毛光烈，湯方晴

(浙江省智能制造專家委員會，浙江 杭州 330108)

5G作為新一代移動通信系統(tǒng)，具有高速率、低延時、大連接的特性，高度契合工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)連接多樣性、通信多樣化以及性能差異化的需求，二者融合形成的“5G+工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)”將是推動制造業(yè)轉(zhuǎn)型發(fā)展的利器。我國非常重視工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)和5G的融合發(fā)展，發(fā)布了《“5G+工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)”512工程推進(jìn)方案》等政策，推動建立5G應(yīng)用創(chuàng)新研究中心，開展研究和試驗。當(dāng)前，我國“5G+工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)”尚處于起步階段，應(yīng)該及時理清問題、挖掘場景、突破瓶頸、應(yīng)對挑戰(zhàn)。在此背景下，本文將基于5G特點及工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)發(fā)展趨勢，分析工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)與5G融合發(fā)展的機(jī)理，梳理“5G+工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)”的發(fā)展難題，并提出相關(guān)對策建議。

一、“5G+工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)”的融合機(jī)理

工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)是以工業(yè)企業(yè)為主體，以工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)平臺為載體，通過網(wǎng)絡(luò)技術(shù)、大數(shù)據(jù)、云計算、人工智能等新一代數(shù)字技術(shù)與工業(yè)技術(shù)的深度融合，規(guī)?；┙o智能服務(wù)與產(chǎn)品，推動工業(yè)企業(yè)向數(shù)字化、網(wǎng)絡(luò)化、智能化轉(zhuǎn)型的完整體系[1]。數(shù)字化、網(wǎng)絡(luò)化、智能化既可以認(rèn)為是智能制造的三個范式[2]，也可以認(rèn)為是打造全能工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)的三個要素，亦或是工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)發(fā)展趨勢。當(dāng)前，工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)對5G的需求逐步凸顯：

數(shù)字化是發(fā)展工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)的基礎(chǔ)工作，指通過數(shù)字化技改實現(xiàn)生產(chǎn)線上線下一體化，推動各生產(chǎn)單元相互配合、協(xié)調(diào)一致地工作，提升生產(chǎn)協(xié)同水平。通過發(fā)展嵌入5G芯片模組的“即插即用”智能工業(yè)模塊，能充分發(fā)揮5G網(wǎng)絡(luò)標(biāo)準(zhǔn)明確、接口互通的優(yōu)勢，借助D2D(Device-to-Device，設(shè)備到設(shè)備)技術(shù)實現(xiàn)設(shè)備之間直接高效通信，便于實現(xiàn)各類數(shù)字化系統(tǒng)的互聯(lián)互通，降低數(shù)字化技改成本，對需要數(shù)字化改造的企業(yè)尤其是中小企業(yè)來說，具有非凡意義。此外，隨著企業(yè)數(shù)字化改造的深入推進(jìn)，終端設(shè)備聯(lián)網(wǎng)密度將劇增，5G的mMTC(大規(guī)模物聯(lián)網(wǎng))特性能夠滿足海量物聯(lián)的通信需求，這使之成為工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)發(fā)展的優(yōu)先網(wǎng)絡(luò)選擇[3]。

網(wǎng)絡(luò)化是通過網(wǎng)絡(luò)技術(shù)將人、機(jī)、物、應(yīng)用等要素數(shù)據(jù)互聯(lián)匯集于工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)平臺，運用有效的機(jī)制進(jìn)行共享，從而重構(gòu)整個生產(chǎn)方式、管理體系與服務(wù)模式。先進(jìn)網(wǎng)絡(luò)支持對工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)實體的有效運行至關(guān)重要，實現(xiàn)萬物互聯(lián)是網(wǎng)絡(luò)化的終極目標(biāo)[4]，工業(yè)場景對網(wǎng)絡(luò)可靠性、穩(wěn)定性、靈活性以及時延有著很高的要求，這使得5G備受期待。5G的uRLLC(超低時延超高可靠通信)特性將在人機(jī)交互和工業(yè)控制等場景下為工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)提供完美支持。此外，5G網(wǎng)絡(luò)切片技術(shù)可有效支撐多業(yè)務(wù)場景，5G+MEC(移動邊緣計算)在構(gòu)建企業(yè)專網(wǎng)方面效率較高，可以成為增強(qiáng)工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用效能的重要工具[5]。

智能化指的是以大數(shù)據(jù)為基礎(chǔ)，以模型與算法創(chuàng)新為核心，以強(qiáng)大的計算能力為支撐，為生產(chǎn)經(jīng)營全過程提供各類智能化應(yīng)用服務(wù)。智能化依托于大規(guī)模數(shù)據(jù)計算，而現(xiàn)有以太網(wǎng)絡(luò)和本地計算機(jī)卻難以支撐龐大數(shù)據(jù)的傳輸和計算?；?G技術(shù)，工廠有望基于云平臺運用數(shù)字孿生技術(shù)構(gòu)建虛擬工廠，將大量工業(yè)級數(shù)據(jù)通過5G網(wǎng)絡(luò)收集并上傳云端進(jìn)行深度學(xué)習(xí)訓(xùn)練，再結(jié)合云計算的超級計算能力實現(xiàn)自主學(xué)習(xí)、智能判斷、自覺執(zhí)行，從而為企業(yè)提供更加智能化的工作環(huán)境，提升關(guān)鍵工業(yè)領(lǐng)域的效率[6]。

二、“5G+工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)”發(fā)展面臨的難題

(一)需求缺乏拉動力

“5G+工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)”的廣泛應(yīng)用，終究要以業(yè)務(wù)需求為驅(qū)動力，但是從不同行業(yè)數(shù)字化改造的情況看，缺乏顯著需求仍是制約“5G+工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)”發(fā)展的重要原因。

一是企業(yè)數(shù)字化率低導(dǎo)致需求不緊迫。“5G+工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)”發(fā)展首先受制于工業(yè)場景基礎(chǔ)設(shè)施的數(shù)字化水平。根據(jù)兩化融合服務(wù)聯(lián)盟的統(tǒng)計數(shù)據(jù)，截止2019年第三季度，參評的15萬家工業(yè)企業(yè)的生產(chǎn)設(shè)備數(shù)字化率、關(guān)鍵工序數(shù)控化率分別為47.4%和49.7%，而工業(yè)企業(yè)智能制造就緒率僅為7.9%，且這其中絕大多數(shù)為規(guī)模以上企業(yè)(1)數(shù)據(jù)來源：兩化融合服務(wù)平臺[EB/OL].[2020-03-08]http://cspiii.com/dhlj/sj/.。工業(yè)企業(yè)特別是中小企業(yè)的數(shù)字化率和聯(lián)網(wǎng)率不高，導(dǎo)致大力發(fā)展智能制造的基礎(chǔ)條件不足，不少企業(yè)尚處在觀望狀態(tài)，實施需求不迫切。

二是工業(yè)領(lǐng)域5G剛需場景不明確。關(guān)于5G的應(yīng)用，業(yè)內(nèi)人士已在工業(yè)領(lǐng)域探索數(shù)年，但對5G有剛需的工業(yè)場景尚未找到。工業(yè)控制無疑是工廠最核心的場景，但由于對可靠性要求極高，設(shè)備也很少移動，目前絕大多數(shù)工廠仍傾向于使用現(xiàn)場總線等有線連接方式；其他應(yīng)用場景下依托“4G+WiFi”的模式也暫時能滿足基本需求。從長期看5G能帶來更美藍(lán)圖，但當(dāng)前真正能和5G強(qiáng)綁定，無法被其他網(wǎng)絡(luò)連接方式替代的工業(yè)場景尚不明確。

三是現(xiàn)階段5G進(jìn)場性價比不高。雖然5G在技術(shù)上更先進(jìn)，但技術(shù)復(fù)雜性高，且仍處在發(fā)展和應(yīng)用初期，部署和使用的成本較高。對于廣大企業(yè)而言，一方面面臨著高昂的5G網(wǎng)絡(luò)布設(shè)成本，另一方面應(yīng)用5G優(yōu)化運營效果并不顯著，性價比不高導(dǎo)致“5G+工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)”落地的進(jìn)展不夠理想。

(二)供給規(guī)模性不強(qiáng)

目前，從供給側(cè)來看5G基站還未形成規(guī)模性覆蓋，很多5G類產(chǎn)品仍處在演示階段，有效的5G商業(yè)模式還未成型，總體來說供給規(guī)模性不強(qiáng)，究其原因：

一是5G部署和應(yīng)用成本高，網(wǎng)絡(luò)布設(shè)與應(yīng)用偏慢。相對于4G網(wǎng)絡(luò)，5G網(wǎng)絡(luò)工作在更高的頻段，信號衰減更快。為實現(xiàn)同等覆蓋，需要布設(shè)更多的室內(nèi)外基站，大大增加了5G網(wǎng)絡(luò)建設(shè)與運營成本[7]；5G基站的無線設(shè)備大多采用大規(guī)模有源天線(MIMO AAU)，不僅設(shè)備造價高，而且功耗大。據(jù)相關(guān)廠家資料顯示，5G基站的功耗是4G的兩倍左右。因此，在基于5G的新應(yīng)用全面鋪開之前，運營商在推動5G商用的過程中面臨巨大的建設(shè)成本和運營成本壓力，網(wǎng)絡(luò)部署會更加謹(jǐn)慎。

二是應(yīng)用場景復(fù)雜，技術(shù)與業(yè)務(wù)協(xié)同的難度較大。依需建網(wǎng)是5G網(wǎng)絡(luò)的建設(shè)原則，由于各個行業(yè)之間存在較強(qiáng)的獨立性，對于5G都有著不同的需求，且由于不同行業(yè)本身存在著巨大差異，相應(yīng)的業(yè)務(wù)需求在安全性、隔離性、通信指標(biāo)、運營指標(biāo)等方面存在明顯差別。面對復(fù)雜的工業(yè)需求，5G需要適應(yīng)不同的工業(yè)場景并為其提供連接方案，這項工作標(biāo)準(zhǔn)化程度低且難度高，可復(fù)制性差，對建設(shè)和運營方來說都是巨大挑戰(zhàn)。同時，由于行業(yè)應(yīng)用存在專業(yè)壁壘，跨界融合還不充分，加之復(fù)合型人才十分缺乏，IT領(lǐng)域?qū)I(yè)企業(yè)主要流程和工藝流程缺少必要掌握，需求與解決方案的銜接矛盾相當(dāng)突出，這也是制約5G與工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)融合發(fā)展的重大因素。

三是商業(yè)模式尚在探索，盈利點仍不清晰。5G在工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)領(lǐng)域的應(yīng)用模式與傳統(tǒng)通信服務(wù)有較大的區(qū)別，目前有效的5G商業(yè)模式仍未成型，網(wǎng)絡(luò)建設(shè)主體、應(yīng)用主體、運維主體之間的成本收益界定不夠清晰，收費模式和收費標(biāo)準(zhǔn)仍在探索，各參與主體對于未來的盈利點缺乏一致的認(rèn)識；產(chǎn)業(yè)生態(tài)系統(tǒng)仍待完善，產(chǎn)業(yè)運行未形成高效的閉環(huán)，還沒有可參照的案例。因此，雖然客觀上5G與工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)融合呼聲高漲，但產(chǎn)業(yè)化驅(qū)動力仍稍顯不足。

三、“5G+工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)”推動策略

(一)推動中小企業(yè)全面數(shù)字化拉動5G需求

5G規(guī)?；瘧?yīng)用的前提是海量數(shù)字化設(shè)備的聯(lián)網(wǎng)需求，但當(dāng)前我國工業(yè)企業(yè)存在設(shè)備數(shù)字化率、數(shù)字設(shè)備聯(lián)網(wǎng)率“雙低”的情況，特別是中小企業(yè)的數(shù)字化率更低。中小企業(yè)是國民經(jīng)濟(jì)重要組成部分，貢獻(xiàn)了50%以上的稅收，60%以上的GDP，70%以上的技術(shù)創(chuàng)新，80%以上的城鎮(zhèn)勞動就業(yè)，90%以上的企業(yè)數(shù)量(2)信息來源：中國政府網(wǎng).劉鶴主持召開國務(wù)院促進(jìn)中小企業(yè)發(fā)展工作領(lǐng)導(dǎo)小組第一次會議[EB/OL].[2018-08-20].http://www.gov.cn/guowuyuan/2018-08/20/content_5315204.htm.。推動中小企業(yè)全面數(shù)字化，快速提升數(shù)字化設(shè)備數(shù)量，將為“5G+工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)”發(fā)展奠定需求基礎(chǔ)。

推動中小企業(yè)全面數(shù)字化，要堅持“企業(yè)數(shù)字化制造，行業(yè)平臺化服務(wù)”模式，抓住“數(shù)字化工程總包模式”和“行業(yè)云平臺發(fā)展”兩個關(guān)鍵點。系統(tǒng)解決問題的“數(shù)字化工程總包模式”是解決傳統(tǒng)企業(yè)技改碎片化問題的有效方式，能夠針對企業(yè)的需求，實現(xiàn)企業(yè)數(shù)字化轉(zhuǎn)型的統(tǒng)一規(guī)劃設(shè)計、統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)的實施改造、統(tǒng)一集成的軟件開發(fā)、統(tǒng)一數(shù)據(jù)的應(yīng)用管理。因此應(yīng)當(dāng)大力培育數(shù)字化工程系統(tǒng)解決問題總包商并推廣數(shù)字化工程總包模式，以此高質(zhì)量推動企業(yè)數(shù)字化改造。“行業(yè)云平臺發(fā)展”指發(fā)展行業(yè)級的工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)平臺，通過行業(yè)工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)平臺為中小企業(yè)提供規(guī)?；?、有特色的服務(wù)，能夠迅速提升用云體驗、降低中小企業(yè)用云成本，并解決后續(xù)服務(wù)難等問題；以行業(yè)為服務(wù)單位更加切合中小企業(yè)精準(zhǔn)服務(wù)的要求，亦可以較大且快地拓展我國工業(yè)用網(wǎng)用云，更有利于打開5G的應(yīng)用市場。當(dāng)前行業(yè)工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)平臺發(fā)展要重視開發(fā)數(shù)據(jù)價值，以“服務(wù)企業(yè)”為宗旨，開發(fā)好而多的工業(yè)APP。我國應(yīng)當(dāng)通過政策保障、創(chuàng)新機(jī)制、多方參與，從試點到提質(zhì)擴(kuò)面，更多更好地擴(kuò)大5G與工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)的融合應(yīng)用。

(二)發(fā)展5G“即插即用”智能模塊助推生態(tài)形成

發(fā)展嵌入5G芯片模組的“即插即用”工業(yè)智能模塊是降低企業(yè)數(shù)字化改造成本，降低企業(yè)數(shù)字化轉(zhuǎn)型難度、擴(kuò)大5G應(yīng)用規(guī)模的重要舉措。數(shù)字化設(shè)備通過5G網(wǎng)絡(luò)實現(xiàn)互聯(lián)，有望破解工業(yè)裝備通信協(xié)議不統(tǒng)一、過于繁雜、聯(lián)接成本過大等問題，既是企業(yè)數(shù)字化轉(zhuǎn)型的重要助推器，也是5G產(chǎn)業(yè)鏈的重要一環(huán)，在推動“5G+工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)”生態(tài)發(fā)展中的地位不可小覷。

目前，嵌入5G芯片的“即插即用”工業(yè)智能模塊仍處于發(fā)展初期，應(yīng)當(dāng)從供應(yīng)側(cè)和需求側(cè)兩端共同推動其發(fā)展。從供應(yīng)側(cè)來看，應(yīng)當(dāng)鼓勵華為、中興、新華三等芯片與軟件供應(yīng)商以及工業(yè)數(shù)字化工程承包商等企業(yè)像開發(fā)、使用存儲器、服務(wù)器那樣，大力開發(fā)5G的智能無線接口模塊、智能通信模塊、智能工控模塊等，提高5G系統(tǒng)解決問題的技術(shù)保障能力。從需求側(cè)來看，在離散工業(yè)、柔性制造需求程度高的企業(yè)開展應(yīng)用5G智能模塊的試點示范與應(yīng)用推廣工作，可有望形成規(guī)?；瘧?yīng)用。同時要打通供給、應(yīng)用、服務(wù)的價值鏈，依托工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)平臺，解決模塊使用的信息不對稱問題，加快模塊開發(fā)商、生產(chǎn)制造商、軟件開發(fā)商、工程總包商、最終用戶(企業(yè))等形成一個產(chǎn)業(yè)生態(tài)共同體與價值分享體，形成合理的分享機(jī)制，確保各方協(xié)同對接的信息通暢、服務(wù)有效。通過標(biāo)準(zhǔn)化和規(guī)?；掷m(xù)快速地降低5G智能模塊造價。完善市場化的供給與服務(wù)鏈條，建立并逐步完善智能模塊發(fā)展的生態(tài)系統(tǒng)，引導(dǎo)并創(chuàng)建良好的發(fā)展生態(tài)，形成“即插即用”工業(yè)智能模塊“標(biāo)準(zhǔn)化設(shè)計、批量化生產(chǎn)、規(guī)?；褂?、市場化配置、生態(tài)化發(fā)展”的思路與格局。

(三)全域工業(yè)數(shù)字化提升5G網(wǎng)絡(luò)使用率

5G網(wǎng)絡(luò)是一張功能強(qiáng)大、應(yīng)用模式多樣、服務(wù)內(nèi)容豐富的網(wǎng)絡(luò)，既能服務(wù)于工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)以“物-物”互聯(lián)為主的場景，也能服務(wù)于“人-人”互聯(lián)，“人-物”互聯(lián)的場景。通過推動全域工業(yè)數(shù)字化，能充分發(fā)揮5G網(wǎng)絡(luò)強(qiáng)大的業(yè)務(wù)承載力，全面服務(wù)于整個區(qū)域產(chǎn)業(yè)發(fā)展、社會生活、政府管理與服務(wù)等多重功能對先進(jìn)網(wǎng)絡(luò)的需求，能有效提升5G網(wǎng)絡(luò)的使用率，并推動融合應(yīng)用創(chuàng)新，創(chuàng)造更多更好的新興應(yīng)用服務(wù)，推動“5G+工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)”發(fā)展與創(chuàng)新。

推動全域工業(yè)數(shù)字化?？梢怨I(yè)園區(qū)、小微企業(yè)園、特色小鎮(zhèn)等為單位進(jìn)行5G網(wǎng)絡(luò)的部署，通過5G網(wǎng)絡(luò)切片技術(shù)為不同應(yīng)用場景提供定制化網(wǎng)絡(luò)服務(wù)。從運營商角度，這能夠提高基站利用率，拓展網(wǎng)絡(luò)延伸應(yīng)用服務(wù)的空間，減少資源的閑置與浪費，相對降低網(wǎng)絡(luò)部署成本；從企業(yè)層面來看，將降低單個企業(yè)5G使用成本，提高了供需雙方積極性。此外，除5G基礎(chǔ)設(shè)施鋪設(shè)業(yè)務(wù)，在園區(qū)內(nèi)的運營商還可以發(fā)揮數(shù)據(jù)采集、存儲、通訊、應(yīng)用及運維服務(wù)等技術(shù)優(yōu)勢，拓展數(shù)字化改造業(yè)務(wù)及數(shù)據(jù)應(yīng)用服務(wù)業(yè)務(wù)，提升創(chuàng)新業(yè)務(wù)的能力，增加盈利點。因此，運營商可以瞄準(zhǔn)工業(yè)產(chǎn)業(yè)集聚園區(qū)，與工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)平臺服務(wù)商、數(shù)字化工程承包商、工程設(shè)備供應(yīng)商等通力合作，發(fā)揮各自優(yōu)勢，開展商業(yè)模式和盈利點的探索與創(chuàng)新，這將有利于建立對各方都有益的、具備可持續(xù)可復(fù)制特征的商業(yè)模式。

(四)有序推進(jìn)5G應(yīng)用業(yè)務(wù)發(fā)展

依據(jù)場景設(shè)備與5G融合的難度、5G相關(guān)終端模組發(fā)展的程度、應(yīng)用場景融合涉及的工業(yè)生產(chǎn)環(huán)節(jié)貼身服務(wù)等幾方面的因素，5G各項應(yīng)用目前仍分別處于不同的發(fā)展階段。我們可以遵循5G與工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)融合發(fā)展的規(guī)律，先從特定業(yè)務(wù)著手來推動，在不斷完善和健全的技術(shù)、產(chǎn)業(yè)生態(tài)環(huán)境中，邊發(fā)展邊探索，落地示范項目，創(chuàng)新商業(yè)價值與模式，挖掘內(nèi)在需求，迎接爆點來臨。

從應(yīng)用發(fā)展節(jié)奏和需求緊迫度來看，現(xiàn)階段可以著重推動5G與AGV通信控制、超高清視頻、機(jī)器視覺、遠(yuǎn)程運維等融合應(yīng)用。AGV由于是設(shè)備的持續(xù)移動，該場景對無線網(wǎng)絡(luò)需求很強(qiáng)，因此可以作為5G與工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)融合重點推動的應(yīng)用之一；面向工業(yè)領(lǐng)域的5G高清視頻融合應(yīng)用改造難度較低，高清視頻監(jiān)控在空曠空間和高危工業(yè)場景下優(yōu)勢明顯，可以成為5G在工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)領(lǐng)域的率先發(fā)展應(yīng)用；機(jī)器視覺、遠(yuǎn)程運維、移動巡檢等融合應(yīng)用已進(jìn)入高速發(fā)展期，經(jīng)濟(jì)價值逐漸顯現(xiàn)，AR、VR與5G的融合在工業(yè)遠(yuǎn)程場景中亦將加快發(fā)揮重要作用。此外，智能物流、預(yù)測性維護(hù)、設(shè)備狀態(tài)檢測等受限于5G與工業(yè)設(shè)備的深度融合及5G模組的發(fā)展，還需等待產(chǎn)品成熟后再進(jìn)一步融合推進(jìn)。而遠(yuǎn)程控制、移動控制等控制類業(yè)務(wù)由于涉及工業(yè)核心控制環(huán)節(jié)有待進(jìn)一步的實踐驗證，仍待積極探索。