5G工廠推動“5G+工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)”高質量發(fā)展
為加速行業(yè)提質、降本、增效，2022年9月，工信部印發(fā)了《5G全連接工廠建設指南》，面向原材料、裝備、消費品、電子等制造業(yè)各行業(yè)以及采礦、港口、電力等重點行業(yè)領域，推動萬家企業(yè)開展5G全連接工廠建設，推動5G融合應用縱深發(fā)展。值此《5G全連接工廠建設指南》發(fā)布一周年之際，作為ICT行業(yè)權威媒體，通信世界全媒體特別策劃“5G工廠的量變與質變”專題，深度剖析一年來我國5G全連接工廠的發(fā)展情況，以及規(guī)模復制遇到的挑戰(zhàn)，以推動5G產(chǎn)業(yè)高質量發(fā)展。
2022年8月，工業(yè)和信息化部正式發(fā)布的《5G全連接工廠建設指南》（以下簡稱《指南》）指出，5G工廠是充分利用以5G為代表的新一代信息通信技術集成，打造新型工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)基礎設施，新建或改造產(chǎn)線級、車間級、工廠級等生產(chǎn)現(xiàn)場，形成生產(chǎn)單元廣泛連接、信息（IT）運營（OT）深度融合、數(shù)據(jù)要素充分利用、創(chuàng)新應用高效賦能的先進工廠。
《指南》中明確了5G工廠的建設目標，即在“十四五”時期，主要面向原材料、裝備、消費品、電子等制造業(yè)行業(yè)以及采礦、港口、電力等重點行業(yè)領域，推動萬家企業(yè)開展5G工廠建設，建成1000個分類分級、特色鮮明的工廠，打造100個標桿工廠，推動5G融合應用縱深發(fā)展。
《指南》發(fā)布后，引起了工業(yè)企業(yè)、基礎電信企業(yè)的廣泛關注，部分企業(yè)快速部署實施。據(jù)工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)產(chǎn)業(yè)聯(lián)盟通過“5G工廠種子項目”統(tǒng)計，全國已有1800余個5G工廠項目，涉及29個省、自治區(qū)、直轄市，已覆蓋裝備制造、電子設備制造、石化化工、采礦、鋼鐵、電力、紡織、建材、港口、家電等10個“5G+工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)”重點行業(yè)，以及有色金屬、材料等其他行業(yè)，項目類型已包含產(chǎn)線、車間、工廠等各層級。
通過5G工廠的快速推動，在工廠基礎設施建設、5G應用、產(chǎn)業(yè)生態(tài)等多方面形成了良好的發(fā)展態(tài)勢，有效促進企業(yè)提質、降本、增效，以及綠色、安全發(fā)展。
《指南》中明確指出，5G工廠建設包括基礎設施建設、廠區(qū)現(xiàn)場升級、關鍵環(huán)節(jié)應用、網(wǎng)絡安全防護等四方面的建設內容。其中基礎設施包含了5G網(wǎng)絡、工業(yè)網(wǎng)絡互聯(lián)、邊緣計算、業(yè)務系統(tǒng)等的建設。
從“5G工廠種子項目”建設情況來看，基礎電信企業(yè)均面向項目建設需求及企業(yè)未來發(fā)展，在項目區(qū)域內建設5G網(wǎng)絡，并且大部分采用了UPF等核心網(wǎng)元下沉至工廠內的混合專網(wǎng)建設模式，并根據(jù)實際業(yè)務需要將5G網(wǎng)絡接入到物聯(lián)網(wǎng)、生產(chǎn)控制網(wǎng)絡、生產(chǎn)管理網(wǎng)絡、安全監(jiān)控網(wǎng)絡、辦公網(wǎng)絡等。工業(yè)企業(yè)將現(xiàn)場設備進行5G化改造，增強設備的移動性，以滿足企業(yè)快速換線、柔性生產(chǎn)，以及設備在更大范圍內進行移動等需求。
5G工廠充分利用了5G網(wǎng)絡廣連接、大帶寬等性能，在工廠內大量部署傳感器及攝像頭，實現(xiàn)生產(chǎn)現(xiàn)場的各類數(shù)據(jù)采集，為企業(yè)數(shù)字化轉型打下數(shù)據(jù)基礎。目前，現(xiàn)場設備終端通過5G網(wǎng)絡接入的數(shù)量正在逐步增加，通過配套建設的網(wǎng)絡管理系統(tǒng)，可實時監(jiān)測網(wǎng)絡運行情況以及設備聯(lián)網(wǎng)情況等。
同時，5G工廠進一步引導企業(yè)加快工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)平臺、邊緣計算、數(shù)據(jù)存儲節(jié)點等基礎設施建設，并根據(jù)企業(yè)的實際業(yè)務需要，分別在工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)平臺、邊緣云、邊緣網(wǎng)關、邊緣控制器等設施上部署工業(yè)軟件或APP，結合人工智能、大數(shù)據(jù)、AV/VR等技術，提升企業(yè)生產(chǎn)、運營、管理效率，降低企業(yè)運營成本，提高生產(chǎn)能效。
目前通過5G工廠建設，已基本形成了基于5G網(wǎng)絡的“端-邊-云”三層基礎設施架構，有效解決以往工廠內網(wǎng)絡不能互通、數(shù)據(jù)信息“孤島”等問題。
推動“5G+工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)”應用場景拓展至生產(chǎn)控制環(huán)節(jié)
在5G工廠建設發(fā)展中，機器視覺質檢、廠區(qū)智能物流、生產(chǎn)現(xiàn)場監(jiān)測等“5G+工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)”應用場景已在各行業(yè)廣泛落地。
其中機器視覺質檢充分運用5G大帶寬特性，在質檢環(huán)節(jié)將工業(yè)相機或激光器掃描儀等質檢終端，通過內嵌5G模組或部署5G網(wǎng)關等方式接入5G網(wǎng)絡，將實時拍攝的產(chǎn)品高清圖像通過5G網(wǎng)絡傳輸至專家系統(tǒng)。專家系統(tǒng)基于人工智能算法模型進行實時分析，判斷產(chǎn)品是否存在缺陷；在此基礎上，有效記錄產(chǎn)品質量信息，幫助企業(yè)實現(xiàn)產(chǎn)品質量溯源及產(chǎn)品優(yōu)化。
廠區(qū)智能物流充分運用5G無線傳輸特性，將廠區(qū)內AGV、RGV等物料運輸車輛內置5G模組或接入5G網(wǎng)關，使其按照物流調度系統(tǒng)的路線編排，在立體倉庫與各生產(chǎn)工位間定時、定點、定量精準配送物料，有效降低了倉儲成本，提升了運營效率和倉儲管理能力。
生產(chǎn)現(xiàn)場監(jiān)測充分利用5G廣連接、大帶寬等特性，將生產(chǎn)現(xiàn)場部署的大量傳感器、攝像頭和數(shù)據(jù)采集終端接入5G網(wǎng)絡，將采集到的環(huán)境、人員動作、設備運行等監(jiān)測數(shù)據(jù)，實時回傳至生產(chǎn)現(xiàn)場監(jiān)測系統(tǒng)，對生產(chǎn)活動進行高精度識別、自定義報警和區(qū)域監(jiān)控，實時提醒異常狀態(tài)，為安全生產(chǎn)、能效管控等提供保障。
同時，在5G工廠建設過程中，工業(yè)企業(yè)、基礎電信企業(yè)、解決方案提供商等單位挖掘“5G+工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)”應用場景，將其拓展至生產(chǎn)控制環(huán)節(jié)。
目前商用5G可以達到時延小于20毫秒、可靠性高于99.99%的技術指標，控制系統(tǒng)可進行云化部署，并結合視頻及采集的數(shù)據(jù)，實現(xiàn)設備的遠程控制。
如在鋼鐵行業(yè)已經(jīng)實現(xiàn)“一鍵煉鋼”“一鍵煉鐵”，在港口行業(yè)已實現(xiàn)操作員遠程操控多臺龍門吊，在采礦行業(yè)實現(xiàn)操作人員遠程控制掘進機等典型應用場景。
在“2023工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)大會”上，中國信通院、中國聯(lián)通、精工自動化、上海勃傲自動化、華為5家單位聯(lián)合發(fā)布了5G高可靠、低時延汽車柔性產(chǎn)線，實現(xiàn)5G時延4毫秒、可靠性99.999%的技術指標，并應用在汽車產(chǎn)線機器人抓手切換、隨行夾具控制等多個生產(chǎn)控制環(huán)節(jié)，進一步縮短汽車生產(chǎn)周期，提升產(chǎn)能。
加強合作，形成“雙向奔赴”的發(fā)展態(tài)勢
5G工廠需要工業(yè)企業(yè)、基礎電信企業(yè)、解決方案提供商或系統(tǒng)集成商聯(lián)合建設。
在5G工廠的推進過程中，基礎電信企業(yè)不僅為5G工廠提供5G網(wǎng)絡建設，同時也在與工業(yè)企業(yè)、解決方案提供商等，結合工業(yè)企業(yè)生產(chǎn)、運營、管理中急需解決的痛點和難點問題，共同探討5G網(wǎng)絡的有效應用，打造一系列應用場景，并且為工業(yè)企業(yè)提供后續(xù)的網(wǎng)絡運維服務。
工業(yè)企業(yè)和解決方案提供商等也派出有關專家，主動與信息通信業(yè)專家進行探討，逐步將生產(chǎn)周期、生產(chǎn)工藝等進行適度調整以適配5G，進一步推動5G在生產(chǎn)控制等核心環(huán)節(jié)的應用，并提出能夠將5G直接內置在工業(yè)設備中要求，以此降低設備接入5G網(wǎng)絡的門檻，這將更有利于工業(yè)應用5G。
同時工業(yè)企業(yè)提出將后續(xù)的網(wǎng)絡服務交給基礎電信企業(yè)，以購買服務的方式與基礎電信企業(yè)進行合作。可以說，5G工廠建設進一步促進了工業(yè)與信息通信業(yè)的深度合作，已形成了“雙向奔赴”的發(fā)展態(tài)勢。
目前，通過5G工廠建設，切實在工業(yè)企業(yè)提質、降本、增效，以及綠色、安全發(fā)展方面平均提升價值10%~17%，而企業(yè)對5G工廠建設產(chǎn)生的價值預期普遍高于50%，甚至部分企業(yè)超過100%。
下一階段，建議進一步加快“5G+工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)”在技術、產(chǎn)品、應用、生態(tài)建設方面的推進進度，各有關單位聯(lián)合研制行業(yè)5G工廠建設標準化方案，降低企業(yè)建設成本，加快明確5G工廠建設指標，以便企業(yè)更有針對性地開展建設；定期開展5G工廠建設成效評估，加強5G工廠標桿打造，持續(xù)“擦亮”5G工廠品牌。
