５Ｇ 環(huán)境下工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)的創(chuàng)新應(yīng)用研究

摘 要：基于我國經(jīng)濟發(fā)展與制造業(yè)轉(zhuǎn)型升級的需要，相關(guān)部門高度重視 5G、工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)等新型基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)。由于“5G十工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)”創(chuàng)新應(yīng)用能夠產(chǎn)生倍增效應(yīng)，并為我國發(fā)展和推進“中國式現(xiàn)代化”建設(shè)創(chuàng)造有利條件，因此文章針對 5G 環(huán)境下工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)的創(chuàng)新應(yīng)用展開探討。通過分析互聯(lián)網(wǎng)聯(lián)合 5G 技術(shù)創(chuàng)新應(yīng)用的價值，明確“5G十工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)”的主要作用范圍，再通過分析“5G十工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)”應(yīng)用場景，明確主要應(yīng)用方向與創(chuàng)新路徑。最后，結(jié)合目前“5G十工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)”應(yīng)用取得的成果，就如何進一步創(chuàng)新作出闡述。

關(guān)鍵詞：5G 時代：工業(yè)互聯(lián)網(wǎng) ：創(chuàng)新應(yīng)用

中圖法分類號：TP311文獻標識碼：A

１ 引言

２０２１ 年２ 月１８ 日，相關(guān)部門印發(fā)《工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)創(chuàng)新發(fā)展行動計劃（２０２１?２０２３ 年）》，提出要進一步提高工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)新型基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)數(shù)量與質(zhì)量，助推產(chǎn)業(yè)綜合實力得到全面提升。同年７ 月，相關(guān)部門聯(lián)合印發(fā)《５Ｇ 應(yīng)用“揚帆”行動計劃（２０２１?２０２３ 年）》，指出要在２０２３ 年實現(xiàn)我國５Ｇ 應(yīng)用發(fā)展水平的顯著提升，基于ＩＴ，ＣＴ，ＯＴ 的深度融合打造新生態(tài)，從而保障重點領(lǐng)域５Ｇ 應(yīng)用在深度和廣度兩個層面都實現(xiàn)實質(zhì)性突破。不僅如此，相關(guān)部門還多次對５Ｇ、工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)等新型基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)作出批示。在“中國式現(xiàn)代化”建設(shè)的戰(zhàn)略目標下，“５Ｇ＋工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)”是保障行業(yè)產(chǎn)業(yè)活力與持續(xù)發(fā)展的重要基礎(chǔ)。基于此，本文對５Ｇ 環(huán)境下工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)的創(chuàng)新應(yīng)用進行了深入探討。

２ 工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)聯(lián)合５Ｇ 技術(shù)創(chuàng)新應(yīng)用的價值

２．１ “５Ｇ＋工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)” 是新型基礎(chǔ)設(shè)施的關(guān)鍵支撐

隨著我國各行業(yè)產(chǎn)業(yè)基于“中國式現(xiàn)代化”目標持續(xù)推進內(nèi)部建設(shè)轉(zhuǎn)型升級，“５Ｇ＋工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)”賦能行業(yè)產(chǎn)業(yè)創(chuàng)新發(fā)展，并拓展行業(yè)產(chǎn)業(yè)發(fā)展新空間，打造新業(yè)態(tài)、新模式，助推行業(yè)產(chǎn)業(yè)加快升級傳統(tǒng)基礎(chǔ)設(shè)施等應(yīng)用價值，進一步凸顯出來［１］ 。“５Ｇ＋工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)”成為新型基礎(chǔ)設(shè)施的關(guān)鍵與代表。隨著現(xiàn)代科技的不斷進步，目前我國工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)已經(jīng)成為新一代信息通信體系的主導(dǎo)，并且可以作用到實體經(jīng)濟，促進其效益增長。尤其是工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)匯集了移動通信、大數(shù)據(jù)、人工智能等領(lǐng)域的先進成果，基于“５Ｇ＋工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)”推進新型基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)，可以充分滿足各領(lǐng)域革新基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)的多樣化需求。此外，“５Ｇ＋工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)”可以實現(xiàn)在推進新一代信息網(wǎng)絡(luò)建造的同時，推動實體經(jīng)濟高質(zhì)量發(fā)展，從而達到雙向驅(qū)動的效果。

２．２ “５Ｇ＋工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)” 為經(jīng)濟社會發(fā)展增加動力

根據(jù)相關(guān)部門印發(fā)的《“十四五”數(shù)字經(jīng)濟發(fā)展規(guī)劃》，指出目前相關(guān)行業(yè)產(chǎn)業(yè)的階段性目標與重點推進任務(wù)，主要圍繞以下幾個方面：其一，實現(xiàn)基礎(chǔ)設(shè)施的智能升級；其二，建設(shè)完備的工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)基礎(chǔ)設(shè)施；其三，加快推動我國數(shù)字產(chǎn)業(yè)化；其四，完善５Ｇ、人工智能、工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)等重點產(chǎn)業(yè)供應(yīng)鏈體系。這４ 個項目的建設(shè)相互影響、相互促成、相互作用，保證了基礎(chǔ)設(shè)施實現(xiàn)全面有效的智能升級。這離不開“５Ｇ＋工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)＋人工智能”等重點產(chǎn)業(yè)之間形成完整、完善的供鏈體系，而工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)基礎(chǔ)設(shè)施的建設(shè)質(zhì)量與規(guī)模，又會對供鏈體系和基礎(chǔ)設(shè)施智能升級產(chǎn)生較大影響，同時“５Ｇ＋工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)”賦能我國數(shù)字產(chǎn)業(yè)有助于經(jīng)濟效益增長。因此，“５Ｇ＋工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)”可以作用于農(nóng)業(yè)、服務(wù)業(yè)、數(shù)字產(chǎn)業(yè)等多個領(lǐng)域，以催生新業(yè)態(tài)，為經(jīng)濟社會發(fā)展增加動力，還能進一步刺激市場釋放更多活力。

３ “５Ｇ＋工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)”應(yīng)用場景分析

３．１ 融合創(chuàng)新的產(chǎn)業(yè)主體

基于新型基礎(chǔ)設(shè)施的規(guī)劃與應(yīng)用設(shè)計，從“５Ｇ＋工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)”的供需方對其實際應(yīng)用進行分析，發(fā)現(xiàn)制造業(yè)企業(yè)是主要需求方，供給側(cè)則由技術(shù)、平臺、應(yīng)用３ 方面同時主導(dǎo)。一方面，制造業(yè)企業(yè)要實現(xiàn)對傳統(tǒng)基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)的智能化、數(shù)字化升級，還要保障生產(chǎn)、銷售、物流、售后服務(wù)等活動的正常推進與持續(xù)優(yōu)化，這就需要“５Ｇ＋工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)”的支撐，即技術(shù)、平臺、應(yīng)用完全契合制造業(yè)企業(yè)的轉(zhuǎn)型需要。而“５Ｇ＋工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)”集聚高速率、低延時、大連接、智能化、通信多樣化等特點和優(yōu)勢［２］ ，是目前能夠?qū)崿F(xiàn)構(gòu)建新型基礎(chǔ)設(shè)施的關(guān)鍵。另一方面，“５Ｇ＋工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)”在技術(shù)層面實現(xiàn)了移動通信運營商與設(shè)備商的業(yè)務(wù)銜接，為制造業(yè)企業(yè)提供了其生產(chǎn)、建設(shè)所需的網(wǎng)絡(luò)設(shè)備和重點產(chǎn)品；而在平臺層面，“５Ｇ＋工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)”實現(xiàn)了系統(tǒng)集成商、平臺運營商、解決方案服務(wù)商功能的多效整合，可以為制造業(yè)企業(yè)提供滿足各項業(yè)務(wù)需求的“一攬子集成服務(wù)”；在應(yīng)用層面，“５Ｇ＋工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)”實現(xiàn)了軟件產(chǎn)品提供商、內(nèi)容服務(wù)商之間的高效對接，可以為制造業(yè)企業(yè)提供多種產(chǎn)品和完備的信息服務(wù)系統(tǒng)。

３．２ 革新工業(yè)生產(chǎn)與管理

“５Ｇ＋工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)”的典型應(yīng)用場景主要分布在工業(yè)生產(chǎn)設(shè)備改造、工業(yè)生產(chǎn)全流程管理等層面?！埃担牵I(yè)互聯(lián)網(wǎng)”目前已經(jīng)實現(xiàn)了ＡＩ 感知、遠程控制、預(yù)警分析、品質(zhì)溯源等技術(shù)［３］ ，并且相應(yīng)的應(yīng)用場景已經(jīng)基本構(gòu)建完成，可以正式投入大規(guī)模生產(chǎn)中應(yīng)用。其中，基于感知控制的“５Ｇ＋工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)”應(yīng)用場景，是基于新型信息通信網(wǎng)絡(luò)建設(shè)，在生產(chǎn)設(shè)備中融入傳感器、通信模組等，以監(jiān)控生產(chǎn)過程，通過將感知到的生產(chǎn)設(shè)備信息數(shù)據(jù)經(jīng)由５Ｇ 網(wǎng)絡(luò)通信傳輸至平臺控制版面，并基于大數(shù)據(jù)技術(shù)、云計算技術(shù)等演算、推導(dǎo)出合適的處理方案，然后由操作人員檢驗與下傳指令，對生產(chǎn)設(shè)備運行進行調(diào)整。在品質(zhì)管理方面，企業(yè)生產(chǎn)制造借助“５Ｇ＋工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)”，實現(xiàn)將工廠生產(chǎn)產(chǎn)品的全量數(shù)據(jù)高效傳輸至數(shù)據(jù)庫，以及時發(fā)現(xiàn)產(chǎn)品質(zhì)量問題并完成問題溯源，從而提高故障問題定位精準度。

４ ５Ｇ 環(huán)境下工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)的創(chuàng)新應(yīng)用

４．１ “５Ｇ＋超高清視頻”

多地響應(yīng)國家號召積極推進新型基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)，打造“５Ｇ＋超高清視頻”的產(chǎn)業(yè)基地，并加快打造超高清視頻產(chǎn)業(yè)鏈，促進技術(shù)升級和商業(yè)模式優(yōu)化。目前，超高清視頻的突出成果有：春晚８Ｋ 直播、元宵“５Ｇ＋８Ｋ”煙花秀、裸眼３Ｄ 影片等。其不僅提升居民多樣化的生活體驗，而且有效提高居民生活質(zhì)量，還實現(xiàn)了相關(guān)技術(shù)商業(yè)價值的顯著提升，為地方市場經(jīng)濟迸發(fā)活力進行了科學(xué)催化?；凇埃担牵咔逡曨l”在目前階段的發(fā)展目標，地方產(chǎn)業(yè)需要重點把握“４Ｋ／８Ｋ＋”新業(yè)態(tài)的任務(wù)，打造具有區(qū)域特色和示范帶動效應(yīng)的超高清視頻產(chǎn)業(yè)發(fā)展高地［４］ ?；诖?，四川省有關(guān)部門對相關(guān)企業(yè)單位提出，要靈活應(yīng)用“百城千屏”活動創(chuàng)新超高清視頻產(chǎn)業(yè)發(fā)展，重點革新高清戶外大屏的建設(shè)，如裸眼３Ｄ 顯示屏投屏展覽等，保證對外（需求方）輸出優(yōu)質(zhì)內(nèi)容，同時推進超高清視頻應(yīng)用場景模式創(chuàng)新。對此，建議將民族傳統(tǒng)優(yōu)秀文化同３Ｄ 建模、動畫演示、裸眼３Ｄ 影片進行有機結(jié)合，如利用年輕人喜愛的漢服文化，通過歷史探索等主題設(shè)計３Ｄ 仿真動畫，通過裸眼３Ｄ 影片進行戶外投屏展示，銜接地方文化旅游產(chǎn)業(yè)推出系列產(chǎn)品，從而拓寬打造“新業(yè)態(tài)”的活動渠道。

４．２ “５Ｇ＋ＡＲ ／ ＶＲ”

“５Ｇ＋ＡＲ”“５Ｇ＋ＶＲ”的技術(shù)成果也十分多，目前比較亮眼的前沿技術(shù)成果代表為杭州靈伴科技設(shè)計的一體式工業(yè)ＡＲ 頭環(huán)Ｘ?Ｃｒａｆｔ。這款ＡＲ 智能設(shè)備同時配備了“語音＋手勢交互” “北斗／ ＧＰＳ 雙模定位”“５Ｇ 通信模組”“本安一區(qū)防爆”等技術(shù)，并且設(shè)計了ＩＰ６６ 級別的防塵防水及防摔功能，可謂是一個小型的多功能智能化平臺，其中融入了ＡＩ 和ＡＲ 等新科技，有效地提升了人員生產(chǎn)力水平。該設(shè)備的產(chǎn)出與應(yīng)用為電力行業(yè)作業(yè)提供了多重保障，也助力其他領(lǐng)域的技術(shù)人員發(fā)散思維創(chuàng)新多種產(chǎn)品設(shè)計。因此，建議制造業(yè)企業(yè)基于客戶需求，以具備實質(zhì)性，以及契合多元需求的創(chuàng)新產(chǎn)品豐富客戶的選擇，才能保證其內(nèi)部基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)革新與生產(chǎn)活動經(jīng)濟效益增長實現(xiàn)“兩手抓”。例如，南昌市可以利用好自身ＡＲ／ ＶＲ 科技基地的優(yōu)勢，推進“ＶＲ·未來”產(chǎn)品革新，基于“５Ｇ＋ＡＲ／ ＶＲ”突出ＡＩ 互動設(shè)計，利用人工智能技術(shù)進行多樣化的人機互動，并搭載面向居民生活的創(chuàng)新型產(chǎn)品，由ＡＩ 主導(dǎo)為受眾帶來契合其個性化需求的生活體驗。比如，將“５Ｇ＋ＡＲ／ ＶＲ＋ＡＩ”銜接新能源汽車產(chǎn)品創(chuàng)新設(shè)計，通過用戶在ＶＲ 場景中的體驗，利用ＡＩ進行全方位的數(shù)據(jù)信息收集，然后依據(jù)相關(guān)數(shù)據(jù)創(chuàng)新新能源汽車產(chǎn)品及其功能。

４．３ “５Ｇ＋無人機”

“５Ｇ＋無人機”的應(yīng)用研發(fā)也是矚目熱點，如“５Ｇ＋低軌衛(wèi)星以及５Ｇ＋高空無人機項目”，成功研制了低軌衛(wèi)星信關(guān)站、機載基站、地面站等設(shè)備原型樣機，還有“全自主５Ｇ 網(wǎng)聯(lián)無人機（機巢）”項目，賦能城市綜合管理。其中，“全自主５Ｇ 網(wǎng)聯(lián)無人機（機巢）”產(chǎn)品有助于解決城市管理、環(huán)境巡查、應(yīng)急救援、文物保護等無間隙巡查值守問題，不僅能夠最大限度節(jié)省成本，還能有效降低巡檢、救援搜索等工作的難度與強度，保證了城市綜合管理工作的效率與質(zhì)量?！叭灾鳎担?網(wǎng)聯(lián)無人機（機巢）”具有精準起降、數(shù)據(jù)交換存儲等特性［５］ ，以其文物保護功能為例，建議加強無人機拍攝技術(shù)，將超高清視頻技術(shù)與之進行有機結(jié)合，進一步提升對文物貼近拍照和攝影測量的功能效果，同時融入熱成像、紅外掃描儀等技術(shù)，對實景環(huán)境進行監(jiān)控與因素分析，盡量做到全方面透視測繪。后臺連接ＡＩ 控制，基于傳輸回來的信息技術(shù)與圖片攝影，進行物品自動化生成與多維度３Ｄ 展示，并分析列舉成分，從而有利于文物保護工作人員深入了解文物的完整程度，并對已經(jīng)受到破壞的文物進行數(shù)字化存檔和制定詳細、科學(xué)的挖掘計劃。

４．４ “５Ｇ＋遠程控制”

“５Ｇ＋遠程控制”的應(yīng)用主要集中在全自動化生產(chǎn)管理等方面，具體應(yīng)用場景包括各類礦產(chǎn)開發(fā)、鋼鐵材料生產(chǎn)、帶電作業(yè)等。目前，前沿的技術(shù)成果與應(yīng)用模式有：國網(wǎng)青島供電公司研發(fā)的“５Ｇ＋帶電作業(yè)機器人”遠程控制系統(tǒng)；“５Ｇ＋ＡＲ”遠程輔助下，實現(xiàn)天車、加渣機械臂的遠程設(shè)備精準操控；５Ｇ 煤礦井下網(wǎng)絡(luò)，對爆破全過程的高清監(jiān)測與控制。

“５Ｇ＋遠程控制”的應(yīng)用設(shè)計常常會與ＡＩ 技術(shù)、ＡＲ 技術(shù)、ＶＲ 技術(shù)、機器視覺等進行聯(lián)合，通過疊加各類技術(shù)的功能效果來保障安全作業(yè)、高效作業(yè)和精準作業(yè)?；谀壳耙延谐晒?，建議考慮優(yōu)化基于“５Ｇ＋ＡＩ＋遠程控制”的醫(yī)學(xué)機器人設(shè)計，面向臨床一些常見的但操作要求較高的微創(chuàng)手術(shù)等，由醫(yī)學(xué)機器人主刀，醫(yī)護人員輔助操作與現(xiàn)場監(jiān)管，并安排專員對每場手術(shù)進行控制平臺監(jiān)測，以確保手術(shù)過程的科學(xué)順利。這不僅能夠進一步保障臨床手術(shù)的成功率與工作質(zhì)量，以及實現(xiàn)高精度的手術(shù)操作，還能進一步提高醫(yī)護人員資源利用率，這一點主要體現(xiàn)在可以將一場手術(shù)的醫(yī)護人員進行合理縮減，提高手術(shù)室排班率，確保每一位病患都能得到及時的科學(xué)治療。與此同時，也可以將“５Ｇ＋ＡＩ＋遠程控制”引進醫(yī)院消毒供應(yīng)中心，讓更多醫(yī)護人員保留在臨床一線工作，在減少消毒供應(yīng)中心的人力資源消耗的同時，還能依托客觀數(shù)據(jù)完善消毒供應(yīng)工作。

４．５ “５Ｇ＋云化ＡＧＶ”

目前，大型物流倉儲企業(yè)已經(jīng)在其工廠內(nèi)引入ＡＧＶ，以代替?zhèn)鹘y(tǒng)的人工配送材料和成品分揀作業(yè)。但由于現(xiàn)階段ＡＧＶ 調(diào)度還是依托于Ｗｉ?Ｆｉ 通信方式實現(xiàn)運行，而Ｗｉ?Ｆｉ 通信基于自身特性存在易干擾、切換和覆蓋能力不足的問題，因此在一定程度上限制了ＡＧＶ 的更高效運行［６］ 。對此，廣和通公司基于５Ｇ 模組賦能云化ＡＧＶ 革新了應(yīng)用模式，不僅實現(xiàn)了對物流各個環(huán)節(jié)、環(huán)境更加高效、直觀、準確的數(shù)據(jù)獲取，還依托物流運輸、商品裝撿等工作收集到的數(shù)據(jù)，進一步優(yōu)化了用戶端、管理端以及作業(yè)端的銜接工作。除此之外，該模式下還能充分利用５Ｇ 高并發(fā)特性，做到在同一工段、同一時間點開展更多的ＡＧＶ 進行協(xié)同作業(yè)。但是，“５Ｇ＋云化ＡＧＶ”仍然面臨“應(yīng)用受限于與設(shè)備深度融合需求”的問題。因此，建議加快推進“５Ｇ＋云化ＡＧＶ”應(yīng)用產(chǎn)業(yè)生態(tài)建設(shè)，建立制造業(yè)、運營商、設(shè)備商跨部門協(xié)作機制，從而破除行業(yè)壁壘，引導(dǎo)產(chǎn)業(yè)鏈各方深入合作，推動制造業(yè)５Ｇ 應(yīng)用標準的開發(fā)制定，為產(chǎn)業(yè)發(fā)展提供保障服務(wù)。

５ 結(jié)束語

５Ｇ 環(huán)境下工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)的創(chuàng)新應(yīng)用，是順應(yīng)時代發(fā)展和契合市場需求的必然結(jié)果。當(dāng)前，基于“５Ｇ＋工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)”推進新型基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)， 加快打造新業(yè)態(tài)，全面提升制造業(yè)生產(chǎn)質(zhì)量，是激發(fā)社會經(jīng)濟活力，推進我國“中國式現(xiàn)代化”建設(shè)的重要基礎(chǔ)，也是保障制造業(yè)企業(yè)轉(zhuǎn)型升級，實現(xiàn)經(jīng)濟效益增長的中心支撐。因此，各行業(yè)產(chǎn)業(yè)要積極創(chuàng)新“５Ｇ＋工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)”應(yīng)用，實現(xiàn)“５Ｇ＋工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)”賦能企業(yè)發(fā)展、行業(yè)建設(shè)。

參考文獻：

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［６］ 鄔賀銓，肖正強，鄒慧，等．加快５Ｇ 時代江西信息產(chǎn)業(yè)融合發(fā)展的建議［Ｊ］．江西科學(xué)，２０２０，３８（１）：１?６．

作者簡介：

歐陽波（１９８９—），本科，工程師，研究方向：信息技術(shù)。