深瞳工作室出品
科技日報記者 崔爽 策劃 劉莉 李坤
2019年6月6日，我國發放第一張5G牌照。如今，我國已建成全球規模最大、覆蓋廣泛、技術領先的移動通信網絡。智能家居、刷臉支付、VR/AR設備、4K/8K高清顯示……除了在消費領域帶來改變之外，5G還有一個在誕生之初就被寄予厚望的主戰場——工業互聯網。
過去4年多來，圍繞“5G+工業互聯網”，一場發生在中國這個全球制造業規模最大國家的產業實踐，正驅動著傳統制造向智能制造的蝶變。
家電家居個性化定制、食品質量追溯、服裝數字化設計……在諸多領域，小到一袋牛奶，大到C919客機，背后都有“5G+工業互聯網”的影子。我國有超過60%的5G流量，奔跑在工業互聯網上。
前不久召開的中央經濟工作會議提出明年經濟工作的九項重點任務。其中，“以科技創新引領現代化產業體系建設”位列第一。
12月20日，工業和信息化部等三部門印發《制造業卓越質量工程實施意見》，明確提出加快工業互聯網發展，通過系統集成實現設備遠程監控和預測性維護。
“5G+工業互聯網”帶來的變革，如何進一步助力經濟高質量發展備受各方關注。
裝配制造工廠中的機械臂。視覺中國供圖
制造業轉型升級的倍增器
生產線從5條增至8條，年產值從50億元增至136億元，人數卻沒有增加，依然是3700人——這是美的冰箱荊州工廠2018年數字化轉型至今的變化。
走進美的洗衣機荊州工廠車間，無人自動搬運車將物料精準送達工位，懸掛鏈把零部件從一樓吊到二樓，樓層之間還有像垂直電梯一樣穿梭式立庫。當前，該工廠的機器人萬人保有量達1500臺，自動化率72%。一條生產線，從來料到成品，可以實現無人操作。
2022年8月18日，美的洗衣機荊州工廠全球首個5G全連接智慧工廠建成投產。據工廠副總經理陳小海介紹，5G工廠由美的集團聯合中國移動和華為公司共同打造。廠區建立4個5G基站，覆蓋2500個通信點位，服務15類133個應用場景，已是一座大規模的5G智能工廠。
發生在這里的變化，是中國制造業轉型升級的縮影。
制造業是立國之本、強國之基。我國制造業規模連續13年居世界首位，傳統產業競爭力提升和新興產業的快速崛起支撐制造業規模不斷擴張，保持領先。但同時，制造業長期頂著“大而不強”的帽子，唯有進行數字化轉型、智能化改造，才是摘掉這頂帽子、走向高質量發展的必由之路。
工業互聯網是新一代信息通信技術與產業經濟深度融合的新型基礎設施、應用模式和產業生態，為實現工業產業數字化、網絡化、智能化提供了途徑。
早在2012年，通用電氣公司就提出工業互聯網的概念。它起源于通用航空發動機可預測性維護的工業模式。當時，通用電氣在自產的每臺航空發動機上安裝大量傳感器，采集每次飛行的數據，并在飛行過程中將數據實時傳回數據中心進行分析。在他們看來，不論是工廠內網、外網、標識解析等基礎業態，還是智能化生產、網絡化協同、數據同步、人工智能改造等工業運營新業態，工業互聯網都是核心實現手段。
工業互聯網是制造業轉型升級的倍增器，是推進新型工業化發展的堅實支撐。我國一直積極布局工業轉型發展。2017年11月底，國務院發布《關于深化“互聯網+先進制造業”發展工業互聯網的指導意見》，我國工業互聯網創新發展戰略開始深入實施。
2019年，5G正式商用。工業智能化發展迫切需要低時延、高可靠、廣覆蓋的關鍵網絡基礎設施。作為驅動工業互聯網發展的關鍵使能技術之一，5G的出現恰逢其時。而工業互聯網又是加快5G商用規模部署的重要突破口，兩者相輔相成。
2019年末，工業和信息化部印發《“5G+工業互聯網”512工程推進方案》，即打造5個內網建設改造公共服務平臺，遴選10個重點行業，挖掘20個典型應用場景。這為推進“5G+工業互聯網”發展按下加速鍵。
在那之后，《工業互聯網創新發展行動計劃（2021—2023年）》《5G應用“揚帆”行動計劃（2021—2023年）》等一系列政策文件相繼出爐，為“5G+工業互聯網”在廣度、深度、力度上多向發力指明了路徑。
工人在地下600多米的煤礦智能監控中心里調試設備。 視覺中國供圖
讓設備“開口說話”
陜北毛烏素沙漠中有一處名為紅柳林的地方，因地下數百米的紅柳林煤礦為人所熟知。曾經的紅柳林塵土飛揚、機器轟鳴，工人黑臉白牙、一身煤塵。如今，一個嶄新的數字智慧礦區在此崛起。工人坐在集控室里鼠標一點，遠在千米井下的采煤機滾刀飛轉，層層烏金順著煤壁滑落，通過皮帶機運往地面……
2021年9月，紅柳林煤礦構建起行業首個煤礦工業互聯網平臺。“礦上有幾千個設備，有些設備很老舊，根本找不到生產廠家，有些系統對接方案復雜，調測難度很大。”對于起步階段的不易，陜煤集團紅柳林礦業有限公司智能化部工程師王磊記憶猶新。
如今，井下綜采面實現5G視頻通話、智能開采等協同管控；通過統一數據標準，礦井2700多臺設備互聯互通；通過視頻巡檢、遠程控制、智能工單派發等應用，檢修效率提升30%，綜采隊井下作業人數減少近一半。
“今天，我們一鏟子下去，挖到的不只是煤，更是一座數據金礦。”紅柳林礦業公司副總經理郭奮超說。
如華為煤礦軍團CTO徐軍所言，智能礦山的本質是工業互聯網。工業互聯網將設備進行聯網改造，使其可以通過有線或無線的方式接入網絡并“開口說話”。同時，工業互聯網通過數據信息的無縫傳輸，實現數據互操作與信息集成。
5G在智能制造中最普遍的應用場景正是設備聯接。中國工程院院士李培根認為，制造過程中有數以萬計的傳感器和執行器接入，需要引入高可靠、海量聯接能力的無線通信技術作為支撐，同時采用極低時延的網絡以實現高精度生產。
5G最突出的三個性能指標是用戶體驗速率、空口時延和連接數密度：5G網絡的用戶體驗速率是4G的10倍以上、空口時延降低到4G的1/10、連接數密度可達到100萬連接/平方公里。這些性能為5G賦能制造業提供了可能。
制造業也因此成為5G主戰場。過去幾年，“5G+工業互聯網”實踐讓制造業取得降本增效、迭代升級的實際效果。目前其已進入規模化推廣的新階段。
工業和信息化部持續實施3年行動計劃，連續6年實施工業互聯網創新發展工程，遴選5批近600個試點示范項目，支持創建了8個工業互聯網產業示范基地和6個工業互聯網示范區。
今年6月，工業和信息化部制定實施了“5G+工業互聯網”512升級版工作方案，將持續引領“5G+工業互聯網”向更大規模、更廣范圍、更深層次發展。
工業和信息化部部長金壯龍表示，將制定出臺推動工業互聯網高質量發展政策措施，聚焦網絡、平臺、安全、標識、數據五大功能體系，打造“5G+工業互聯網”升級版。
上海洋山港四期自動化碼頭。視覺中國供圖
驅動制造走向“智造”
驅車從上海市區出發，駛過壯闊的東海大橋，上海洋山港便躍然眼前。從貧瘠小島到無人碼頭，它是我國工業化演進的一個縮影。
洋山港碼頭是迄今全世界自動化程度最高的智能集裝箱碼頭。碼頭94.5萬平方米的自動化堆場空無一人，自動導引小車裝載著集裝箱來回穿梭。通過在港口部署5G專網覆蓋，可實現高清視頻的上行和控制命令的精確下發。“碼頭去年應用了F5G固網通訊技術，目前已經有6臺橋吊可實現遠程控制，能做到100公里外‘隔空取物’。”上港集團尚東分公司黨委副書記、總經理金健介紹，這意味著今后操作員可以在100多公里外的市區對洋山港區各類大型設備進行遠程操控，且不受起風、起霧等惡劣天氣影響。
2022年，洋山港運營效率居全球首位。洋山港四期碼頭人員數量比同等規模的傳統碼頭降低了70%。
位于武漢光谷的長飛光纖光纜生產車間，通過打造5G傳感器、“5G+光云工業互聯網”平臺等，訂單準時交付率提高了25%，庫存周轉率提升了20%。在天津港5G智慧港口項目中，通過5G+車路協同+高精度定位等多重網絡能力，結合AI和大數據平臺的智能規劃調度，可節省60%人力成本，碼頭效率提升了20%。在上海商飛，工人戴上AR眼鏡，可準確地將手中的飛機線纜裝配完成……數字化春風拂過廣袤的土地，類似的場景正在無數的工廠車間上演。
這是中國制造業轉型升級的一張張切片。透過這些切片，可以看到，5G是一場通信技術的升級，可幫助移動通信網絡擴展到行業市場，使其在礦山、港口、制造等領域得到規模化應用。更重要的是，除了解決制造行業的設備聯接問題，它還給云計算、人工智能、自動駕駛等新技術在制造行業的應用帶來更多場景，為工業制造帶來全新可能。
根據工業和信息化部發布的最新數據，我國實施的“5G+工業互聯網”項目已超過8000個，覆蓋了全部41個工業大類，工業互聯網產業規模已突破1.2萬億元。“5G已經從生產現場監測、廠區智能物流等外圍輔助環節，深入遠程設備操控、設備協同作業等核心控制環節。”工業和信息化部信息通信管理局一級巡視員王鵬說。
推動行業應用走深向實
商用4年多來，在工業互聯網這一領域，5G正經歷從垂直大類走向細分集群、從服務企業走向融入生產、從改變通信模式走向重塑生產流程的過程。如何借力日新月異的數字技術，加速、優化這個過程，是當前行業關注的焦點。
“工業互聯網在機器視覺、遙控機器人方面應用較好，在離散制造和流程制造的生產線應用方面不盡如人意。”中國工程院院士鄔賀銓日前坦言，5G在發展之初雖然提出面向工業應用，但面向消費應用的思路主導了其系統架構設計。現在看來，5G還不能完全滿足工業應用對大上行帶寬、確定性時延、高可靠與精定位等能力的要求。
這是5G下一階段演進技術——5G-A（5G-Advanced）的機遇，也是挑戰。
對于工業互聯網來說，5G-A在峰值、連接密度、定位精度等方面的能力比現有5G提升約10倍，可以承載更多的工業應用，滿足工業互聯網進入核心生產環節的網絡需求。
根據最新消息，從標準到產業鏈、從應用到產品、從網絡驗證到部署意愿，5G-A已全部準備就緒，預計2024年實現商用。它將以超低時延、超高穩定、超大上行和超精定位的能力走向核心工業場景，用“升級版”5G賦能“升級版”工業互聯網。
同時，今年以來，以ChatGPT為代表的大模型大大加速人工智能的發展。其給工業生產帶來的可能也引發熱議。
“制造業是人工智能大模型應用的主戰場。”阿里研究院副院長、阿里云智能集團副總裁安筱鵬認為，隨著技術的演進，大模型會融入到制造業的設計生產、運維控制、銷售客服的各環節，進一步推動制造業轉型升級。
“人工智能大模型目前在預測、計算、音視頻處理、邏輯能力方面取得極大突破。這將重塑數據跟蹤和分析的流程，提升工業互聯的安全性和可靠性。”浪潮集團有限公司執行總裁、總工程師肖雪表示。
在中國工程院院士桂衛華看來，通用大模型目前主要進行文本和語音處理，而工業上有很多機理性問題，比如有色冶金及其化學反應，是無法通過簡單的文本處理來解決的。這意味著工業大模型在事前優化和使用決策中，要與機理相融合，“這是行業需要探索的地方”。
另外，長期以來，5G終端價格居高不下，使其難以大規模進入行業。
對此，5G正在加緊持續“瘦身”。根據近日印發的《關于推進5G輕量化（RedCap）技術演進和應用創新發展的通知》，到2025年，我國要打造5G輕量化完整產業體系，實現新產品、新模式不斷涌現，融合應用規模上量，安全能力同步增強。這將促使更多廠家生產出成本、復雜度更低，尺寸更小，電池壽命更長的新模組、新終端，進一步豐富5G行業應用生態。
值得注意的是，有關數據顯示，相比“5G+工業互聯網”發展初期，運營商5G基站采購價格已下降53%，5G關鍵部件成本下降90%。隨著5G網絡建設日益完善、商用快速推進、使用成本逐漸下降，5G在工業領域必然得到更廣泛應用，開啟更值得期待的“下半場”。
