“5G+工业互联网”发展前景及典型案例应用

袁华玉

（北京中网华通设计咨询有限公司，北京 100071）

1 5G通信技术对工业互联网的影响

随着5G通信技术的升级发展及实践应用，其对于工业互联网产生了显著的改变与影响，这种改变影响体现于工业互联网的很多方面，如图1所示。本文选取2个比较典型的领域来分析探讨。

图1 5G通信技术在工业互联网当中的实践应用

（1）基于5G通信技术对于工业互联网的影响，可以进一步带动企业数字化改革创新。目前，很多企业在工业互联网的发展上面临瓶颈，如操作系统不连贯，因数据孤岛而制约信息流通等，但是随着5G通信技术的融合应用，此类问题将会迎刃而解，企业方面通过运用大数据技术可以在自身制造过程中更好地开发数据价值，尤其在当前企业数据交互量级不断增加的环境下，5G通信技术凭借自身优势，能够在数据采集、实时传输、边缘计算等环节贡献重要力量，并且为各方实时数据交流构建有效平台。

（2）5G通信技术对于工业互联网的影响，有利于企业更好地落实以用户需求为导向的生产变革。目前，很多企业的生产工厂在系统、设备等信息连接方面，正在以无线网连接方式替换传统硬连接方式，并且在实践工作中显著改善了组织生产成效，尤其相较于以往的3G、4G无线网络技术，5G通信技术的性能优势可以更好地达成工业生产需求，并为这种生产变革提供有利契机[1]。

2 “5G+工业互联网”的发展前景

2.1 创新探索力度加大

工业互联网的发展与网络信息平台、信息安全等方面的创新息息相关。随着科学技术水平的不断提升，传统以太网的弊端逐渐暴露出来，由于其可靠性、时效性等相对较差，不利于在工业数据通信中应用，加上工业现场存在多种影响因素，如恶劣的工况、不规范的操作等，导致以太网可靠性大幅度下降。在这样的背景下，对象链接与嵌入的过程控制（OLE for Process Control，OPC）统一架构（Unified Architecture，UA）+时间敏感网络（Time-Sensitive Networking，TSN）应运而生，该组合方式具有多方面优势，包括时效性强等，在同步、安全等方面也得到很大改善[2]。目前，OPC UA+TSN在工业领域中的应用仍然有待发展完善，越来越多的供应商都在加快对其研究和验证，其数据安全将成为研究重点。

2.2 应用领域逐渐深入

工业互联网落地速度的持续加快，被应用到了各行各业，其中包括电力行业、电子信息领域、航空航天领域等，同时工业互联网领域涌现出了很多新模式，为制造业实现成功转型提供了技术支撑。以海尔集团为例，为了能够在激烈的市场竞争中占有一席之地，海尔集团将用户与生产销售物流等各个环节进行了有效连通，不仅做到了按照用户需求生产和配送相应产品，还将支出成本降至最低，正是由于采用按需生产和配送的管理形式，实现了大规模定制生产目标，在一定程度上提高了经济收入。就当前的发展形势来看，制造企业、信息与通信技术企业（Information and Communications Technology，ICT）企业等都在加大对工业互联网平台的建设力度。目前，国内拥有工业互联网平台的企业已有上百家，其中有70余个工业互联网平台拥有一定的影响力，无论是核心能力还是服务质量都处于明显的快速提升阶段。

2.3 成为未来大势所趋

“5G+工业互联网”的融合应用将会产生叠加倍增效应，企业引入“5G+工业互联网”具有重要意义，可以实现企业的远程协同管理、管控无人化、产品个性化服务等目标，为企业快速发展提供有力支持。国内一些城市纷纷将5G通信技术与工业的融合应用放在产业规划的首要位置上，其中包括北京市、浙江省杭州市、广东省深圳市等，现阶段融合应用已在19个省市全面开通，应用类型也超过了20余种，并且涉及多个领域。在这些工业互联网应用领域中，区块链的应用正处于迅速升温趋势，这与区块链技术的特点有着密不可分的联系。区块链技术具有保护权限隐私、共享统一账本、智能合约等功能，可以有效解决企业面临的工业安全、资源融合、信息共享等问题，为企业开展各项工作提供有针对性的解决方案[3]。

3 “5G+工业互联网”的典型案例应用

3.1 在电力行业的应用

这几年电力行业飞速发展，取得辉煌的建设成果，但配电网的极速扩展加大了人工巡检的难度。受地理环境、气侯条件、线网复杂度高等多方面因素影响，配电线路出现故障时短时间内很难找到故障原因、无法做到精细化管理、难以实时监管电力设备。“5G+工业互联网”+无人机巡检的模式较好解决了这一问题。国家电网、南方电网等公司已成功引入“5G+工业互联网”技术，通过对5G通信技术的利用实现了无人机智能巡检与设备故障诊断等多项功能，为电力行业健康发展提供了保障。无人机智能巡检工作的开展除了需要“5G+工业互联网”技术的支撑，还涉及了很多新技术，包括全区定位系统（Global Positioning System，GPS）、雷达感应技术、图像技术等，无人机巡检具体工作流程如图2所示。

图2 无人智能巡检流程图

目前，国家电网与中国电信已经建立了合作关系，联合开展了“5G+北斗智能巡检无人机”项目建设，以此实现了无人机巡检数据的有效回传，还完成了独立接入（Standalone Access，SA）网络的创建并将北斗服务引入到工作中，从根本上解决了传统输变线路巡检时间长、效率低等问题。同时，对图像智能识别技术加以利用，在进行自主巡检作业时，无人机能够将收集到的影像资料及时回传，并且完成无人机自主巡检、辅助决策输出等多项功能，与传统方式相比，数据真实性工作效率、图像准确率获得极大提高，将5G通信技术的应用落实到了实处。

3.2 在电子设备制造业的应用

电子设备制造业存在产品更新换代速度快、自动化水平相对较高等特点，考虑到行业未来发展形势，其亟需解决降低劳动力成本、满足客户差异化需求等方面问题。在现阶段，华为技术有限公司、海尔集团等纷纷将5G通信技术引入到生产销售中，极大程度地节省了生产成本与支出成本，显著提高了生产制造效率，为实现数字化转型奠定良好基础。

以华为技术有限公司为例，该公司与中国移动建立了合作关系，借助5G通信技术构建了柔性生产制造场景，起初手机生产车间需要布线9万m，随着手机机型的更新换代，需要不断进行升级和调整。而引入“5G+工业互联网”技术后生产状况得到有效改善，5G网络将原有生产线上的各项工作环节进行了无线化连接，不仅缩短了生产线的作业时间，还将各个环节录入到视觉检测相机中，便于工作人员随时检查其工作情况[4]。

3.3 在装备制造业的应用

装备制造业涉及范围较广，包括工程机械制造、航空制造等领域，其对产品质量与生产技术有着极为严格的要求，同时存在着“用工荒、成本高”的现象，要想从根本上解决相关问题，还应该从质量检测手段与精装加工能力2个层面入手。中国高飞、三一重工等利用“5G+工业互联网”技术开展了设备协同作业等测试，取得了显著成果，为装备制造业发展提供了有利支持。比如，中国高飞和中国联通建立了合作关系，有效开展了协同研发设计和现场辅助装配场景工作，在协同研发设计上，中国高飞以5G网络服务为中心，利用增强现实与虚拟现实市场规模上传数据，实现了产品研发实验阶段的在线协同和远程诊断。在现场辅助装配场景方面，高飞将5G+增强现实（Augmented Reality，AR）辅助装配系统引入其中，其可以根据指导画面完成指定动作，与人工方式相比装配效率大幅度提升。

3.4 在钢铁行业中的应用

钢铁行业涵盖炼钢、轧钢等多个环节，目前存在设备维护效率不高、生产压力较大等方面问题，对于钢铁行业来讲，解决当前面临的各项问题已成为大势所趋。在这样的背景下，鞍钢、华菱湘钢等对5G通信技术加以合理利用，借助该技术开展生产现场监测、设备故障诊断等工作，不仅可以优化钢铁生产流程，还实现了可持续发展的战略目标。

鞍钢选择与中国移动进行合作，将5G通信技术作为研究重点，在此基础上开展了机器视觉质检工作与生产现场监测工作，经过反复不断的实验与监测，研究结果显示其能够有效提高以上2项工作的工作效率。以生产现场监测工作为例，炼铁厂皮带通廊光线较为昏暗，如果人工进行操作其危险系数相对较高，而安装4K高清摄像监控系统则有所不同，该系统可以与5G网络搭配使用，及时向相关人员反馈该位置处的各项信息[5]。

3.5 在采矿行业中的应用

对于采矿行业而言，安全生产是行业的重点问题，无论是在露天作业环境中还是在地下采矿环境中都可能出现人员伤亡，如果不能及时有效地采取措施，势必会影响到采矿行业的健康发展。考虑到安全生产问题的重要性，新元煤矿、千业水泥等积极引入“5G+工业互联网”技术，以此实现全矿井无人操作等功能，具体应用流程如图3所示。

图3 全矿井无人操作流程图

以新元煤矿与中国移动合作为例，新元煤矿开通了5G煤矿井下网络，真正意义上实现了远程设备操控，5G通信技术可以实时对挖进机等设备进行操控，同时可以全程监测和控制爆破过程，一旦发现问题立即远程操控相应设备，就可以利用最短时间解决存在的事故问题。在传统模式下，井下设备难免存在信号缺失等情况，利用5G通信技术能够实现无人操作，尤其在危险区域进行作业时可以有效减少事故发生率。

4 结 论

综上所述，我国5G通信技术的发展取得了举世瞩目的成就，而身处于万物互联的5G时代，工业互联网也将经历深刻变革，并且迎来全新的发展机遇。5G通信技术对于工业互联网的影响是全面且深远的，“5G+工业互联网”不仅展现出了良好与广阔的发展前景，更是未来各企业提升核心竞争力的必然选择。目前，在诸多领域的具体实践当中，“5G+工业互联网”都已经在发挥作用，并且取得了显著效果，未来仍需不断加深5G通信技术与工业互联网的深度融合。