袁華玉

（北京中網(wǎng)華通設(shè)計(jì)咨詢有限公司，北京 100071）

1 5G通信技術(shù)對(duì)工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)的影響

隨著5G通信技術(shù)的升級(jí)發(fā)展及實(shí)踐應(yīng)用，其對(duì)于工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)產(chǎn)生了顯著的改變與影響，這種改變影響體現(xiàn)于工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)的很多方面，如圖1所示。本文選取2個(gè)比較典型的領(lǐng)域來分析探討。

圖1 5G通信技術(shù)在工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)當(dāng)中的實(shí)踐應(yīng)用

（1）基于5G通信技術(shù)對(duì)于工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)的影響，可以進(jìn)一步帶動(dòng)企業(yè)數(shù)字化改革創(chuàng)新。目前，很多企業(yè)在工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)的發(fā)展上面臨瓶頸，如操作系統(tǒng)不連貫，因數(shù)據(jù)孤島而制約信息流通等，但是隨著5G通信技術(shù)的融合應(yīng)用，此類問題將會(huì)迎刃而解，企業(yè)方面通過運(yùn)用大數(shù)據(jù)技術(shù)可以在自身制造過程中更好地開發(fā)數(shù)據(jù)價(jià)值，尤其在當(dāng)前企業(yè)數(shù)據(jù)交互量級(jí)不斷增加的環(huán)境下，5G通信技術(shù)憑借自身優(yōu)勢(shì)，能夠在數(shù)據(jù)采集、實(shí)時(shí)傳輸、邊緣計(jì)算等環(huán)節(jié)貢獻(xiàn)重要力量，并且為各方實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)交流構(gòu)建有效平臺(tái)。

（2）5G通信技術(shù)對(duì)于工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)的影響，有利于企業(yè)更好地落實(shí)以用戶需求為導(dǎo)向的生產(chǎn)變革。目前，很多企業(yè)的生產(chǎn)工廠在系統(tǒng)、設(shè)備等信息連接方面，正在以無線網(wǎng)連接方式替換傳統(tǒng)硬連接方式，并且在實(shí)踐工作中顯著改善了組織生產(chǎn)成效，尤其相較于以往的3G、4G無線網(wǎng)絡(luò)技術(shù)，5G通信技術(shù)的性能優(yōu)勢(shì)可以更好地達(dá)成工業(yè)生產(chǎn)需求，并為這種生產(chǎn)變革提供有利契機(jī)[1]。

2 “5G+工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)”的發(fā)展前景

2.1 創(chuàng)新探索力度加大

工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)的發(fā)展與網(wǎng)絡(luò)信息平臺(tái)、信息安全等方面的創(chuàng)新息息相關(guān)。隨著科學(xué)技術(shù)水平的不斷提升，傳統(tǒng)以太網(wǎng)的弊端逐漸暴露出來，由于其可靠性、時(shí)效性等相對(duì)較差，不利于在工業(yè)數(shù)據(jù)通信中應(yīng)用，加上工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)存在多種影響因素，如惡劣的工況、不規(guī)范的操作等，導(dǎo)致以太網(wǎng)可靠性大幅度下降。在這樣的背景下，對(duì)象鏈接與嵌入的過程控制（OLE for Process Control，OPC）統(tǒng)一架構(gòu)（Unified Architecture，UA）+時(shí)間敏感網(wǎng)絡(luò)（Time-Sensitive Networking，TSN）應(yīng)運(yùn)而生，該組合方式具有多方面優(yōu)勢(shì)，包括時(shí)效性強(qiáng)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(yè)領(lǐng)域中的應(yīng)用仍然有待發(fā)展完善，越來越多的供應(yīng)商都在加快對(duì)其研究和驗(yàn)證，其數(shù)據(jù)安全將成為研究重點(diǎn)。

2.2 應(yīng)用領(lǐng)域逐漸深入

工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)落地速度的持續(xù)加快，被應(yīng)用到了各行各業(yè)，其中包括電力行業(yè)、電子信息領(lǐng)域、航空航天領(lǐng)域等，同時(shí)工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)領(lǐng)域涌現(xiàn)出了很多新模式，為制造業(yè)實(shí)現(xiàn)成功轉(zhuǎn)型提供了技術(shù)支撐。以海爾集團(tuán)為例，為了能夠在激烈的市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)中占有一席之地，海爾集團(tuán)將用戶與生產(chǎn)銷售物流等各個(gè)環(huán)節(jié)進(jìn)行了有效連通，不僅做到了按照用戶需求生產(chǎn)和配送相應(yīng)產(chǎn)品，還將支出成本降至最低，正是由于采用按需生產(chǎn)和配送的管理形式，實(shí)現(xiàn)了大規(guī)模定制生產(chǎn)目標(biāo)，在一定程度上提高了經(jīng)濟(jì)收入。就當(dāng)前的發(fā)展形勢(shì)來看，制造企業(yè)、信息與通信技術(shù)企業(yè)（Information and Communications Technology，ICT）企業(yè)等都在加大對(duì)工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)平臺(tái)的建設(shè)力度。目前，國內(nèi)擁有工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)平臺(tái)的企業(yè)已有上百家，其中有70余個(gè)工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)平臺(tái)擁有一定的影響力，無論是核心能力還是服務(wù)質(zhì)量都處于明顯的快速提升階段。

2.3 成為未來大勢(shì)所趨

“5G+工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)”的融合應(yīng)用將會(huì)產(chǎn)生疊加倍增效應(yīng)，企業(yè)引入“5G+工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)”具有重要意義，可以實(shí)現(xiàn)企業(yè)的遠(yuǎn)程協(xié)同管理、管控?zé)o人化、產(chǎn)品個(gè)性化服務(wù)等目標(biāo)，為企業(yè)快速發(fā)展提供有力支持。國內(nèi)一些城市紛紛將5G通信技術(shù)與工業(yè)的融合應(yīng)用放在產(chǎn)業(yè)規(guī)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(xiàn)階段融合應(yīng)用已在19個(gè)省市全面開通，應(yīng)用類型也超過了20余種，并且涉及多個(gè)領(lǐng)域。在這些工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用領(lǐng)域中，區(qū)塊鏈的應(yīng)用正處于迅速升溫趨勢(shì)，這與區(qū)塊鏈技術(shù)的特點(diǎn)有著密不可分的聯(lián)系。區(qū)塊鏈技術(shù)具有保護(hù)權(quán)限隱私、共享統(tǒng)一賬本、智能合約等功能，可以有效解決企業(yè)面臨的工業(yè)安全、資源融合、信息共享等問題，為企業(yè)開展各項(xiàng)工作提供有針對(duì)性的解決方案[3]。

3 “5G+工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)”的典型案例應(yīng)用

3.1 在電力行業(yè)的應(yīng)用

這幾年電力行業(yè)飛速發(fā)展，取得輝煌的建設(shè)成果，但配電網(wǎng)的極速擴(kuò)展加大了人工巡檢的難度。受地理環(huán)境、氣侯條件、線網(wǎng)復(fù)雜度高等多方面因素影響，配電線路出現(xiàn)故障時(shí)短時(shí)間內(nèi)很難找到故障原因、無法做到精細(xì)化管理、難以實(shí)時(shí)監(jiān)管電力設(shè)備。“5G+工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)”+無人機(jī)巡檢的模式較好解決了這一問題。國家電網(wǎng)、南方電網(wǎng)等公司已成功引入“5G+工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)”技術(shù)，通過對(duì)5G通信技術(shù)的利用實(shí)現(xiàn)了無人機(jī)智能巡檢與設(shè)備故障診斷等多項(xiàng)功能，為電力行業(yè)健康發(fā)展提供了保障。無人機(jī)智能巡檢工作的開展除了需要“5G+工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)”技術(shù)的支撐，還涉及了很多新技術(shù)，包括全區(qū)定位系統(tǒng)（Global Positioning System，GPS）、雷達(dá)感應(yīng)技術(shù)、圖像技術(shù)等，無人機(jī)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(wǎng)與中國電信已經(jīng)建立了合作關(guān)系，聯(lián)合開展了“5G+北斗智能巡檢無人機(jī)”項(xiàng)目建設(shè)，以此實(shí)現(xiàn)了無人機(jī)巡檢數(shù)據(jù)的有效回傳，還完成了獨(dú)立接入（Standalone Access，SA）網(wǎng)絡(luò)的創(chuàng)建并將北斗服務(wù)引入到工作中，從根本上解決了傳統(tǒng)輸變線路巡檢時(shí)間長(zhǎng)、效率低等問題。同時(shí)，對(duì)圖像智能識(shí)別技術(shù)加以利用，在進(jìn)行自主巡檢作業(yè)時(shí)，無人機(jī)能夠?qū)⑹占降挠跋褓Y料及時(shí)回傳，并且完成無人機(jī)自主巡檢、輔助決策輸出等多項(xiàng)功能，與傳統(tǒng)方式相比，數(shù)據(jù)真實(shí)性工作效率、圖像準(zhǔn)確率獲得極大提高，將5G通信技術(shù)的應(yīng)用落實(shí)到了實(shí)處。

3.2 在電子設(shè)備制造業(yè)的應(yīng)用

電子設(shè)備制造業(yè)存在產(chǎn)品更新?lián)Q代速度快、自動(dòng)化水平相對(duì)較高等特點(diǎn)，考慮到行業(yè)未來發(fā)展形勢(shì)，其亟需解決降低勞動(dòng)力成本、滿足客戶差異化需求等方面問題。在現(xiàn)階段，華為技術(shù)有限公司、海爾集團(tuán)等紛紛將5G通信技術(shù)引入到生產(chǎn)銷售中，極大程度地節(jié)省了生產(chǎn)成本與支出成本，顯著提高了生產(chǎn)制造效率，為實(shí)現(xiàn)數(shù)字化轉(zhuǎn)型奠定良好基礎(chǔ)。

以華為技術(shù)有限公司為例，該公司與中國移動(dòng)建立了合作關(guān)系，借助5G通信技術(shù)構(gòu)建了柔性生產(chǎn)制造場(chǎng)景，起初手機(jī)生產(chǎn)車間需要布線9萬m，隨著手機(jī)機(jī)型的更新?lián)Q代，需要不斷進(jìn)行升級(jí)和調(diào)整。而引入“5G+工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)”技術(shù)后生產(chǎn)狀況得到有效改善，5G網(wǎng)絡(luò)將原有生產(chǎn)線上的各項(xiàng)工作環(huán)節(jié)進(jìn)行了無線化連接，不僅縮短了生產(chǎn)線的作業(yè)時(shí)間，還將各個(gè)環(huán)節(jié)錄入到視覺檢測(cè)相機(jī)中，便于工作人員隨時(shí)檢查其工作情況[4]。

3.3 在裝備制造業(yè)的應(yīng)用

裝備制造業(yè)涉及范圍較廣，包括工程機(jī)械制造、航空制造等領(lǐng)域，其對(duì)產(chǎn)品質(zhì)量與生產(chǎn)技術(shù)有著極為嚴(yán)格的要求，同時(shí)存在著“用工荒、成本高”的現(xiàn)象，要想從根本上解決相關(guān)問題，還應(yīng)該從質(zhì)量檢測(cè)手段與精裝加工能力2個(gè)層面入手。中國高飛、三一重工等利用“5G+工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)”技術(shù)開展了設(shè)備協(xié)同作業(yè)等測(cè)試，取得了顯著成果，為裝備制造業(yè)發(fā)展提供了有利支持。比如，中國高飛和中國聯(lián)通建立了合作關(guān)系，有效開展了協(xié)同研發(fā)設(shè)計(jì)和現(xiàn)場(chǎng)輔助裝配場(chǎng)景工作，在協(xié)同研發(fā)設(shè)計(jì)上，中國高飛以5G網(wǎng)絡(luò)服務(wù)為中心，利用增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)與虛擬現(xiàn)實(shí)市場(chǎng)規(guī)模上傳數(shù)據(jù)，實(shí)現(xiàn)了產(chǎn)品研發(fā)實(shí)驗(yàn)階段的在線協(xié)同和遠(yuǎn)程診斷。在現(xiàn)場(chǎng)輔助裝配場(chǎng)景方面，高飛將5G+增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)（Augmented Reality，AR）輔助裝配系統(tǒng)引入其中，其可以根據(jù)指導(dǎo)畫面完成指定動(dòng)作，與人工方式相比裝配效率大幅度提升。

3.4 在鋼鐵行業(yè)中的應(yīng)用

鋼鐵行業(yè)涵蓋煉鋼、軋鋼等多個(gè)環(huán)節(jié)，目前存在設(shè)備維護(hù)效率不高、生產(chǎn)壓力較大等方面問題，對(duì)于鋼鐵行業(yè)來講，解決當(dāng)前面臨的各項(xiàng)問題已成為大勢(shì)所趨。在這樣的背景下，鞍鋼、華菱湘鋼等對(duì)5G通信技術(shù)加以合理利用，借助該技術(shù)開展生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)測(cè)、設(shè)備故障診斷等工作，不僅可以優(yōu)化鋼鐵生產(chǎn)流程，還實(shí)現(xiàn)了可持續(xù)發(fā)展的戰(zhàn)略目標(biāo)。

鞍鋼選擇與中國移動(dòng)進(jìn)行合作，將5G通信技術(shù)作為研究重點(diǎn)，在此基礎(chǔ)上開展了機(jī)器視覺質(zhì)檢工作與生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)測(cè)工作，經(jīng)過反復(fù)不斷的實(shí)驗(yàn)與監(jiān)測(cè)，研究結(jié)果顯示其能夠有效提高以上2項(xiàng)工作的工作效率。以生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)測(cè)工作為例，煉鐵廠皮帶通廊光線較為昏暗，如果人工進(jìn)行操作其危險(xiǎn)系數(shù)相對(duì)較高，而安裝4K高清攝像監(jiān)控系統(tǒng)則有所不同，該系統(tǒng)可以與5G網(wǎng)絡(luò)搭配使用，及時(shí)向相關(guān)人員反饋該位置處的各項(xiàng)信息[5]。

3.5 在采礦行業(yè)中的應(yīng)用

對(duì)于采礦行業(yè)而言，安全生產(chǎn)是行業(yè)的重點(diǎn)問題，無論是在露天作業(yè)環(huán)境中還是在地下采礦環(huán)境中都可能出現(xiàn)人員傷亡，如果不能及時(shí)有效地采取措施，勢(shì)必會(huì)影響到采礦行業(yè)的健康發(fā)展?？紤]到安全生產(chǎn)問題的重要性，新元煤礦、千業(yè)水泥等積極引入“5G+工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)”技術(shù)，以此實(shí)現(xiàn)全礦井無人操作等功能，具體應(yīng)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(dòng)合作為例，新元煤礦開通了5G煤礦井下網(wǎng)絡(luò)，真正意義上實(shí)現(xiàn)了遠(yuǎn)程設(shè)備操控，5G通信技術(shù)可以實(shí)時(shí)對(duì)挖進(jìn)機(jī)等設(shè)備進(jìn)行操控，同時(shí)可以全程監(jiān)測(cè)和控制爆破過程，一旦發(fā)現(xiàn)問題立即遠(yuǎn)程操控相應(yīng)設(shè)備，就可以利用最短時(shí)間解決存在的事故問題。在傳統(tǒng)模式下，井下設(shè)備難免存在信號(hào)缺失等情況，利用5G通信技術(shù)能夠?qū)崿F(xiàn)無人操作，尤其在危險(xiǎn)區(qū)域進(jìn)行作業(yè)時(shí)可以有效減少事故發(fā)生率。

4 結(jié) 論

綜上所述，我國5G通信技術(shù)的發(fā)展取得了舉世矚目的成就，而身處于萬物互聯(lián)的5G時(shí)代，工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)也將經(jīng)歷深刻變革，并且迎來全新的發(fā)展機(jī)遇。5G通信技術(shù)對(duì)于工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)的影響是全面且深遠(yuǎn)的，“5G+工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)”不僅展現(xiàn)出了良好與廣闊的發(fā)展前景，更是未來各企業(yè)提升核心競(jìng)爭(zhēng)力的必然選擇。目前，在諸多領(lǐng)域的具體實(shí)踐當(dāng)中，“5G+工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)”都已經(jīng)在發(fā)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(shù)與工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)的深度融合。