信息通信技術(shù)應(yīng)用與工業(yè)數(shù)字化

賈佳 羅蘭

（工信通（北京）信息技術(shù)有限公司，北京 100036）

0.引言

習(xí)近平總書記指出，數(shù)字化轉(zhuǎn)型已成大勢(shì)所趨，并引領(lǐng)著新一輪工業(yè)革命。根據(jù)《數(shù)字中國(guó)發(fā)展報(bào)告（2020年）》，我國(guó)數(shù)字經(jīng)濟(jì)總量已達(dá)41萬(wàn)億元，躍居世界第二，成為引領(lǐng)全球數(shù)字經(jīng)濟(jì)創(chuàng)新的重要策源地。自2010年以來(lái)，我國(guó)制造業(yè)增加值已連續(xù)11年位居世界第一，占全球比重接近30%。作為世界上工業(yè)體系最為健全的國(guó)家，在500種主要工業(yè)產(chǎn)品中，我國(guó)有40%以上產(chǎn)品的產(chǎn)量居世界第一，“中國(guó)制造”在全球產(chǎn)業(yè)鏈供應(yīng)鏈中的影響力持續(xù)攀升。在利用信息化技術(shù)促進(jìn)產(chǎn)業(yè)變革的工業(yè)4.0時(shí)代，我國(guó)采取一系列舉措，促進(jìn)數(shù)字技術(shù)與實(shí)體經(jīng)濟(jì)深度融合，積極推動(dòng)制造業(yè)數(shù)字化、網(wǎng)絡(luò)化、智能化。目前已建成全球最大規(guī)模光纖和移動(dòng)通信網(wǎng)絡(luò)，5G基站、終端連接數(shù)全球占比分別超過(guò)70%和80%，重點(diǎn)領(lǐng)域關(guān)鍵工序數(shù)控化率已達(dá)52.1%，數(shù)字化研發(fā)設(shè)計(jì)工具普及率已達(dá)73%，制造業(yè)數(shù)字化轉(zhuǎn)型全面提速。其中，信息通信基礎(chǔ)設(shè)施作為數(shù)字經(jīng)濟(jì)發(fā)展的基石，直接影響制造業(yè)網(wǎng)絡(luò)能力的提升、信息“無(wú)障礙”的推進(jìn)、數(shù)字鴻溝的弱化和數(shù)字經(jīng)濟(jì)紅利的釋放。

1.信息通信技術(shù)發(fā)展現(xiàn)狀

信息通信技術(shù)日趨成為一個(gè)集合的概念，涵蓋通信、電信、計(jì)算機(jī)、軟件、中間件等，及在此基礎(chǔ)上形成的技術(shù)集成與整合系統(tǒng)。數(shù)字經(jīng)濟(jì)時(shí)代背景下，以信息通信技術(shù)為主形成的新型基礎(chǔ)設(shè)施是新一代信息技術(shù)發(fā)展和應(yīng)用的重要載體，是各類業(yè)務(wù)和消費(fèi)者之間的“橋梁”，也是衡量一個(gè)國(guó)家或地區(qū)經(jīng)濟(jì)社會(huì)發(fā)展水平、綜合競(jìng)爭(zhēng)力及現(xiàn)代化程度的重要標(biāo)準(zhǔn)。一方面，信息通信技術(shù)作為一項(xiàng)基礎(chǔ)設(shè)施，亦能夠成為其他基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)的支撐；另一方面，信息通信技術(shù)是跨領(lǐng)域合作、協(xié)同與融合的重要橋梁，是產(chǎn)業(yè)數(shù)字化轉(zhuǎn)型的重要支撐，特別在工業(yè)領(lǐng)域中，信息通信技術(shù)的采用直接影響傳統(tǒng)廠房、設(shè)備、系統(tǒng)的數(shù)字化進(jìn)程。

從類型上看，信息通信基礎(chǔ)設(shè)施主要包括信息接入系統(tǒng)、移動(dòng)通信室內(nèi)覆蓋系統(tǒng)和衛(wèi)星通信系統(tǒng)三大板塊[1]。

信息接入網(wǎng)是連接核心網(wǎng)和用戶網(wǎng)的紐帶。根據(jù)接入網(wǎng)的傳輸介質(zhì)不同，可以分為無(wú)線接入和有線接入。無(wú)線接入網(wǎng)從接入設(shè)備類型可分為微波設(shè)備無(wú)線直放站、射頻拉遠(yuǎn)技術(shù)等；有線接入目前通?？煞譃殡p絞線接入、光纖接入和混合接入3種方式。無(wú)源光纖網(wǎng)（PON）是目前最流行的寬帶網(wǎng)絡(luò)接入技術(shù)。千兆無(wú)源光網(wǎng)絡(luò)帶寬更大，帶的用戶更多，效率更高。工信部于今年3月發(fā)布了《“雙千兆”網(wǎng)絡(luò)協(xié)同發(fā)展行動(dòng)計(jì)劃（2021—2023年）》，提出要持續(xù)擴(kuò)大千兆光網(wǎng)覆蓋范圍，推動(dòng)基礎(chǔ)電信企業(yè)在城市及重點(diǎn)鄉(xiāng)鎮(zhèn)進(jìn)行10G-PON光線路終端（OLT）設(shè)備規(guī)模部署，持續(xù)開(kāi)展OLT上聯(lián)組網(wǎng)優(yōu)化和老舊小區(qū)、工業(yè)園區(qū)等光纖到戶薄弱區(qū)域光分配網(wǎng)（ODN）改造升級(jí)，促進(jìn)全光接入網(wǎng)進(jìn)一步向用戶端延伸。目標(biāo)用3年時(shí)間，基本建成全面覆蓋城市地區(qū)和有條件鄉(xiāng)鎮(zhèn)的“雙千兆”網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)設(shè)施，實(shí)現(xiàn)固定和移動(dòng)網(wǎng)絡(luò)普遍具備“千兆到戶”能力，到2023年底，千兆光纖網(wǎng)絡(luò)具備覆蓋4億戶家庭的能力，10G-PON及以上端口規(guī)模超過(guò)1000萬(wàn)個(gè)，千兆寬帶用戶突破3000萬(wàn)戶。但實(shí)際操作中，因無(wú)源光纖網(wǎng)實(shí)現(xiàn)起來(lái)更復(fù)雜，所以成本也更高。

移動(dòng)通信室內(nèi)覆蓋系統(tǒng)現(xiàn)有方案主要包括室外覆蓋室內(nèi)、傳統(tǒng)無(wú)源DAS、新型有源室分3種建設(shè)方案。目前在用戶體驗(yàn)需求、5G應(yīng)用場(chǎng)景以及技術(shù)創(chuàng)新之下，室內(nèi)信號(hào)覆蓋的空間分布特性研究與實(shí)踐日漸普遍。目前常用的室內(nèi)覆蓋方案包括以天線陣列的形式呈現(xiàn)的室內(nèi)基站天線以及室內(nèi)分布系統(tǒng)兩大類，室內(nèi)分布系統(tǒng)為合路器、室內(nèi)分布天線及耦合等多個(gè)微波器件的系統(tǒng)性整合，如圖1所示。目前市場(chǎng)對(duì)室內(nèi)覆蓋系統(tǒng)的關(guān)注點(diǎn)在于寬頻帶、小型化及低成本等綜合度量指標(biāo)，室內(nèi)小基站系統(tǒng)憑借其結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)易、頻段靈活的優(yōu)勢(shì)，已成為實(shí)現(xiàn)室內(nèi)覆蓋的更優(yōu)選擇。

圖1 移動(dòng)通信室內(nèi)分布示意圖

衛(wèi)星通信是利用衛(wèi)星中的轉(zhuǎn)發(fā)器作為中繼站，通過(guò)反射或轉(zhuǎn)發(fā)無(wú)線電信號(hào)，實(shí)現(xiàn)兩個(gè)或多個(gè)地球站之間的通信。衛(wèi)星通信系統(tǒng)可以劃分為空間段和地面段。其中衛(wèi)星空間段是整個(gè)通信系統(tǒng)的核心組成部分，主要包括空間軌道中運(yùn)行的通信衛(wèi)星，以及對(duì)衛(wèi)星進(jìn)行跟蹤、遙測(cè)及指令的地面測(cè)控和監(jiān)測(cè)系統(tǒng)；衛(wèi)星地面段則以用戶主站為主體，包括用戶終端、用戶終端與用戶主站連接的“陸地鏈路”以及用戶主站與“陸地鏈路”相匹配的接口。我國(guó)目前的衛(wèi)星通信系統(tǒng)主要有衛(wèi)星廣播通信、衛(wèi)星寬帶互聯(lián)網(wǎng)和衛(wèi)星移動(dòng)通信3種類型。經(jīng)過(guò)多年的發(fā)展，我國(guó)已形成了比較完善的衛(wèi)星產(chǎn)業(yè)鏈，主要包括上游衛(wèi)星制造、衛(wèi)星發(fā)射、衛(wèi)星地面設(shè)備等材料設(shè)備，中游數(shù)據(jù)接收與處理，以及下游應(yīng)用端，衛(wèi)星通信、衛(wèi)星導(dǎo)航、衛(wèi)星遙感等，具體應(yīng)用于衛(wèi)星電視、廣播、國(guó)防、交通等方向。產(chǎn)業(yè)鏈規(guī)模較大的代表性企業(yè)主要集中在北京、廣東、上海、江蘇、四川、湖北等地區(qū)。目前，北京具備相對(duì)完善的衛(wèi)星產(chǎn)業(yè)鏈布局，是衛(wèi)星應(yīng)用產(chǎn)業(yè)鏈代表企業(yè)最多的地區(qū)。

2.信息通信技術(shù)在工業(yè)數(shù)字化中的應(yīng)用

數(shù)字化時(shí)代，信息通信技術(shù)成為一種新型基礎(chǔ)設(shè)施，貫穿于生產(chǎn)制造的各個(gè)流程，結(jié)合技術(shù)更迭，不斷促進(jìn)資源優(yōu)化配置。傳統(tǒng)制造企業(yè)是以大規(guī)模制造和銷售為主，價(jià)值增值圍繞產(chǎn)品生產(chǎn)的線性流程產(chǎn)生、擴(kuò)展和延伸。在這個(gè)過(guò)程中往往產(chǎn)生模塊割裂和信息不對(duì)稱，共享程度較低。信息通信技術(shù)的不斷更迭，大大降低了信息互通的成本，在提升生產(chǎn)和決策效率的同時(shí)，又不斷優(yōu)化和促進(jìn)信息通信基礎(chǔ)創(chuàng)新。

2.1 信息接入網(wǎng)在工業(yè)數(shù)字化中的應(yīng)用

我國(guó)制造業(yè)體系龐大，門類較多，企業(yè)生產(chǎn)制造流程、工序及環(huán)境較為復(fù)雜，另一方面，制造業(yè)價(jià)值逐步向產(chǎn)業(yè)鏈兩端延伸要求較高的工控精度，在這種情況下，生產(chǎn)設(shè)備的穩(wěn)定性容易受到威脅。光纖傳輸具備的柔韌性，更好的解決上述問(wèn)題，隨著納米材料、精密加工等技術(shù)的發(fā)展，光纖傳輸性能將逐步提升，光通信將成為下一步光纖網(wǎng)絡(luò)發(fā)展的重要支撐。伴隨技術(shù)更迭，硬件設(shè)備不斷推陳出新，工業(yè)環(huán)境對(duì)數(shù)據(jù)交互流量的需求越來(lái)越大，表現(xiàn)在對(duì)硬件設(shè)備和傳輸速率的要求上，例如在工業(yè)監(jiān)測(cè)環(huán)境中，需要較多高質(zhì)量傳感器，還需要實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)距離實(shí)時(shí)傳輸，傳輸介質(zhì)還需適應(yīng)較為惡劣的工廠環(huán)境。特別是在一些強(qiáng)腐蝕性、強(qiáng)電磁干擾及高溫的工業(yè)環(huán)境中，光纖通信的優(yōu)勢(shì)就顯現(xiàn)出來(lái)，可一定程度替代基于電纜的傳感網(wǎng)絡(luò)，實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)距離、大容量、弱干擾等目的。基于光纖的傳感組網(wǎng)架構(gòu)設(shè)計(jì)，在物聯(lián)網(wǎng)的廣大應(yīng)用場(chǎng)景中應(yīng)用更為廣泛[2]。

2.2 移動(dòng)通信室內(nèi)覆蓋系統(tǒng)在工業(yè)數(shù)字化轉(zhuǎn)型中的應(yīng)用

在室外網(wǎng)絡(luò)不能保證建筑物內(nèi)部的信號(hào)覆蓋，例如基站距離較遠(yuǎn)，信號(hào)不能進(jìn)入廠房，則需要在廠房?jī)?nèi)布置室內(nèi)無(wú)線網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)，且需要集成更多的無(wú)源設(shè)備和天線。同時(shí)，工業(yè)數(shù)字化及智能工廠等場(chǎng)景要求數(shù)據(jù)扁平化，對(duì)信息傳輸、到達(dá)、下達(dá)生產(chǎn)指令、分發(fā)、庫(kù)存調(diào)配等各環(huán)節(jié)要求高度協(xié)同，基于信息通信技術(shù)的物聯(lián)網(wǎng)絡(luò)可以較好的實(shí)現(xiàn)上述需求，在結(jié)構(gòu)扁平、低耦合、數(shù)據(jù)質(zhì)量等方面不斷創(chuàng)新[3]。通過(guò)安裝移動(dòng)通信室內(nèi)覆蓋系統(tǒng)，5G將有足夠的信號(hào)覆蓋范圍，有望推動(dòng)數(shù)字化進(jìn)程，從孤立系統(tǒng)鏈接到大數(shù)據(jù)集成。隨著5G的不斷擴(kuò)展和傳感器接入互聯(lián)網(wǎng)，高速度收集、感知和傳輸數(shù)據(jù)實(shí)現(xiàn)，越來(lái)越多的工業(yè)用途也將出現(xiàn)，增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)輔助、機(jī)器視覺(jué)、腦機(jī)接口等新技術(shù)促進(jìn)工廠的智能化率將逐步提升。

2.3 衛(wèi)星系統(tǒng)在制造業(yè)數(shù)字化轉(zhuǎn)型中的應(yīng)用

目前，我國(guó)衛(wèi)星通信領(lǐng)域以政府采購(gòu)為主導(dǎo)，行業(yè)應(yīng)用上以廣電領(lǐng)域直播和多媒體為主流。伴隨物聯(lián)網(wǎng)在工業(yè)中的應(yīng)用，天基物聯(lián)網(wǎng)帶來(lái)的市場(chǎng)空間廣闊。《國(guó)家民用空間基礎(chǔ)設(shè)施中長(zhǎng)期發(fā)展規(guī)劃（2015—2025年）》規(guī)劃指出固定通信衛(wèi)星和移動(dòng)通信衛(wèi)星并重發(fā)展，強(qiáng)化地面系統(tǒng)建設(shè)。天地一體化信息網(wǎng)絡(luò)由天基骨干網(wǎng)、天基接入網(wǎng)、地基節(jié)點(diǎn)網(wǎng)組成，并與地面互聯(lián)網(wǎng)和移動(dòng)通信網(wǎng)互聯(lián)互通，建成“全球覆蓋、隨遇接入、按需服務(wù)、安全可信”的天地一體化信息網(wǎng)絡(luò)體系。建成后將使中國(guó)具備全球時(shí)空連續(xù)通信、高可靠安全通信、區(qū)域大容量通信、高機(jī)動(dòng)全程信息傳輸?shù)饶芰Α?/p>

3.信息通信技術(shù)推動(dòng)工業(yè)數(shù)字化存在的問(wèn)題

現(xiàn)有研究及實(shí)踐中，信息通信技術(shù)的采用能夠顯著提高制造業(yè)企業(yè)創(chuàng)新績(jī)效已經(jīng)成為共識(shí)，但在采用信息通信技術(shù)提升工業(yè)企業(yè)生產(chǎn)經(jīng)營(yíng)效率的過(guò)程中也存在一些值得注意的問(wèn)題。

第一，以信息通信技術(shù)為基礎(chǔ)的智能化軟硬件產(chǎn)品及系統(tǒng)存在技術(shù)短板。信息通信技術(shù)的在工業(yè)中的應(yīng)用大多結(jié)合物聯(lián)網(wǎng)、云計(jì)算、人工智能等新技術(shù)，涉及設(shè)備及廠房的升級(jí)改造，其中在5G工業(yè)芯片等一些關(guān)鍵硬件、軟件及平臺(tái)技術(shù)上，與發(fā)達(dá)國(guó)家相比鴻溝仍然存在，這也是產(chǎn)業(yè)鏈向兩端延伸的壁壘[4]。

第二，信息通信技術(shù)對(duì)數(shù)字化的正向作用需要多方協(xié)同。信息通信技術(shù)作為一項(xiàng)基礎(chǔ)設(shè)施投資，存在投資效應(yīng)的延遲，需要工業(yè)企業(yè)原有組織管理、人力資本、企業(yè)文化相關(guān)投資的協(xié)同和配合，才能加速數(shù)字化轉(zhuǎn)型紅利的釋放，進(jìn)一步提升企業(yè)生產(chǎn)經(jīng)營(yíng)效率。一方面是企業(yè)本身內(nèi)部的數(shù)字化生態(tài)體系的協(xié)同，另一方面是企業(yè)外部、上下游以及整個(gè)產(chǎn)業(yè)鏈的數(shù)字化生態(tài)體系的建立，內(nèi)外部協(xié)同程度的提升才能真正釋放數(shù)字化帶來(lái)的資源配置效率紅利[5]。

第三，信息通信技術(shù)的應(yīng)用成本較高。為充分釋放5G技術(shù)優(yōu)勢(shì)，對(duì)5G基站數(shù)量、密度、技術(shù)等方面均提出較高要求。與4G相比，5G的建設(shè)周期長(zhǎng)、成本高，特別是當(dāng)前我國(guó)處于4G、5G并行時(shí)期，投資壓力巨大。同時(shí)，在工業(yè)中人工智能的應(yīng)用需要強(qiáng)大的算力支持，這對(duì)控制器等硬件的技術(shù)要求很高，支持高算力的控制器件價(jià)格昂貴，還有支持高敏感、高精度的傳感器件同樣如此。

4.相關(guān)建議

數(shù)字經(jīng)濟(jì)時(shí)代的到來(lái)和深化，信息通信技術(shù)為中國(guó)制造業(yè)轉(zhuǎn)型升級(jí)和智能制造賦能，助力實(shí)現(xiàn)中國(guó)制造業(yè)高質(zhì)量發(fā)展。整體來(lái)說(shuō)，一是要加速形成企業(yè)內(nèi)部數(shù)字化轉(zhuǎn)型體系生態(tài)，整體提升制造業(yè)企業(yè)內(nèi)部數(shù)字化能力。由于信息不對(duì)稱帶來(lái)高昂的交易成本，是生產(chǎn)流程效率低下、管理弊端凸顯的重要原因，在信息通信技術(shù)的高效應(yīng)用下，傳統(tǒng)工業(yè)企業(yè)部門之間的邊界被逐步打破，組織內(nèi)部資源要素進(jìn)一步實(shí)現(xiàn)優(yōu)化配置，信息共享程度加深，資源利用效率顯著提升，工業(yè)企業(yè)部門間協(xié)作成本降低，生產(chǎn)與職能部門之間相輔相成的作用得以優(yōu)化。因此，信息通信技術(shù)更迭應(yīng)用的同時(shí)，配套數(shù)字化系統(tǒng)的硬件、軟件產(chǎn)品及企業(yè)各部門各流程的配合協(xié)同均需考慮在內(nèi)，按照產(chǎn)品全生命周期業(yè)務(wù)過(guò)程，對(duì)研發(fā)、工藝、制造、檢驗(yàn)與維修服務(wù)等階段全方位覆蓋，達(dá)到企業(yè)內(nèi)部應(yīng)用正向循環(huán)，相互促進(jìn)。二是要配套企業(yè)外部數(shù)字化生態(tài)體系的建設(shè)，形成企業(yè)內(nèi)外部數(shù)字化生態(tài)體系的良性互動(dòng)。工業(yè)企業(yè)內(nèi)外部數(shù)字化生態(tài)體系主要體現(xiàn)在產(chǎn)品價(jià)值網(wǎng)絡(luò)的搭建上，借助信息通信技術(shù)，不斷優(yōu)化整合價(jià)值鏈、供應(yīng)鏈、產(chǎn)業(yè)鏈，以用戶體驗(yàn)為核心，提升生產(chǎn)、經(jīng)營(yíng)、流通速度，調(diào)整競(jìng)爭(zhēng)策略，打通價(jià)值創(chuàng)造、傳遞和協(xié)同，最終實(shí)現(xiàn)價(jià)值交付。這個(gè)過(guò)程需要上下游合作企業(yè)、甚至整個(gè)產(chǎn)業(yè)鏈數(shù)字化水平的整體提升[6]。三是考慮到企業(yè)實(shí)際，要進(jìn)一步結(jié)合金融創(chuàng)新，構(gòu)建多層次、多渠道、多元化的資金支持機(jī)制，幫助企業(yè)應(yīng)對(duì)資金問(wèn)題。在應(yīng)用信息通信技術(shù)以及在此基礎(chǔ)上架構(gòu)的物聯(lián)網(wǎng)、工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)等新技術(shù)時(shí)，不乏一些企業(yè)顧慮較多，在改變現(xiàn)有生產(chǎn)模式流程等帶來(lái)的接受程度以及改造效果方面的顧慮上，更多來(lái)源于資金投入的顧慮。因此需要有關(guān)部門加大支持，采用補(bǔ)貼、減稅、租金等方面的措施，降低企業(yè)在資金方面的顧慮，調(diào)動(dòng)企業(yè)積極性，提升工業(yè)企業(yè)數(shù)字化轉(zhuǎn)型效率。