浅谈5G技术推进工业互联网发展

郝 鹏

（沈阳市电信规划设计院股份有限公司，辽宁 沈阳 110027）

1 什么是工业互联网

物联网“工业互联网”（Industrial Internet）是由相互关联的物理设备组成的全球网络，是互联网的重要组成部分，包括传感器、执行器、智能应用程序、计算机、机械设备和人[1]。早在1999 年，其概念就被提出，并将其定义为；“所有物品通过射频识别等信息传感设备与互联网连接起来，实现智能化识别和管理”。工业物联网把设备、生产线、工厂、供应商、产品和客户紧密地连接融合起来。具体则是通过红外感应器、全球定位系统等信息传感设备，按约定的协议，把任何物品与互联网相连接，进行信息的交换和通信，从而实现智能化识别、定位、跟踪、监控和管理的一种网络幅。通过工业互联网平台可以帮助制造业拉长产业链，形成跨设备、跨系统、跨厂区、跨地区的互联互通，从而提高效率，推动整个制造服务体系智能化。还有利于推动制造业融通发展，实现制造业和服务业之间的跨越发展，使工业经济各种要素资源能够高效共享。

2 5G技术的应用将真正实现工业互联网

2.1 网络连接方式由有线方式向无线方式转变

目前5G主要特点优势高速率，低时延，广连接。其中5G网络的速率是4G网络10倍以上； 5G网络的时延大约几十毫秒，比人的反应速度还要快；最为重要的是 5G网络出现，将配合其他技术，会打造一个全新的万物互联景象。所以5G技术的高速率、低延迟完全有能力取代普通用户的有线连接，且民用上增强型移动宽带（eMBB）将是未来的重要发展趋势，在工业方面大规模机式通信（mMTC）、超可靠、低延迟通信（uRLLC）必然是工业互联网的最佳技术选择。现代工业化园区、工厂有着大量的信息化设备，各种设备之间需要采集传输各种数据，为了保证数据的可靠稳定抗干扰传输一般都采用有线传输方式。5G网络技术有着热点高容量，低功耗大连接的特点，设备密集度达到100万个每平方千米，流量密度在20Tbs每平方千米，移动速度达到500km每小时。应用5G网络将把整个工厂的所有设备、人、各种配套设施连接成为一体，织成一张无形大网，使工厂高效运转。

2.2 5G将加速信息技术融合使工业互联发挥效能

打破了网络数据传输的壁垒，工业互联网需要更强大的信息化技术的支撑，这包括人工智能、物联网、大数据、云计算和边缘计算等。这么多平时经常听到的技术这里就不深入介绍了，下面就说说他们在工业互联网中的作用。人工智能是对人类智能的启发模拟，基本技术是模式识别、机器学习、数据挖掘、智能算法等，一句话就是让机器变得聪明。物联网是将各种智能设备互联起来形成网络，一句话让机器上线。大数据是对庞大的基础数据进行分析处理，发现其中的共性关联，找出其中的意义。云计算为工业互联网提供存储和计算能力，为人工智能算法提供强大的人工智能计算能力。边缘计算将远离前端的数据中心的运算能力向前端迁移，为5G网络提供比云计算更快更可靠的运算处理能力。边缘计算处理实时数据，云计算处理日常积累的庞大数据，边缘计算与云计算协同合作为5G网络提供支撑。这样通过5G与各种信息化技术的融合使工业互联网高效运转，实现工业自动化、智能化控制，达到提高生产力的要求。

3 “5G+工业互联网” 典型应用场景

3.1 智能制造

智能制造是先进制造技术、信息技术、智能技术的集成和融合，主要判断标准在于能否实现感知、分析、推理、决策、控制等功能。智能制造装备是智能制造的重要构成，包括工业机器人、数控机床、智能控制软件系统和以传感器为代表的检测设施。而工业互联网作为连接设备、生产线、工厂、供应商、产品客户的新型基础设施已成为装备制造智能化发展的核心支撑。实现生产过程智能化主要分三个方面：信号采集、网络环境、工业软件平台。在生产设备中加入传感器完成信号采集再通过5G网络将采集到的生产设备信息数据回传[2]。在工业领域需要统一支持5G通信的网络环境，这就要求所有的设备都安装5G通信模块与5G网络相连。工业软件平台是指在工业场景下进行研发设计、生产管理、运营管理的各类软件。工业软件正从复杂系统软件向便捷平台转变，工业管理APP 将成为工业软件的新型形态[3]。通过以上技术的融合，利用5G网络、视频监控、VR/AR、无人机等技术实现制造流程可视化、智能化。

3.2 远程控制

应用5G网络远程控制可广泛运用于采煤、采矿等高危险作业的行业，也可以应用于工业生产、智能机器人、物流等工业领域。它可以提升工业生产效率，降低人工成本，提高作业的安全性。通过高清摄像头、高精度传感器获得生产一线的图像、声音、温度、压力、湿度等环境数据，然后通过生产设备搭载的物联网前端平台把设备本身状态数据一并采集回传给移动边缘计算设备进行实时处理，再通过5G网络把数据传输到大数据中心进行数据分析，最后把处理好的数据传输给操控平台，让后台驾驶人员进行判断操控。例如有毒有害、地下隧道、矿山矿井等高危作业场景时，利用5G网络低时延、大带宽、高可靠等特性，通过远程控制台和现场实景模拟器来对工程机械进行远程驾驶和操控。

3.3 智慧工业园区

工业园是现代工业聚落的常见形式，是各工厂为了分工合作达到降低成本、提高产能目标的必然结果。但是由于工业区内工厂众多，环境复杂，信息化水平低，缺乏集中控制方式，数据库也相对独立，软硬件系统不相互兼容，集中管理困难。如果运用物联网、云计算、大数据、边缘计算等技术，整合园区监控视频、局域网络、门禁系统、停车准入、信息大屏、能源监控、智能化办公等系统到一个统一的平台，实现各个系统的信息交互、信息共享。再利用5G网络、视频监控、VGA、无人机、工业传感器及工厂各种生产设备实现工业园区智能安防、智慧制造，车辆调度，并在此基础上完成园区厂区、设备、办公楼、人员管理的数据融合、全面管理。最后为园区客户提供个性化的安保、消防、生产、销售、维护等服务，为客户提供上下游产业链企业服务信息，达到个性化、智慧化的服务目标。

4 结束语

当今世界，新一轮科技革命和产业变革蓬勃兴起，工业互联网作为制造业与互联网深度融合的产物，已经成为新工业革命的关键支撑和智能制造的重要基石。5G网络就是工业互联网的神经系统，将他的各个部分紧密的连接在一起。5G、物联网、大数据、边缘计算、人工智能等技术全面融合，必将推动控制系统的硬件、软件和平台向新一代“工业互联网”全面升级。