“5G+工业互联网”的融合机理及推进策略

毛光烈，汤方晴

(浙江省智能制造专家委员会，浙江 杭州 330108)

5G作为新一代移动通信系统，具有高速率、低延时、大连接的特性，高度契合工业互联网连接多样性、通信多样化以及性能差异化的需求，二者融合形成的“5G+工业互联网”将是推动制造业转型发展的利器。我国非常重视工业互联网和5G的融合发展，发布了《“5G+工业互联网”512工程推进方案》等政策，推动建立5G应用创新研究中心，开展研究和试验。当前，我国“5G+工业互联网”尚处于起步阶段，应该及时理清问题、挖掘场景、突破瓶颈、应对挑战。在此背景下，本文将基于5G特点及工业互联网发展趋势，分析工业互联网与5G融合发展的机理，梳理“5G+工业互联网”的发展难题，并提出相关对策建议。

一、“5G+工业互联网”的融合机理

工业互联网是以工业企业为主体，以工业互联网平台为载体，通过网络技术、大数据、云计算、人工智能等新一代数字技术与工业技术的深度融合，规模化供给智能服务与产品，推动工业企业向数字化、网络化、智能化转型的完整体系[1]。数字化、网络化、智能化既可以认为是智能制造的三个范式[2]，也可以认为是打造全能工业互联网的三个要素，亦或是工业互联网发展趋势。当前，工业互联网对5G的需求逐步凸显：

数字化是发展工业互联网的基础工作，指通过数字化技改实现生产线上线下一体化，推动各生产单元相互配合、协调一致地工作，提升生产协同水平。通过发展嵌入5G芯片模组的“即插即用”智能工业模块，能充分发挥5G网络标准明确、接口互通的优势，借助D2D(Device-to-Device，设备到设备)技术实现设备之间直接高效通信，便于实现各类数字化系统的互联互通，降低数字化技改成本，对需要数字化改造的企业尤其是中小企业来说，具有非凡意义。此外，随着企业数字化改造的深入推进，终端设备联网密度将剧增，5G的mMTC(大规模物联网)特性能够满足海量物联的通信需求，这使之成为工业互联网发展的优先网络选择[3]。

网络化是通过网络技术将人、机、物、应用等要素数据互联汇集于工业互联网平台，运用有效的机制进行共享，从而重构整个生产方式、管理体系与服务模式。先进网络支持对工业互联网实体的有效运行至关重要，实现万物互联是网络化的终极目标[4]，工业场景对网络可靠性、稳定性、灵活性以及时延有着很高的要求，这使得5G备受期待。5G的uRLLC(超低时延超高可靠通信)特性将在人机交互和工业控制等场景下为工业互联网提供完美支持。此外，5G网络切片技术可有效支撑多业务场景，5G+MEC(移动边缘计算)在构建企业专网方面效率较高，可以成为增强工业互联网应用效能的重要工具[5]。

智能化指的是以大数据为基础，以模型与算法创新为核心，以强大的计算能力为支撑，为生产经营全过程提供各类智能化应用服务。智能化依托于大规模数据计算，而现有以太网络和本地计算机却难以支撑庞大数据的传输和计算。基于5G技术，工厂有望基于云平台运用数字孪生技术构建虚拟工厂，将大量工业级数据通过5G网络收集并上传云端进行深度学习训练，再结合云计算的超级计算能力实现自主学习、智能判断、自觉执行，从而为企业提供更加智能化的工作环境，提升关键工业领域的效率[6]。

二、“5G+工业互联网”发展面临的难题

(一)需求缺乏拉动力

“5G+工业互联网”的广泛应用，终究要以业务需求为驱动力，但是从不同行业数字化改造的情况看，缺乏显著需求仍是制约“5G+工业互联网”发展的重要原因。

一是企业数字化率低导致需求不紧迫。“5G+工业互联网”发展首先受制于工业场景基础设施的数字化水平。根据两化融合服务联盟的统计数据，截止2019年第三季度，参评的15万家工业企业的生产设备数字化率、关键工序数控化率分别为47.4%和49.7%，而工业企业智能制造就绪率仅为7.9%，且这其中绝大多数为规模以上企业(1)数据来源：两化融合服务平台[EB/OL].[2020-03-08]http://cspiii.com/dhlj/sj/.。工业企业特别是中小企业的数字化率和联网率不高，导致大力发展智能制造的基础条件不足，不少企业尚处在观望状态，实施需求不迫切。

二是工业领域5G刚需场景不明确。关于5G的应用，业内人士已在工业领域探索数年，但对5G有刚需的工业场景尚未找到。工业控制无疑是工厂最核心的场景，但由于对可靠性要求极高，设备也很少移动，目前绝大多数工厂仍倾向于使用现场总线等有线连接方式；其他应用场景下依托“4G+WiFi”的模式也暂时能满足基本需求。从长期看5G能带来更美蓝图，但当前真正能和5G强绑定，无法被其他网络连接方式替代的工业场景尚不明确。

三是现阶段5G进场性价比不高。虽然5G在技术上更先进，但技术复杂性高，且仍处在发展和应用初期，部署和使用的成本较高。对于广大企业而言，一方面面临着高昂的5G网络布设成本，另一方面应用5G优化运营效果并不显著，性价比不高导致“5G+工业互联网”落地的进展不够理想。

(二)供给规模性不强

目前，从供给侧来看5G基站还未形成规模性覆盖，很多5G类产品仍处在演示阶段，有效的5G商业模式还未成型，总体来说供给规模性不强，究其原因：

一是5G部署和应用成本高，网络布设与应用偏慢。相对于4G网络，5G网络工作在更高的频段，信号衰减更快。为实现同等覆盖，需要布设更多的室内外基站，大大增加了5G网络建设与运营成本[7]；5G基站的无线设备大多采用大规模有源天线(MIMO AAU)，不仅设备造价高，而且功耗大。据相关厂家资料显示，5G基站的功耗是4G的两倍左右。因此，在基于5G的新应用全面铺开之前，运营商在推动5G商用的过程中面临巨大的建设成本和运营成本压力，网络部署会更加谨慎。

二是应用场景复杂，技术与业务协同的难度较大。依需建网是5G网络的建设原则，由于各个行业之间存在较强的独立性，对于5G都有着不同的需求，且由于不同行业本身存在着巨大差异，相应的业务需求在安全性、隔离性、通信指标、运营指标等方面存在明显差别。面对复杂的工业需求，5G需要适应不同的工业场景并为其提供连接方案，这项工作标准化程度低且难度高，可复制性差，对建设和运营方来说都是巨大挑战。同时，由于行业应用存在专业壁垒，跨界融合还不充分，加之复合型人才十分缺乏，IT领域对工业企业主要流程和工艺流程缺少必要掌握，需求与解决方案的衔接矛盾相当突出，这也是制约5G与工业互联网融合发展的重大因素。

三是商业模式尚在探索，盈利点仍不清晰。5G在工业互联网领域的应用模式与传统通信服务有较大的区别，目前有效的5G商业模式仍未成型，网络建设主体、应用主体、运维主体之间的成本收益界定不够清晰，收费模式和收费标准仍在探索，各参与主体对于未来的盈利点缺乏一致的认识；产业生态系统仍待完善，产业运行未形成高效的闭环，还没有可参照的案例。因此，虽然客观上5G与工业互联网融合呼声高涨，但产业化驱动力仍稍显不足。

三、“5G+工业互联网”推动策略

(一)推动中小企业全面数字化拉动5G需求

5G规模化应用的前提是海量数字化设备的联网需求，但当前我国工业企业存在设备数字化率、数字设备联网率“双低”的情况，特别是中小企业的数字化率更低。中小企业是国民经济重要组成部分，贡献了50%以上的税收，60%以上的GDP，70%以上的技术创新，80%以上的城镇劳动就业，90%以上的企业数量(2)信息来源：中国政府网.刘鹤主持召开国务院促进中小企业发展工作领导小组第一次会议[EB/OL].[2018-08-20].http://www.gov.cn/guowuyuan/2018-08/20/content_5315204.htm.。推动中小企业全面数字化，快速提升数字化设备数量，将为“5G+工业互联网”发展奠定需求基础。

推动中小企业全面数字化，要坚持“企业数字化制造，行业平台化服务”模式，抓住“数字化工程总包模式”和“行业云平台发展”两个关键点。系统解决问题的“数字化工程总包模式”是解决传统企业技改碎片化问题的有效方式，能够针对企业的需求，实现企业数字化转型的统一规划设计、统一标准的实施改造、统一集成的软件开发、统一数据的应用管理。因此应当大力培育数字化工程系统解决问题总包商并推广数字化工程总包模式，以此高质量推动企业数字化改造。“行业云平台发展”指发展行业级的工业互联网平台，通过行业工业互联网平台为中小企业提供规模化、有特色的服务，能够迅速提升用云体验、降低中小企业用云成本，并解决后续服务难等问题；以行业为服务单位更加切合中小企业精准服务的要求，亦可以较大且快地拓展我国工业用网用云，更有利于打开5G的应用市场。当前行业工业互联网平台发展要重视开发数据价值，以“服务企业”为宗旨，开发好而多的工业APP。我国应当通过政策保障、创新机制、多方参与，从试点到提质扩面，更多更好地扩大5G与工业互联网的融合应用。

(二)发展5G“即插即用”智能模块助推生态形成

发展嵌入5G芯片模组的“即插即用”工业智能模块是降低企业数字化改造成本，降低企业数字化转型难度、扩大5G应用规模的重要举措。数字化设备通过5G网络实现互联，有望破解工业装备通信协议不统一、过于繁杂、联接成本过大等问题，既是企业数字化转型的重要助推器，也是5G产业链的重要一环，在推动“5G+工业互联网”生态发展中的地位不可小觑。

目前，嵌入5G芯片的“即插即用”工业智能模块仍处于发展初期，应当从供应侧和需求侧两端共同推动其发展。从供应侧来看，应当鼓励华为、中兴、新华三等芯片与软件供应商以及工业数字化工程承包商等企业像开发、使用存储器、服务器那样，大力开发5G的智能无线接口模块、智能通信模块、智能工控模块等，提高5G系统解决问题的技术保障能力。从需求侧来看，在离散工业、柔性制造需求程度高的企业开展应用5G智能模块的试点示范与应用推广工作，可有望形成规模化应用。同时要打通供给、应用、服务的价值链，依托工业互联网平台，解决模块使用的信息不对称问题，加快模块开发商、生产制造商、软件开发商、工程总包商、最终用户(企业)等形成一个产业生态共同体与价值分享体，形成合理的分享机制，确保各方协同对接的信息通畅、服务有效。通过标准化和规模化，持续快速地降低5G智能模块造价。完善市场化的供给与服务链条，建立并逐步完善智能模块发展的生态系统，引导并创建良好的发展生态，形成“即插即用”工业智能模块“标准化设计、批量化生产、规模化使用、市场化配置、生态化发展”的思路与格局。

(三)全域工业数字化提升5G网络使用率

5G网络是一张功能强大、应用模式多样、服务内容丰富的网络，既能服务于工业互联网以“物-物”互联为主的场景，也能服务于“人-人”互联，“人-物”互联的场景。通过推动全域工业数字化，能充分发挥5G网络强大的业务承载力，全面服务于整个区域产业发展、社会生活、政府管理与服务等多重功能对先进网络的需求，能有效提升5G网络的使用率，并推动融合应用创新，创造更多更好的新兴应用服务，推动“5G+工业互联网”发展与创新。

推动全域工业数字化。可以工业园区、小微企业园、特色小镇等为单位进行5G网络的部署，通过5G网络切片技术为不同应用场景提供定制化网络服务。从运营商角度，这能够提高基站利用率，拓展网络延伸应用服务的空间，减少资源的闲置与浪费，相对降低网络部署成本；从企业层面来看，将降低单个企业5G使用成本，提高了供需双方积极性。此外，除5G基础设施铺设业务，在园区内的运营商还可以发挥数据采集、存储、通讯、应用及运维服务等技术优势，拓展数字化改造业务及数据应用服务业务，提升创新业务的能力，增加盈利点。因此，运营商可以瞄准工业产业集聚园区，与工业互联网平台服务商、数字化工程承包商、工程设备供应商等通力合作，发挥各自优势，开展商业模式和盈利点的探索与创新，这将有利于建立对各方都有益的、具备可持续可复制特征的商业模式。

(四)有序推进5G应用业务发展

依据场景设备与5G融合的难度、5G相关终端模组发展的程度、应用场景融合涉及的工业生产环节贴身服务等几方面的因素，5G各项应用目前仍分别处于不同的发展阶段。我们可以遵循5G与工业互联网融合发展的规律，先从特定业务着手来推动，在不断完善和健全的技术、产业生态环境中，边发展边探索，落地示范项目，创新商业价值与模式，挖掘内在需求，迎接爆点来临。

从应用发展节奏和需求紧迫度来看，现阶段可以着重推动5G与AGV通信控制、超高清视频、机器视觉、远程运维等融合应用。AGV由于是设备的持续移动，该场景对无线网络需求很强，因此可以作为5G与工业互联网融合重点推动的应用之一；面向工业领域的5G高清视频融合应用改造难度较低，高清视频监控在空旷空间和高危工业场景下优势明显，可以成为5G在工业互联网领域的率先发展应用；机器视觉、远程运维、移动巡检等融合应用已进入高速发展期，经济价值逐渐显现，AR、VR与5G的融合在工业远程场景中亦将加快发挥重要作用。此外，智能物流、预测性维护、设备状态检测等受限于5G与工业设备的深度融合及5G模组的发展，还需等待产品成熟后再进一步融合推进。而远程控制、移动控制等控制类业务由于涉及工业核心控制环节有待进一步的实践验证，仍待积极探索。