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

摘 要：基于我國經(jīng)濟發(fā)展與制造業(yè)轉型升級的需要，相關部門高度重視 5G、工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)等新型基礎設施建設。由于“5G十工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)”創(chuàng)新應用能夠產(chǎn)生倍增效應，并為我國發(fā)展和推進“中國式現(xiàn)代化”建設創(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)新應用展開探討。通過分析互聯(lián)網(wǎng)聯(lián)合 5G 技術創(chuàng)新應用的價值，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)”應用場景，明確主要應用方向與創(chuàng)新路徑。最后，結合目前“5G十工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)”應用取得的成果，就如何進一步創(chuàng)新作出闡述。

關鍵詞：5G 時代：工業(yè)互聯(lián)網(wǎng) ：創(chuàng)新應用

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)新型基礎設施建設數(shù)量與質量，助推產(chǎn)業(yè)綜合實力得到全面提升。同年７ 月，相關部門聯(lián)合印發(fā)《５Ｇ 應用“揚帆”行動計劃（２０２１?２０２３ 年）》，指出要在２０２３ 年實現(xiàn)我國５Ｇ 應用發(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)，從而保障重點領域５Ｇ 應用在深度和廣度兩個層面都實現(xiàn)實質性突破。不僅如此，相關部門還多次對５Ｇ、工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)等新型基礎設施建設作出批示。在“中國式現(xiàn)代化”建設的戰(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。基于此，本文對５Ｇ 環(huán)境下工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)的創(chuàng)新應用進行了深入探討。

２ 工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)聯(lián)合５Ｇ 技術創(chuàng)新應用的價值

２．１ “５Ｇ＋工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)” 是新型基礎設施的關鍵支撐

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)推進內部建設轉型升級，“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)基礎設施等應用價值，進一步凸顯出來［１］ 。“５Ｇ＋工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)”成為新型基礎設施的關鍵與代表。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，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)、人工智能等領域的先進成果，基于“５Ｇ＋工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)”推進新型基礎設施建設，可以充分滿足各領域革新基礎設施建設的多樣化需求。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)絡建造的同時，推動實體經(jīng)濟高質量發(fā)展，從而達到雙向驅動的效果。

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》，指出目前相關行業(yè)產(chǎn)業(yè)的階段性目標與重點推進任務，主要圍繞以下幾個方面：其一，實現(xiàn)基礎設施的智能升級；其二，建設完備的工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)基礎設施；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)供應鏈體系。這４ 個項目的建設相互影響、相互促成、相互作用，保證了基礎設施實現(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)基礎設施的建設質量與規(guī)模，又會對供鏈體系和基礎設施智能升級產(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)、服務業(yè)、數(shù)字產(chǎn)業(yè)等多個領域，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

基于新型基礎設施的規(guī)劃與應用設計，從“５Ｇ＋工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)”的供需方對其實際應用進行分析，發(fā)現(xiàn)制造業(yè)企業(yè)是主要需求方，供給側則由技術、平臺、應用３ 方面同時主導。一方面，制造業(yè)企業(yè)要實現(xiàn)對傳統(tǒng)基礎設施建設的智能化、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、平臺、應用完全契合制造業(yè)企業(yè)的轉型需要。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］ ，是目前能夠實現(xiàn)構建新型基礎設施的關鍵。另一方面，“５Ｇ＋工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)”在技術層面實現(xiàn)了移動通信運營商與設備商的業(yè)務銜接，為制造業(yè)企業(yè)提供了其生產(chǎn)、建設所需的網(wǎng)絡設備和重點產(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)務需求的“一攬子集成服務”；在應用層面，“５Ｇ＋工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)”實現(xiàn)了軟件產(chǎn)品提供商、內容服務商之間的高效對接，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)”的典型應用場景主要分布在工業(yè)生產(chǎn)設備改造、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、預警分析、品質溯源等技術［３］ ，并且相應的應用場景已經(jīng)基本構建完成，可以正式投入大規(guī)模生產(chǎn)中應用。其中，基于感知控制的“５Ｇ＋工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)”應用場景，是基于新型信息通信網(wǎng)絡建設，在生產(chǎn)設備中融入傳感器、通信模組等，以監(jiān)控生產(chǎn)過程，通過將感知到的生產(chǎn)設備信息數(shù)據(jù)經(jīng)由５Ｇ 網(wǎng)絡通信傳輸至平臺控制版面，并基于大數(shù)據(jù)技術、云計算技術等演算、推導出合適的處理方案，然后由操作人員檢驗與下傳指令，對生產(chǎn)設備運行進行調整。在品質管理方面，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)新應用

４．１ “５Ｇ＋超高清視頻”

多地響應國家號召積極推進新型基礎設施建設，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量，還實現(xiàn)了相關技術商業(yè)價值的顯著提升，為地方市場經(jīng)濟迸發(fā)活力進行了科學催化。基于“５Ｇ＋超高清視頻”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，打造具有區(qū)域特色和示范帶動效應的超高清視頻產(chǎn)業(yè)發(fā)展高地［４］ ?；诖耍拇ㄊ∮嘘P部門對相關企業(yè)單位提出，要靈活應用“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，如裸眼３Ｄ 顯示屏投屏展覽等，保證對外（需求方）輸出優(yōu)質內容，同時推進超高清視頻應用場景模式創(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 影片進行有機結合，如利用年輕人喜愛的漢服文化，通過歷史探索等主題設計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”的技術成果也十分多，目前比較亮眼的前沿技術成果代表為杭州靈伴科技設計的一體式工業(yè)ＡＲ 頭環(huán)Ｘ?Ｃｒａｆｔ。這款ＡＲ 智能設備同時配備了“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，并且設計了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。該設備的產(chǎn)出與應用為電力行業(yè)作業(yè)提供了多重保障，也助力其他領域的技術人員發(fā)散思維創(chuàng)新多種產(chǎn)品設計。因此，建議制造業(yè)企業(yè)基于客戶需求，以具備實質性，以及契合多元需求的創(chuàng)新產(chǎn)品豐富客戶的選擇，才能保證其內部基礎設施建設革新與生產(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 互動設計，利用人工智能技術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)星信關站、機載基站、地面站等設備原型樣機，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，將超高清視頻技術與之進行有機結合，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，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、科學的挖掘計劃。

４．４ “５Ｇ＋遠程控制”

“５Ｇ＋遠程控制”的應用主要集中在全自動化生產(chǎn)管理等方面，具體應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，前沿的技術成果與應用模式有：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備精準操控；５Ｇ 煤礦井下網(wǎng)絡，對爆破全過程的高清監(jiān)測與控制。

“５Ｇ＋遠程控制”的應用設計常常會與ＡＩ 技術、ＡＲ 技術、ＶＲ 技術、機器視覺等進行聯(lián)合，通過疊加各類技術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)學機器人設計，面向臨床一些常見的但操作要求較高的微創(chuàng)手術等，由醫(yī)學機器人主刀，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進行控制平臺監(jiān)測，以確保手術過程的科學順利。這不僅能夠進一步保障臨床手術的成功率與工作質量，以及實現(xiàn)高精度的手術操作，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)在可以將一場手術的醫(yī)護人員進行合理縮減，提高手術室排班率，確保每一位病患都能得到及時的科學治療。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“應用受限于與設備深度融合需求”的問題。因此，建議加快推進“５Ｇ＋云化ＡＧＶ”應用產(chǎn)業(yè)生態(tài)建設，建立制造業(yè)、運營商、設備商跨部門協(xié)作機制，從而破除行業(yè)壁壘，引導產(chǎn)業(yè)鏈各方深入合作，推動制造業(yè)５Ｇ 應用標準的開發(fā)制定，為產(chǎn)業(yè)發(fā)展提供保障服務。

５ 結束語

５Ｇ 環(huán)境下工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)的創(chuàng)新應用，是順應時代發(fā)展和契合市場需求的必然結果。當前，基于“５Ｇ＋工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)”推進新型基礎設施建設， 加快打造新業(yè)態(tài)，全面提升制造業(yè)生產(chǎn)質量，是激發(fā)社會經(jīng)濟活力，推進我國“中國式現(xiàn)代化”建設的重要基礎，也是保障制造業(yè)企業(yè)轉型升級，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。

參考文獻：

［１］ 朱海濤．徐工集團５Ｇ＋工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)創(chuàng)新應用建設組網(wǎng)解決方案研究［Ｊ］．江蘇通信，２０２１，３７（１）：６８?７３．

［２］ 祝思雨．５Ｇ＋８Ｋ：戰(zhàn)略標本催生超高清創(chuàng)新應用［Ｊ］．互聯(lián)網(wǎng)經(jīng)濟，２０２０，（１２）：７２?７５．

［３］ 山東移動攜手卡奧斯共建５Ｇ＋工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)示范區(qū)［Ｊ］．智能城市，２０２０，６（１４）：１０５．

［４］ 郭兆暉．５Ｇ 時代的工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)創(chuàng)新應用［Ｊ］．互聯(lián)網(wǎng)經(jīng)濟，２０２０，（７）：４６?４９．

［５］ 本刊編輯部．５Ｇ＋工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)：智造“乘數(shù)效應”［Ｊ］．產(chǎn)城，２０２０，（１）：１８?１９．

［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，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。