下行帶寬大、上行帶寬小，但工業(yè)設(shè)備往往存在巨大的數(shù)據(jù)采集量，所以普遍存在上行大帶寬需求。這要求業(yè)界探索如何實(shí)現(xiàn)上下行帶寬配比，真正提升容量。 此外，還有部署的安全性、經(jīng)濟(jì)性等問(wèn)題，例如很多工業(yè)企業(yè)要求數(shù)據(jù)隔離，以及數(shù)據(jù)的控制;成本方面，除了工業(yè)模組成本高，還在于整個(gè)系統(tǒng)升級(jí)改造的成本。例如一個(gè)傳感器、一個(gè)攝像頭，本身成本不高，但每個(gè)都加上5G模組，成本就明顯提升了，這需要業(yè)界持續(xù)根據(jù)場(chǎng)景進(jìn)行方案優(yōu)化。 而工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)的本質(zhì)是通過(guò)開(kāi)放的、全球化的工業(yè)級(jí)網(wǎng)絡(luò)平臺(tái)把設(shè)備、生產(chǎn)線(xiàn)、工廠、供應(yīng)商、產(chǎn)品和客戶(hù)緊密地連接和融合起來(lái)，高效共享工業(yè)經(jīng)濟(jì)中的各種要素資源，從而通過(guò)自動(dòng)化、智能化的生產(chǎn)方式降低成本、增加效率。5G能夠?yàn)楣I(yè)互聯(lián)網(wǎng)提供大寬帶、低延時(shí)、高效率以及高安全性的網(wǎng)絡(luò)通信。5G與工業(yè)互聯(lián)的融合將加速數(shù)字中國(guó)以及新型工業(yè)化進(jìn)程。

制造業(yè)是“5G+工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)”的產(chǎn)業(yè)融合應(yīng)用的主要戰(zhàn)場(chǎng)。5G技術(shù)改變了制造業(yè)企業(yè)原本的組織方式和生產(chǎn)模式，對(duì)設(shè)備、人員以及環(huán)境進(jìn)行全方位互聯(lián)，對(duì)生產(chǎn)設(shè)備進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)控，使工業(yè)生產(chǎn)越來(lái)越向著無(wú)人化、網(wǎng)絡(luò)化、智能化的方向發(fā)展;5G技術(shù)改變了制造業(yè)企業(yè)的生產(chǎn)經(jīng)營(yíng)模式，使得工業(yè)企業(yè)同客戶(hù)交互成為可能，面向客戶(hù)提供個(gè)性化服務(wù)，推動(dòng)制造業(yè)向服務(wù)型企業(yè)轉(zhuǎn)型升級(jí)。目前，我國(guó)建成“5G+工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)”的項(xiàng)目接近1600個(gè)，覆蓋了20余個(gè)國(guó)民經(jīng)濟(jì)重點(diǎn)行業(yè)和領(lǐng)域，在實(shí)體經(jīng)濟(jì)向數(shù)字化、網(wǎng)絡(luò)化、智能化轉(zhuǎn)型升級(jí)中發(fā)揮了重要作用。

在工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)的發(fā)展過(guò)程中，當(dāng)前我們應(yīng)該堅(jiān)持適度超前原則，但更要有序推動(dòng)5G網(wǎng)絡(luò)的建設(shè)，加快工廠、園區(qū)等重點(diǎn)區(qū)域和行業(yè)的5G網(wǎng)絡(luò)覆蓋，開(kāi)展5G專(zhuān)網(wǎng)試點(diǎn)，增強(qiáng)行業(yè)網(wǎng)絡(luò)供給能力。同時(shí)，加快垂直行業(yè)“5G+工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)”融合應(yīng)用標(biāo)準(zhǔn)制定，持續(xù)推進(jìn)定制化發(fā)展，特別是在5G芯片、模組、終端等關(guān)鍵產(chǎn)品、器件研發(fā)和產(chǎn)業(yè)化進(jìn)程方面，下大力氣提供優(yōu)質(zhì)技術(shù)產(chǎn)品。

實(shí)際上，開(kāi)展工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)試點(diǎn)示范應(yīng)用和融合應(yīng)用先導(dǎo)區(qū)建設(shè)也很有必要。繼續(xù)發(fā)布第二批應(yīng)用場(chǎng)景示范和行業(yè)實(shí)踐，指導(dǎo)各地結(jié)合特色和優(yōu)勢(shì)產(chǎn)業(yè)，通過(guò)召開(kāi)一系列現(xiàn)場(chǎng)會(huì)，打造一批行業(yè)和領(lǐng)域標(biāo)桿，以點(diǎn)帶面，進(jìn)一步深化融合應(yīng)用。當(dāng)然，這其中也離不開(kāi)我們一直強(qiáng)調(diào)的優(yōu)化5G生態(tài)的趨勢(shì)。

目前，工業(yè)無(wú)線(xiàn)技術(shù)呈現(xiàn)著百花齊放的局面，不僅包括專(zhuān)用的WirelessHART、ISA100.11a、WIA，還包括WiFi、LoRa、NB-IoT、5G等等，他們都從不同層面支持工業(yè)應(yīng)用。然而，工業(yè)應(yīng)用的需求確實(shí)是千差萬(wàn)別，很難有一種技術(shù)可以同時(shí)支持全部工業(yè)場(chǎng)景。這里面，5G的優(yōu)勢(shì)就在于，它采用了場(chǎng)景驅(qū)動(dòng)的技術(shù)路線(xiàn)定義了三大場(chǎng)景，可以支持不同類(lèi)型的應(yīng)用。我們同時(shí)也應(yīng)該看到，由于沒(méi)有經(jīng)過(guò)像工業(yè)以太網(wǎng)等成熟工業(yè)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的知識(shí)積累和沉淀，時(shí)至今日5G的應(yīng)用還處于不斷地應(yīng)用嘗試、技術(shù)創(chuàng)新的迭代中。在已經(jīng)展示出的5G應(yīng)用創(chuàng)新中，例如機(jī)器人的遙控操作遠(yuǎn)程手術(shù)、VR/AR遠(yuǎn)程示教等，解決了一些之前難以解決的問(wèn)題。但是在應(yīng)用過(guò)程中，也發(fā)現(xiàn)還有很多尚待解決的問(wèn)題，需要在5G的發(fā)展過(guò)程中不斷去解決。

機(jī)器視覺(jué)行業(yè)步伐不停

很多人都清楚，5G是一個(gè)時(shí)代，其在工業(yè)的應(yīng)用也不必急于一時(shí)，還是應(yīng)該不斷地進(jìn)行技術(shù)迭代，從ICT和OT的角度共同推動(dòng)全新的工業(yè)無(wú)線(xiàn)網(wǎng)絡(luò)。目前的發(fā)展態(tài)勢(shì)是，隨著5G-Advanced（5G演進(jìn)）技術(shù)在3GPP正式立項(xiàng)，5G在上行能力、低時(shí)延、確定性和精準(zhǔn)定位等方面將全面演進(jìn)和增強(qiáng)，5G與機(jī)器視覺(jué)產(chǎn)業(yè)將加速融合，更廣泛地應(yīng)用于多個(gè)行業(yè)領(lǐng)域，在經(jīng)濟(jì)社會(huì)各領(lǐng)域的數(shù)字轉(zhuǎn)型、智能升級(jí)、融合創(chuàng)新等方面提供堅(jiān)實(shí)支撐。

從數(shù)字上來(lái)看，截至今年6月初，我國(guó)已累計(jì)建成5G基站超81.9萬(wàn)個(gè)，占全球總數(shù)的近70%;5G手機(jī)終端用戶(hù)連接數(shù)達(dá)2.8億，在全球的份額超過(guò)80%?；ヂ?lián)網(wǎng)數(shù)據(jù)中心（IDC）預(yù)計(jì)到2025年，中國(guó)5G基站數(shù)量將達(dá)到450萬(wàn)個(gè)，擁有8.58億5G連接，將占全球總數(shù)近50%。

當(dāng)前，工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)的連接主要依靠國(guó)家、省市的各級(jí)骨干網(wǎng)、承載網(wǎng)以及無(wú)線(xiàn)接入網(wǎng)。以5G為例，其鏈接可望承載10億個(gè)場(chǎng)所的連接，50億人的連接，500億物的連接，把數(shù)字世界帶入每個(gè)人、每個(gè)家庭、每個(gè)組織，真正實(shí)現(xiàn)萬(wàn)物互聯(lián)。只是，目前工業(yè)無(wú)線(xiàn)的實(shí)際應(yīng)用率只有6%左右，而5G由于剛開(kāi)始應(yīng)用，份額將更小。但無(wú)論如何，我們?nèi)杂行判脑诩夹g(shù)上突破，在應(yīng)用場(chǎng)景和模式上創(chuàng)新，期待5G能夠以點(diǎn)帶面，產(chǎn)生行業(yè)輻射作用，推動(dòng)我國(guó)產(chǎn)業(yè)的持續(xù)升級(jí)。

在整個(gè)制造業(yè)層面，十四五期間，突破傳統(tǒng)發(fā)展模式，推動(dòng)制造業(yè)模式創(chuàng)新，充分發(fā)揮我國(guó)在移動(dòng)通信產(chǎn)業(yè)的優(yōu)勢(shì)，特別是5G技術(shù)優(yōu)勢(shì)，十分必要。此外，把5G應(yīng)用于工業(yè)，并滲透到工業(yè)系統(tǒng)，這也將有利于保持并擴(kuò)大我國(guó)5G的領(lǐng)先優(yōu)勢(shì)。

在前不久的2021年7月中旬，工信部聯(lián)合十部門(mén)共同印發(fā)《5G應(yīng)用“揚(yáng)帆”行動(dòng)計(jì)劃（2021-2023年）》，以推動(dòng)重點(diǎn)領(lǐng)域5G應(yīng)用的深度和廣度，其中機(jī)器視覺(jué)被列為5G+工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)方向的重要業(yè)務(wù)之一。

實(shí)際上，機(jī)器視覺(jué)行業(yè)正面臨算法升級(jí)和人工智能引入、算力與成本的平衡、固定向移動(dòng)的擴(kuò)充、數(shù)據(jù)共享和系統(tǒng)聯(lián)動(dòng)等四大訴求，基于這些訴求，5G機(jī)器視覺(jué)存在小帶寬端云協(xié)同、大帶寬端云協(xié)同、小帶寬端邊協(xié)同、大帶寬端邊協(xié)同以及多廠區(qū)跨省協(xié)同等五大邏輯與部署架構(gòu)。引入5G后，對(duì)智能化工業(yè)和機(jī)器視覺(jué)方案帶來(lái)的變化影響是巨大的，其包括架構(gòu)和子系統(tǒng)分工的變化、以及新技術(shù)和新產(chǎn)品的引入。有業(yè)內(nèi)專(zhuān)家指出，如果要更好的發(fā)展5G機(jī)器視覺(jué)應(yīng)用，圖片壓縮技術(shù)需要持續(xù)提升到壓縮比10：1，或者5G的傳輸帶寬能力需達(dá)到10倍的增強(qiáng)，并且5G機(jī)器視覺(jué)也會(huì)帶來(lái)原有機(jī)器視覺(jué)傳輸協(xié)議的變化和更新。

當(dāng)然，一些工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)場(chǎng)景對(duì)5G的需求是硬性的。例如AGV，此前通過(guò)WiFi或近距離無(wú)線(xiàn)技術(shù)調(diào)度解決移動(dòng)性問(wèn)題，但經(jīng)過(guò)AP點(diǎn)更換可能會(huì)出現(xiàn)卡頓停車(chē)?，F(xiàn)在基于5G大帶寬和低時(shí)延特性，可將視頻處理能力放在邊緣側(cè)，直接減少上位機(jī)的數(shù)量，既降低成本也更好用。PIC也是如此，基于5G技術(shù)云化后，很多智能功能向邊緣側(cè)遷移，可以滿(mǎn)足工業(yè)下沉等需求。

工業(yè)4.0的趨勢(shì)可見(jiàn)

隨著5G商用的深入推進(jìn)，智能制造和工業(yè)4.0的時(shí)代已經(jīng)到來(lái)。智能制造作為新一代信息通信技術(shù)（ICT）與制造技術(shù)融合發(fā)展的產(chǎn)物，代表著先進(jìn)制造技術(shù)發(fā)展的主要方向，而機(jī)器人是實(shí)現(xiàn)智能制造的一類(lèi)重要而特殊的載體。智能制造與機(jī)器人技術(shù)不僅會(huì)促進(jìn)制造業(yè)發(fā)展，也將促進(jìn)制造新業(yè)態(tài)的誕生。作為中國(guó)機(jī)器人事業(yè)的發(fā)源地之一，中國(guó)科學(xué)院沈陽(yáng)自動(dòng)化研究所在中國(guó)機(jī)器人事業(yè)發(fā)展歷史上創(chuàng)造了二十多個(gè)“第一”，推動(dòng)中國(guó)機(jī)器人技術(shù)的研究發(fā)展，解決了國(guó)家制造業(yè)發(fā)展一系列重大關(guān)鍵技術(shù)問(wèn)題。

舉個(gè)實(shí)例。隨著工業(yè)自動(dòng)化和智能化需求的不斷提升，越來(lái)越多的制造企業(yè)開(kāi)始采用工業(yè)相機(jī)代替人眼來(lái)做產(chǎn)品缺陷智能檢測(cè)及高精度測(cè)量，以幫助提升生產(chǎn)效率、節(jié)約人力成本、加速企業(yè)實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)型升級(jí)。企業(yè)通過(guò)在生產(chǎn)線(xiàn)或巡檢機(jī)器人上部署工業(yè)相機(jī)，來(lái)采集圖像并傳輸至專(zhuān)用的處理系統(tǒng)進(jìn)行運(yùn)算、分析并抽取目標(biāo)特征，進(jìn)而根據(jù)判斷的結(jié)果來(lái)控制現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備。

工業(yè)相機(jī)最本質(zhì)的功能是將光信號(hào)轉(zhuǎn)變成有序的電信號(hào)，具有更高的圖像穩(wěn)定性、傳輸能力和抗干擾能力等。其性能的好壞不僅直接影響到圖像的分辨率、質(zhì)量等，還關(guān)系著整個(gè)生產(chǎn)過(guò)程的效率。在4G時(shí)代，受限于傳輸速率等性能，往往只能傳輸普通質(zhì)量的圖像且有延遲，導(dǎo)致前端與后方無(wú)法實(shí)時(shí)溝通。現(xiàn)在通過(guò)搭載移遠(yuǎn)通信5G模組，工業(yè)相機(jī)可順利實(shí)現(xiàn)5G技術(shù)的加持，完成性能的“無(wú)限”突破。

5G工業(yè)相機(jī)的優(yōu)勢(shì)包括配置簡(jiǎn)單、支持無(wú)線(xiàn)網(wǎng)絡(luò)、依靠5G技術(shù)低時(shí)延等等特點(diǎn)。工業(yè)相機(jī)可第一時(shí)間將監(jiān)測(cè)到的異常情況、設(shè)備故障處、產(chǎn)品瑕疵點(diǎn)等信息傳輸至管理平臺(tái)，有利于相關(guān)人員或機(jī)器及時(shí)處理應(yīng)對(duì)，可利用5G專(zhuān)網(wǎng)進(jìn)行實(shí)時(shí)傳輸，憑借5G專(zhuān)網(wǎng)提供的端到端流量隔離，可充分保障速率和帶寬以及更低的時(shí)延，能滿(mǎn)足工業(yè)場(chǎng)景對(duì)網(wǎng)絡(luò)高可靠性的極致需求。

我們知道，工業(yè)4.0互聯(lián)制造解決方案獲評(píng)“世界互聯(lián)網(wǎng)領(lǐng)先科技成果”，在研究開(kāi)發(fā)過(guò)程中，對(duì)于特種場(chǎng)景下的需求，也提出了5G時(shí)代網(wǎng)絡(luò)的新需求。當(dāng)前，我國(guó)市場(chǎng)是全球工業(yè)機(jī)器人增長(zhǎng)的引擎，銷(xiāo)量占比明顯提升并繼續(xù)穩(wěn)居全球第一，但與國(guó)際機(jī)器人還有較大差距。只要我們能抓住這個(gè)機(jī)遇，攻堅(jiān)克難，爭(zhēng)奪技術(shù)優(yōu)勢(shì)，猛攻‘卡脖子技術(shù)，強(qiáng)化核心技術(shù)的自主可控性，推動(dòng)機(jī)器人產(chǎn)品向中高端發(fā)展，中國(guó)必將成為全球供需兩端的最大市場(chǎng)。

后記

挑戰(zhàn)一直存在，尤其是我國(guó)現(xiàn)在確立的諸多發(fā)展目標(biāo)，每一個(gè)都需要我們?nèi)σ愿暗貙?shí)現(xiàn)。但挑戰(zhàn)，基于我們對(duì)自有5 G 技術(shù)的自信，步伐加快也是一種必然。換句話(huà)說(shuō)，智能制造是我國(guó)成為制造強(qiáng)國(guó)的必經(jīng)之路，機(jī)器視覺(jué)是實(shí)現(xiàn)智能制造的重要抓手，5 G將賦能機(jī)器視覺(jué)，加速智能制造發(fā)展。綜合來(lái)看，與各部門(mén)統(tǒng)籌協(xié)同，形成合力，是“ 5 G+工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)”創(chuàng)新發(fā)展必然結(jié)果。繼續(xù)推動(dòng)各地方在5 G建設(shè)場(chǎng)地、用電、人才等方面支持和扶持。同時(shí)，工信部也支持企業(yè)不斷創(chuàng)新，發(fā)揮主觀能動(dòng)性，形成合力，協(xié)同創(chuàng)新，合作共贏，使“ 5 G+工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)”在數(shù)字化經(jīng)濟(jì)中發(fā)揮引導(dǎo)和牽引作用。目前，5 G+工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用，主要是基于R 1 5，接下來(lái)業(yè)界將探索R 16的應(yīng)用，5 G與制造體系以及實(shí)體經(jīng)濟(jì)的變革不僅僅是連接，而是體現(xiàn)在了方方面面，5 G 將帶動(dòng)整體制造體系數(shù)字化轉(zhuǎn)型，帶動(dòng)整個(gè)產(chǎn)業(yè)數(shù)字化轉(zhuǎn)型。