5G+
工业互联网产业背景
中国制造
2025
的最终目标是实现智能制造。
5G
和工业互联网作为智能制造的基础设施，融合云计算、大数据、物联网、和人工智能等技术构建工业互联网整体架构，通过引入
5G
通信技术，实现生产设备、智能产品、生产和物流系统、信息系统、生产和服务人员、供应链
/
合作伙伴及客户之间的高效有机互联，及网络协同（协同设计、协同制造、供应链协同等）和工业数据采集、数据分析、数据开放等功能。
作为以数字化、网络化和智能化为目的的联网技术，5G通信技术有效解决工业互联网场景下连接的多样性、性能差异化及通信多样性需求，实现面向工业控制、无线传感及生产辅助的三大重要空中接口。
目前，制造业有着
云化自动导引车（
AGV
）、生产设备的实时监控与远程控制等迫切需求，现有无线通信网络如
4G
等传输速度慢、实时性差、时延高，导致物料配送存在如撞车等较大风险；传统生产监控无法实时到云端，只能通过本地设备进行延时云端传送，且
4G
实时性差、数据丢包等弊病严重影响设备安全性，产品不良率高，严重时影响产线生产安全。
因此，随着各类工业互联网企业与
5G
运营商的深度结合，逐步围绕
5G
与工业互联网开展各类性能、形态、互操作及兼容性的关键技术测试与验证，将进一步加快
5G
和工业互联网开发和产业设备的
5G
通信下的成熟度，推动
5G
与工业互联网的创新应用及解决方案研发。
以下几个
方面
严重制约
了
中国制造2025
的
良性
发展
（
1
）
云化自动导引车（上料及运输配送）：
传统网络传输速度慢，导致物料配送风险（如撞车），因此，云化自动导引车的高效运行对时延要求极高。结合5G传输速度快、时延小的特点，与工业互联网融合后，在减少机器与机器之间线缆成本的同时，利用高可靠性网络的连续覆盖，使机器人在移动过程中活动区域不受限，按需到达各个地点，在各种场景中进行不间断工作以及工作内容的平滑切换。
在智能制造生产场景中，需要自动导引车有自组织和协同能力来满足柔性生产，这就带来了自动导引车对云化的需求。通过云技术机器人将大量运算功能和数据存储功能移到云端，大大降低机器人本身的硬件成本和功耗。并且为了满足柔性制造的需求，机器人需满足按需自由移动的要求。因此在机器人云化的过程中，需要无线通信网络具备极低时延和高可靠的特征。
（
2
）
生产设备的实时监控：
传统生产监控无法实施到云端，只能通过本地设备进行延时云端传送。实时性差、数据丢包严重影响安全性。生产设备的实时监控仅限于本地工厂，限于当前通信技术速度、带宽、安全等限制，难以实现多工厂、分布式及集团化监控。
在自动化工厂内部，为提高生产线的效率，需对各个子部件进行实时监控，对生产的产品质量进行实时测量，乃至对生产线进行实时优化，要求具有超低时延、超高可靠的无线连接手段。工业互联网中具有各类差异化特征的业务需求，即不同生产场景对网络的服务质量要求不同。精度要求高的工序环节无法容忍时延，关键性任务需要保证网络可靠性，而大流量数据、即时分析和处理依赖网络传输的高速率。5G网络实现了端到端的切片技术，使同一个核心网中具有不同的服务质量，按用户需求进行灵活调整。
工业互联网场景中，经常涉及跨工厂、跨地域设备维护。5G的高速、低时延特性，有效解决现场人工维护的传统手段，利用5G技术为智能工厂提供全云化网络平台。通过精密工业传感技术，实现在极短时间内信息采集与融合。结合云计算技术，将实现设备自主学习和精确判断，给出最佳维护解决方案。
（
3
）
远程控制：
当前的通信手段的延迟无法导致实时实施控制手段，导致产品不良率提高，严重时影响整个产线的生产安全。自动化控制是制造工厂中最基础的应用，核心是闭环控制系统。在该系统的控制周期内每个传感器进行连续测量，测量数据输出至控制器并指挥执行器的下一周期运行。典型闭环控制过程周期均低至毫秒（ms）级别，因此，系统通信时延需达到ms级别甚至更低，才能有效保证控制系统实现精确控制，同时闭环控制系统还需满足可靠性。如果在生产过程中由于时延过长，或者控制信息在数据传送时发生错误（如丢包），将导致生产停机，严重时造成巨大的财务损失。
利用5G网络实时全覆盖特性，为智能工厂提供低时延、高可靠及海量连接，使闭环控制应用通过无线网络连接成为可能。即当某一物体故障发生时，故障被以最高优先级“零”时延（ms级或更快）上报。一般情况下，工业机器人可根据自主学习经验数据库在不经过人的干涉下完成修复工作。即使远在地球的另一端，也可通过一台简单的虚拟现实（VR）和远程触觉感知设备，通过操纵远程工厂的工业机器人到达故障现场进行修复。
另外，当前的人机界面通过一些传感器和通信接口（如串口）实现人机交互。5G网络的引入，使人机界面发生颠覆性改变：借助工业智能与大数据融合，使可穿戴工业设备、增强现实（AR）在人机交互中扮演重要角色，即通过“5G+可穿戴工业设备+AR”，将信息与真实世界场景实时融为一体，随时捕捉信息、接收云端指令和操作协助等。
5G+
工业互联网最具有价值的应用场景分析
目前面向工业互联网，5G 技术面向以下三类应用：大容量物联网（massiveIoT）、低时延高可靠通信（criticalcommunication）和增强型移动宽带（eMBB）。其中，massive IoT 主要针对海量机器类通信，如各类表的远程激活、消耗流量的实时跟踪、无线视频监控的远程激活，远程监测并上报环境参数和控制机械的数据，一个用户具有多个终端和一个终端被多个用户使用等多种场景，工业互联网应用场景下有相同的需求；低时延高可靠通信要求极低的时延和更高的可用性，在工业互联网中主要应用在工厂内部的现场控制等应用场景。需要重点关注对于各种现场总线协议的承载支持，并综合利用网络切片和移动边缘计算等技术，实现工业自动化场景的支持；而 eMBB 场景则分为广域覆盖和热点覆盖，对于工业互联网逐渐兴起的大流量业务能够更好地支撑，如虚拟工厂和高清视频远程维护等。结合以上5G技术特点，5G+工业互联网在制造业最具有价值的应用场景分析情况如下：
（
1
）
云化自动导引车
在智能制造生产场景中，需要自动导引车有自组织和协同进行柔性生产，从而带来自动导引车对云化的需求。和传统的自动导引车相比，工厂项目上的云化自动导引车通过网络连接到云端的控制中心，基于超高速计算平台，通过大数据和人工智能对生产制造过程进行实时运算控制。
5G
通信和云技术自动导引车的结合将大量运算功能和数据存储功能移到云端，从而大幅降低自动导引车本身的硬件成本和功耗；同时满足柔性制造的要求，即自动导引车可通过人工智能算法判断设备状态，避开故障设备，实现在有效设备间的自由移动，提高生产效率。
基于
5G
无线通信网络低时延和高可靠特征，可为云化自动导引车提供端到端定制化的网络支撑。
5G
网络可以提供低至
1ms
的端到端通信时延，并且支持
99.999%
的连接可靠性，强大的网络能力极大满足云化自动导引车高速运行和实时避障、上料等能力。
（
2
）生产实时监控
5G
无线通信技术
在数据传输方面完全具备了替代有线线缆的条件，
初期生产
设备布局规划时仅考虑动力电缆，
当前
所有控制及反馈信号皆通过
5G
无线连接，有效降低空中及地下走线的施工复杂度。特别对于离散制造，采取无线传输更有利于对单件小批
量、非标产品的快速灵活生产
布局，
从而实现
标准化设备与工业机器人动态重组时不再受数据线缆位置空间束缚，变刚性布局为柔性可调。
除设备数据传输外，
5G
的超低功耗、低时延特性更适合于运动部件的动态数据采集（运动部件数据难以用有线方式传输）。对非标自动化设备导轨、电机等高速运动的关键功能部件运行参数进行监控，实时采集其振动、变形、磨损等动态数据，通过
5G
物联卡将数据传输至服务器端，然后对所生成的数据曲线进行实时跟踪分析，一旦发现存在异常偏差，立刻按照
“
感知
-->
决策
-->
执行
”
循环发出相关指令进行闭环反馈调整，确保设备不停机、工件不损坏，从而实现对设备和工件的超细粒度
、
全生命周期
的
管理。
生产
车间现场经常需要统计物料在制品信息，主要包括物料编码、名称、数量、状态（毛坯
/
在制
/
成品）、位置等，具体方式大多是依靠人工盘点，好一些的企业使用条码枪扫描物料条码。
基于
5G
的超高密度、超精定位、超低功耗特性，已经
实现了
“
一物一码、万物互联、实时定位
”
功能
。
在车间现场密集布置
了
5G
高精度定位室内天线（厘米级），
并
在每个工件及每台非标自动化设备主轴及工作台等直线运动部件上分别安装
5G
物联卡，则可随时抓取所有物料及设备运动部件的位置数据，按照其三维坐标则可搭建出立体虚拟空间，从而形成整个车间的数字
孪生
镜像系统。通过在云端对所有数据的整合分析，根据每个物料的历史运动轨迹，以及工件与设备运动部件的相互位置变化逻辑关系，即可推导出工件的状态属性，从而准确、及时、全面、自动地获取到物料数据，做到
“
实时追踪、动态报工
”
，一切尽在掌握。
工厂企业目前的车间现场安全管理主要靠
“
人眼识别
”
，即专兼职安全管理人员以现场巡视的方式查找隐患并及时处置，但依靠人工毕竟能力有限，常常会有所迟滞，导致隐患变成事故；安装
5G
的超大带宽技术支持，再辅之以云端的人工智能
（
AI
）
视频识别，实现实时动态安全监察巡视。专
用
安全巡检机器人或安全巡检无人机，基于智能视频识别
技术，实现
对所
到
之处进行
720
度全方位立体式的隐患排查，通过特征提取及时发现违章作业行为，并通过照片比对及时发现安全隐患，从而及时预警，避免事故发生，做到防患于未然。
（
3
）
远程操控
当前工业企业受限于数据传输带宽及响应速度，尚处于车间现场的人机互动层面；
5G
的大带宽、低时延及高可靠特性，实现人机远程互动操控。项目应用
5G
实现
“
场外
”
与
“
场内
”
的动作实时同步，即
“
场外
”
的工人使用立体双目
VR
头盔获取
“
场内
”
机器人的视觉图像，并佩戴拥有力反馈功能的手套远程操作机器人手臂，从而完成对零部件的组装作业。这种基于
5G
的远程实时同步操作技术不仅适用于小批量定制化生产领域，对于污染、辐射、爆炸等高危环境同样适用。
项目除人机之间的远程互动外，实现了基于
5G
的云端对终端的实时操控。控制程序在云端生成后实时分发推送到终端，由云端平台实时指挥非标自动化终端的机器人完成组装任务。
工人仅需佩戴支持
5G
传输的智能眼镜，即可观察视频图像，图像实时传输至云端，经过云端的智能识别和分析，将下一步作业以图示方式叠加到视频图像，并实时回传到
5G
智能眼镜上，工人只需按照要求完成动作即可。在此过程中，一旦工人实际操作与预定规范动作或顺序发生偏差，云端系统实时报警，定位错误位置，因此可将问题消灭在萌芽之中，大幅提高了工作效率。
开展工业互联网+5G建设，实现制造业工业互联网在5G下的应用场景结合，基于丰富和多样化的工厂环境，如产线、自动化组装和自动化包装生产线等，实现相关的5G网络需求、开发和验证测试。
随着工业互联网的逐渐推进，生产线呈现连接数急剧增长、采集数据几何级数增加的显著问题，具有柔性化生产需求迫切提升、数据安全与高效成为刚需等特点，而如何在大量数据并发的情况下将数据稳定、实时、安全地进行数据传输，是5G与互联网结合的必由之路。
目前的数据传输手段（如WLAN、WIFI等）均无法满足以上工业互联网几类场景的需求，仅5G通信技术具备传输速度高、时延低及安全性等特点，有效融入工业互联网的三大应用场景是5G与互联网融合的成功范例。
5G+
工业互联网的商业价值
5G技术已经成为支撑智能制造转型的关键使能技术。5G技术可以利用三大场景将分布广泛、零散的人、机器和设备全部连接起来，构建统一的互联网络。由于实时性和可靠性高，5G技术不但能应用于工业场景中，还能支撑个人移动化互联网应用。5G技术的发展可以帮助制造企业摆脱以往无线网络技术不兼容等混乱局面，因此，5G的成功应用，对推动工业互联网的实施及智能制造的深化转型具有积极的意义，市场前景广阔。
在智能工厂，移动机器人、AGV起到日益重要的作用，而通过5G通信技术，实现智能工厂在生产设备、移动机器人、AGV等之间的“无缝”协作；在具体的生产过程中，通过5G实现智能设备间的“密切协同”及“无碰撞作业”，以无线方式，低时延、高可靠的进行实时数据交换，大幅提升了制造业效率。
作为传统制造企业需要凭借在工业领域积累的丰富行业经验，积极投身参与到5G+工业互联网标准、技术和应用场景的全面发展之中，全方位使能5G+工业互联网生态。
随着5G+工业互联网的发展，5G+工业互联网将实现与经济社会各行业的深度融合，德富莱也将携手各界合作伙伴，持续探索5G与云计算、大数据、物联网、人工智能等技术的结合，推动5G+工业互联网在各领域的创新发展，共同打造数字经济新时代。
