深化5G應(yīng)用，創(chuàng)建全連接工廠

信 文｜沈 彬 胡鐘顥 尹本臻

建設(shè)5G全連接工廠將促進“5G+工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)”由“局部場景”向“工廠全局”、由“外圍應(yīng)用”向“生產(chǎn)核心”的創(chuàng)新發(fā)展，加快“5G+工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)”新技術(shù)、新場景、新模式的廣泛普及和深度拓展

當前新一輪科技革命與產(chǎn)業(yè)變革蓬勃發(fā)展，我國將做強做優(yōu)做大數(shù)字經(jīng)濟作為重要的戰(zhàn)略選擇，加速推進。工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)是新一代信息通信技術(shù)與實體經(jīng)濟深度融合的新型基礎(chǔ)設(shè)施、應(yīng)用模式和產(chǎn)業(yè)生態(tài)，為數(shù)字化轉(zhuǎn)型提供了路徑和方法論。企業(yè)作為數(shù)字化轉(zhuǎn)型的重要載體，實施工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)已成為企業(yè)發(fā)展的必然選擇。同時以5G為代表的新一代信息技術(shù)不斷在多領(lǐng)域的應(yīng)用創(chuàng)新，為工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)在工業(yè)各細分行業(yè)乃至產(chǎn)業(yè)的深入實施，提供了關(guān)鍵技術(shù)支撐。習近平總書記強調(diào)，5G與工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)的融合將加速數(shù)字中國、智慧社會建設(shè)，加速中國新型工業(yè)化進程，為中國經(jīng)濟發(fā)展注入新動能。

自2019年工業(yè)和信息化部發(fā)布《“5G+工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)”512工程推進方案》以來，全國各地方、各行業(yè)、各企業(yè)積極響應(yīng)、密切合作、創(chuàng)新探索，已在電子設(shè)備制造、裝備制造、采礦、石化化工、電力等十大重點行業(yè)領(lǐng)域，培育形成二十個“5G+工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)”典型應(yīng)用場景，取得了積極成效。為進一步促進“5G+工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)”由“局部場景”向“工廠全局”、由“外圍應(yīng)用”向“生產(chǎn)核心”的創(chuàng)新發(fā)展，在《工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)創(chuàng)新發(fā)展行動計劃（2021—2023年）》《5G應(yīng)用“揚帆”行動計劃（2021—2023年）》等文件中，均提出建設(shè)5G全連接工廠。并于2022年9月正式發(fā)布《5G全連接工廠建設(shè)指南》，明確提出了5G全連接工廠建設(shè)的總體目標、建設(shè)內(nèi)容、建設(shè)路徑等，加快“5G+工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)”新技術(shù)、新場景、新模式的廣泛普及和深度拓展。

5G全連接工廠的理解與建設(shè)

5G全連接工廠是充分利用以5G為代表的新一代信息通信技術(shù)集成，打造新型工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)基礎(chǔ)設(shè)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(yīng)用高效賦能的先進工廠。并在《5G全連接工廠建設(shè)指南》中提出了基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)、廠區(qū)現(xiàn)場升級、關(guān)鍵環(huán)節(jié)應(yīng)用、網(wǎng)絡(luò)安全防護等四方面建設(shè)內(nèi)容。經(jīng)研究，可將5G全連接工廠從“5G”“全連接”“工廠”等三方面進行理解和開展建設(shè)。

“5G”。5G全連接工廠一方面通過在工廠內(nèi)加快5G網(wǎng)絡(luò)部署與應(yīng)用，對企業(yè)內(nèi)現(xiàn)有的有線網(wǎng)絡(luò)、無線網(wǎng)絡(luò)等進行補充，發(fā)揮5G可“一網(wǎng)到底”的網(wǎng)絡(luò)能力，綜合利用時間敏感網(wǎng)絡(luò)（TSN）、軟件定義網(wǎng)絡(luò)（SDN）推動企業(yè)辦公、生產(chǎn)管理、監(jiān)控預警、工業(yè)控制、物聯(lián)等網(wǎng)絡(luò)互通，進一步推進IT網(wǎng)絡(luò)和OT網(wǎng)絡(luò)融合，促進企業(yè)內(nèi)網(wǎng)絡(luò)向無線化、扁平化、融合化演進。另一方面，通過發(fā)揮5G大帶寬、低時延、廣鏈接的技術(shù)特性，通過“5G+人工智能”“5G+大數(shù)據(jù)”“5G+云計算”“5G+邊緣計算”等，在研發(fā)設(shè)計、生產(chǎn)運行、檢查監(jiān)測、倉儲物流、運營管理等關(guān)鍵環(huán)節(jié)，探索新一代信息技術(shù)的典型應(yīng)用。

“全連接”。5G全連接工廠主要是結(jié)合企業(yè)生產(chǎn)、運營、管理的實際需要，推動人、機、料、法、環(huán)、測等生產(chǎn)要素的聯(lián)網(wǎng)，加快推進“啞”設(shè)備和單機系統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)化改造。在各生產(chǎn)要素聯(lián)網(wǎng)后，強化數(shù)據(jù)采集、數(shù)據(jù)存儲與數(shù)據(jù)應(yīng)用，激活工業(yè)數(shù)據(jù)價值。充分運用5G、人工智能等新一代信息技術(shù)，推動生產(chǎn)現(xiàn)場軟硬件系統(tǒng)的云化部署和各類移動端應(yīng)用程序（App）研發(fā)，強化軟硬件系統(tǒng)與應(yīng)用的連接，促進能力的互通共享，進一步推進傳統(tǒng)產(chǎn)業(yè)提質(zhì)、降本、增效、綠色、安全發(fā)展。

“工廠”。5G全連接工廠的實施主體，不僅限于傳統(tǒng)制造業(yè)工廠還包含具備生產(chǎn)現(xiàn)場條件的行業(yè)和領(lǐng)域，如礦山、港口、電力、物流等。企業(yè)在實施的過程中，緊密結(jié)合企業(yè)數(shù)字化轉(zhuǎn)型和發(fā)展需求，以技術(shù)可行、成本可控為前提，選擇產(chǎn)線、車間、工廠等任一層級展開建設(shè)，并隨著5G和工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)相關(guān)技術(shù)演進和應(yīng)用能力提升，不斷提高5G全連接工廠水平，持續(xù)完善“5G+工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)”在產(chǎn)線、車間、工廠的綜合應(yīng)用方案。建議在新工廠建設(shè)時，可以按照5G全連接工廠建設(shè)內(nèi)容進行一體化設(shè)計和建設(shè)。對于現(xiàn)有工廠，建議要立足實際需求，通過應(yīng)用場景的改造升級，逐步建成5G全連接工廠。

5G全連接工廠的產(chǎn)業(yè)基礎(chǔ)

近年來，通過“5G+工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)”在各行業(yè)領(lǐng)域的快速應(yīng)用探索，已在技術(shù)、產(chǎn)品、標準等方面為5G全連接工廠建設(shè)打下了堅實的基礎(chǔ)。

技術(shù)基礎(chǔ)。已探索出5G網(wǎng)絡(luò)虛擬專網(wǎng)、混合專網(wǎng)、獨立專網(wǎng)的部署方式，以及生產(chǎn)現(xiàn)場的設(shè)備、網(wǎng)絡(luò)、系統(tǒng)的接入方式。強化5G與工業(yè)現(xiàn)場總線、工業(yè)以太網(wǎng)、工業(yè)無線網(wǎng)絡(luò)等多種技術(shù)協(xié)議的融合互通，5G與確定性網(wǎng)絡(luò)、無源光網(wǎng)絡(luò)、短距離通信、毫米波通信、多接入邊緣計算（MEC）、高精度定位等技術(shù)融合發(fā)展，持續(xù)探索“5G+工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)”及新型網(wǎng)絡(luò)技術(shù)在工業(yè)生產(chǎn)中的應(yīng)用，為5G全連接工廠建設(shè)提供技術(shù)支撐。

產(chǎn)品基礎(chǔ)。加快工業(yè)級5G芯片、模組、網(wǎng)關(guān)的研發(fā)與生產(chǎn)。通過加裝帶有5G傳輸能力的傳感器，設(shè)備接入5G網(wǎng)關(guān)等方式，加快推動工業(yè)現(xiàn)場“啞設(shè)備”改造。5G設(shè)備廠商與相關(guān)單位等共同研發(fā)具有5G技術(shù)能力的工業(yè)終端/設(shè)備、產(chǎn)線、系統(tǒng)等產(chǎn)品，如5G工業(yè)機器人、5G工業(yè)相機、5G攝像機、5GAGV小車、5G可編程邏輯控制器（5GPLC）、5G分布式控制系統(tǒng)(5GDCS)、5G機床等，為5G全連接工廠建設(shè)提供產(chǎn)品支撐。

標準基礎(chǔ)。在工業(yè)和信息化部發(fā)布的《工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)綜合標準化體系建設(shè)指南（2021版）》中，將“5G+工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)”作為重要組成部分，研究制定5G工業(yè)設(shè)備接口標準、5G工業(yè)網(wǎng)關(guān)標準、多接入邊緣計算（MEC）技術(shù)標準、企業(yè)內(nèi)部5G網(wǎng)絡(luò)組網(wǎng)建設(shè)標準、5G接入安全標準等技術(shù)標準，5G在電子設(shè)備制造、裝備制造、采礦、鋼鐵、電力等不同行業(yè)等應(yīng)用標準，以及企業(yè)內(nèi)部5G網(wǎng)絡(luò)管理與服務(wù)標準，為5G全連接工廠建設(shè)提供標準支撐。

通過5G全連接工廠建設(shè)，實現(xiàn)了不同行業(yè)間生產(chǎn)要素的可視，產(chǎn)線的快速調(diào)整等，并將5G全連接工廠與工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)“雙跨”平臺協(xié)同發(fā)展，可真正實現(xiàn)用戶將各類需求發(fā)布至平臺上，企業(yè)可根據(jù)平臺上的需求及工廠的生產(chǎn)資源和產(chǎn)線的運行情況，接下訂單的全部或部分內(nèi)容進行生產(chǎn)，探索形成5G全連接工廠間的協(xié)同生產(chǎn)模式創(chuàng)新。

5G全連接工廠的創(chuàng)新發(fā)展

企業(yè)自身的創(chuàng)新發(fā)展。通過5G全連接工廠建設(shè)，一方面隨著企業(yè)智能化生產(chǎn)的不斷推進，推動實現(xiàn)5G技術(shù)在核心生產(chǎn)環(huán)節(jié)的應(yīng)用突破，加速“5G+工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)”應(yīng)用創(chuàng)新，探索由5G應(yīng)用于生產(chǎn)單一環(huán)節(jié)簡單場景向多環(huán)節(jié)復雜場景延伸，并形成整體解決方案。另一方面夯實網(wǎng)絡(luò)和數(shù)據(jù)基礎(chǔ)，消除企業(yè)信息孤島，打破IT、OT分散部署方式，加快數(shù)字孿生工廠構(gòu)建與運行，全面掌握工廠生產(chǎn)運行情況，實現(xiàn)工廠透明可視、少人無人、柔性生產(chǎn)及資源的深度優(yōu)化、管理的智慧化等發(fā)展需求，打造工廠數(shù)字化、網(wǎng)絡(luò)化、智能化升級的創(chuàng)新發(fā)展模式。

產(chǎn)業(yè)鏈/供應(yīng)鏈的創(chuàng)新發(fā)展。通過5G全連接工廠建設(shè)，形成5G全連接工廠建設(shè)方案，并可將該方案推廣至產(chǎn)業(yè)鏈上下游單位。產(chǎn)業(yè)鏈上下游的單位以同一5G全連接工廠建設(shè)方案為基礎(chǔ)，并結(jié)合自身數(shù)字化轉(zhuǎn)型需求，進行部分調(diào)整，形成5G全連接工廠。因產(chǎn)業(yè)鏈上下游單位均以同一建設(shè)方案為基礎(chǔ)建設(shè)5G全連接工廠，對于產(chǎn)業(yè)鏈上下游打通提供了較好的基礎(chǔ)，可進一步根據(jù)企業(yè)之間的業(yè)務(wù)需要，推動實現(xiàn)資源、數(shù)據(jù)、能力共享。

產(chǎn)業(yè)協(xié)同生態(tài)的創(chuàng)新發(fā)展。通過5G全連接工廠建設(shè)，實現(xiàn)了不同行業(yè)間生產(chǎn)要素的可視，產(chǎn)線的快速調(diào)整等，并將5G全連接工廠與工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)“雙跨”平臺協(xié)同發(fā)展，可真正實現(xiàn)用戶將各類需求發(fā)布至平臺上，企業(yè)可根據(jù)平臺上的需求及工廠的生產(chǎn)資源和產(chǎn)線的運行情況，接下訂單的全部或部分內(nèi)容進行生產(chǎn)，探索形成5G全連接工廠間的協(xié)同生產(chǎn)模式創(chuàng)新。5G全連接工廠可推動打破行業(yè)間的部分壁壘。根據(jù)實際的生產(chǎn)生活需要，形成更大規(guī)模、更加靈活的全連接生產(chǎn)“網(wǎng)絡(luò)”生態(tài)，實現(xiàn)用戶、生產(chǎn)企業(yè)、協(xié)作企業(yè)、金融機構(gòu)等全產(chǎn)業(yè)鏈的協(xié)同創(chuàng)新。

推動5G全連接工廠創(chuàng)新發(fā)展建議

為加快5G全連接工廠的創(chuàng)新發(fā)展，在《5G全連接工廠建設(shè)指南》的引導下，充分結(jié)合各地方區(qū)域優(yōu)勢與資源稟賦，建議各地方政府和相關(guān)產(chǎn)業(yè)界共同發(fā)力，從政策建設(shè)、產(chǎn)業(yè)建設(shè)、環(huán)境建設(shè)等角度出發(fā)，大力推動企業(yè)開展5G全連接工廠建設(shè)。

在政策建設(shè)方面，建議各地方出臺相關(guān)政策推動企業(yè)建設(shè)5G全連接工廠，及時跟蹤工廠建設(shè)情況，打造試點示范項目，并建立工廠建設(shè)成效評估機制。同時建議各地方通過專項資金、產(chǎn)業(yè)基金等方式加大資金支持力度，可通過企業(yè)貸款、融資、保險、稅收等多種方式，積極拓寬資金來源，加大對企業(yè)的支持力度。

在產(chǎn)業(yè)建設(shè)方面，建議工業(yè)互聯(lián)產(chǎn)業(yè)聯(lián)盟等具備條件的產(chǎn)業(yè)組織，加快推進“5G全連接工廠藍海計劃”，聯(lián)合產(chǎn)學研各方，積極開展技術(shù)驗證、標準研制、產(chǎn)品研發(fā)、工廠培育、人才儲備等各項工作，深化各行業(yè)5G全連接工廠建設(shè)方案，為企業(yè)建設(shè)5G全連接工廠提供全方位的產(chǎn)業(yè)支撐能力。

在環(huán)境建設(shè)方面，建議工業(yè)企業(yè)、基礎(chǔ)電信企業(yè)、互聯(lián)網(wǎng)企業(yè)、科研院所、高校等單位，加強5G全連接工廠建設(shè)合作，深化多方參與、合作共贏的“團體賽”發(fā)展模式。建議更多市場主體進入“5G+工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)”領(lǐng)域，培育一批具有相關(guān)技術(shù)能力的解決方案提供商和系統(tǒng)集成商，探索ToB的網(wǎng)絡(luò)服務(wù)的虛擬運營商建設(shè)。同時建議注重5G全連接工廠建設(shè)的經(jīng)驗總結(jié)、成果交流及宣傳推廣。