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編者按：

當(dāng)前，信息通信技術(shù)與制造業(yè)深度交叉、耦合共生勢不可擋，工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)已經(jīng)成為推動(dòng)新一代信息技術(shù)與制造業(yè)相融相長的關(guān)鍵力量，是深化供給側(cè)結(jié)構(gòu)性改革、推動(dòng)實(shí)體經(jīng)濟(jì)做大做強(qiáng)做優(yōu)的重要引擎，是釋放數(shù)據(jù)要素價(jià)值、促進(jìn)數(shù)字經(jīng)濟(jì)浪潮中數(shù)字產(chǎn)業(yè)化和產(chǎn)業(yè)數(shù)字化長足發(fā)展的有力抓手。近年來，政、產(chǎn)、學(xué)、研、用各方在技術(shù)發(fā)展創(chuàng)新、融合應(yīng)用普及、產(chǎn)業(yè)生態(tài)培育等方面積極探索，推動(dòng)我國工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)取得一系列階段性成果。

5G作為新一代信息通信技術(shù)領(lǐng)域的基礎(chǔ)性、引領(lǐng)性技術(shù)，將全面構(gòu)筑數(shù)字基礎(chǔ)設(shè)施，打通信息流動(dòng)渠道，成為經(jīng)濟(jì)社會(huì)轉(zhuǎn)型發(fā)展新引擎。而5G對(duì)社會(huì)的最大變革就體現(xiàn)在對(duì)各個(gè)垂直行業(yè)賦能的行業(yè)級(jí)應(yīng)用，尤其是5G+工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)對(duì)制造業(yè)的賦能，將成為我國經(jīng)濟(jì)高質(zhì)量發(fā)展的重要驅(qū)動(dòng)力。

本期《自動(dòng)化博覽》為讀者梳理了近期中國工程院院士鄔賀銓、中國工程院院士李培根、中國工程院院士張平對(duì)5G與工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)融合發(fā)展、創(chuàng)新應(yīng)用的精彩觀點(diǎn)，以饗讀者。

中國工程院院士鄔賀銓：5G面向工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)的創(chuàng)新與賦能

工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)從企業(yè)聯(lián)網(wǎng)、門戶網(wǎng)站等形式，逐步發(fā)展出園區(qū)聯(lián)網(wǎng)、機(jī)器聯(lián)網(wǎng)、產(chǎn)品聯(lián)網(wǎng)等新形態(tài)。目前我國工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)進(jìn)入攻堅(jiān)期，需要從5G企業(yè)網(wǎng)入手，從標(biāo)準(zhǔn)起步、底層出發(fā)，向深度發(fā)展，體系化推進(jìn)，開創(chuàng)工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)發(fā)展新格局。

5G的廣覆蓋、大帶寬、低時(shí)延、高可靠性等特質(zhì)適于在工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用。例如其大帶寬、低時(shí)延的特點(diǎn)，可以使物聯(lián)網(wǎng)所感知的數(shù)據(jù)能夠在第一時(shí)間傳送上云進(jìn)行分析，并第一時(shí)間反饋、執(zhí)行。5G促成新一代信息技術(shù)無縫融合，打造了數(shù)據(jù)從采集、傳輸、處理、分析到?jīng)Q策的全過程，發(fā)揮數(shù)據(jù)作為生產(chǎn)要素的作用，支撐工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)發(fā)展。

在5G工業(yè)模組方面，目前5G在企業(yè)的應(yīng)用多為IoT類的機(jī)器視覺和遠(yuǎn)程控制，場景大多分散孤立，在有PLC等工控設(shè)備的制造業(yè)現(xiàn)場，5G的應(yīng)用被邊緣化。受限于PLC標(biāo)準(zhǔn)碎片化，協(xié)議欠開放，因此尚未真正在主生產(chǎn)流程發(fā)揮核心作用。

5G工業(yè)模組不能只作為工控設(shè)備的一種選擇，而是應(yīng)該取代PLC等傳統(tǒng)工控設(shè)備，并融合邊緣計(jì)算、智聯(lián)網(wǎng)、區(qū)塊鏈、IPv6、TSN等技術(shù)及安全功能，成為新型工業(yè)網(wǎng)關(guān)。如果有必要，還可以增加光接口，兼具工業(yè)PON網(wǎng)關(guān)作用。5G新型工業(yè)網(wǎng)關(guān)不僅提供現(xiàn)場級(jí)功能，還可含過程控制與生產(chǎn)管理級(jí)、網(wǎng)絡(luò)與業(yè)務(wù)應(yīng)用級(jí)功能，推動(dòng)工廠內(nèi)網(wǎng)向扁平化、IP化、智能化發(fā)展，實(shí)現(xiàn)IT與OT的無縫融合。

5G能適應(yīng)工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)的需要，但是工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)也會(huì)給5G提出新要求。在消費(fèi)端，5G的大帶寬體現(xiàn)在從網(wǎng)絡(luò)到用戶的下行階段；而在企業(yè)網(wǎng)則恰恰相反，由終端上行到網(wǎng)絡(luò)的方向?qū)Υ髱捰兄o迫需求，這就需要我們克服技術(shù)難題，利用諸如載波聚合等技術(shù)進(jìn)一步提高上行能力。

從基站到核心網(wǎng)上需要傳送的工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)業(yè)務(wù)十分多樣，大、小顆粒很多。因此需要一個(gè)城域傳輸網(wǎng)（MTN），基于切片分組網(wǎng)（SPN）提供基站至核心網(wǎng)間多層次多顆粒度的傳送承載。例如在最底層用FlexE將MAC層速率適配到大數(shù)據(jù)包的交叉鏈接，使其擁有匹配業(yè)務(wù)信號(hào)與光網(wǎng)絡(luò)的能力，在其他層實(shí)現(xiàn)基于IPv6的靈活業(yè)務(wù)調(diào)度。以IPv6作為5G+工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)的網(wǎng)絡(luò)層協(xié)議，不僅地址豐富可認(rèn)證溯源，而且可在IPv6擴(kuò)展報(bào)頭上顯示業(yè)務(wù)對(duì)信道性能的需求，網(wǎng)絡(luò)據(jù)此可以針對(duì)性地安排路由。

工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)是企業(yè)數(shù)字化轉(zhuǎn)型的抓手，5G賦能工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)，成為高質(zhì)量發(fā)展的引擎。與此同時(shí)，工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)為5G開拓了廣闊的應(yīng)用空間，也對(duì)5G的持續(xù)創(chuàng)新提出更高要求。

中國工程院院士李培根：從三個(gè)視角看工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)的深化應(yīng)用

無論從廣度還是深度上看，工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)在制造業(yè)的應(yīng)用還有很大的發(fā)展空間。

一是從過程孿生角度看，目前很多應(yīng)用還停留在淺層次，沒有實(shí)現(xiàn)物理過程的深層次應(yīng)用。數(shù)字孿生、過程孿生，不只是針對(duì)產(chǎn)品，還針對(duì)使用者。比如汽車的數(shù)字孿生模型不只是汽車本身的，還包括使用情況，使用者什么時(shí)候踩的剎車、踩剎車時(shí)車是什么情況，這些數(shù)據(jù)實(shí)際上就是過程孿生數(shù)據(jù)。每輛車的運(yùn)行過程都不一樣，其數(shù)字孿生模型都是獨(dú)特的。

制造業(yè)里有很多工藝過程，如果實(shí)現(xiàn)數(shù)字孿生，我們就能更好地控制過程。例如在船舶發(fā)動(dòng)機(jī)制造領(lǐng)域，焊接占日常生產(chǎn)工作的70%，通常情況下，焊接好的構(gòu)件調(diào)到專門的質(zhì)檢車間后，如果發(fā)現(xiàn)深層次質(zhì)量問題，與焊接行為本身已經(jīng)脫離了3~15天，很難知道原因是什么，因?yàn)檫^程不能溯源。而現(xiàn)在，在焊接過程中我們可以高頻采集工藝參數(shù)，進(jìn)行數(shù)據(jù)分析，實(shí)時(shí)控制焊接質(zhì)量，把本來是事后的質(zhì)量監(jiān)測變成實(shí)時(shí)的在線監(jiān)測和控制，對(duì)質(zhì)量控制意義重大。如果沒有數(shù)字孿生，如果不對(duì)焊接的過程有深入認(rèn)識(shí)，我們就做不到這一點(diǎn)。

二是從低碳角度看，我國對(duì)世界承諾，力爭2030年前實(shí)現(xiàn)碳達(dá)峰，2060年前實(shí)現(xiàn)碳中和。但是，雙碳問題不僅僅是節(jié)約能源的問題，人類生活的所有活動(dòng)都可能存在碳足跡，企業(yè)活動(dòng)的各個(gè)環(huán)節(jié)也存在碳足跡。以可樂為例，每生產(chǎn)一罐可樂，從原材料到生產(chǎn)銷售，一直到可樂罐子的回收都存在碳足跡，和碳排放密切相關(guān)。我們要降低碳排放，就要分析企業(yè)的碳足跡，如果沒有數(shù)字技術(shù)的支撐，我們很難做到這一點(diǎn)。工廠、車間節(jié)能是非常重要的，方方面面都要做到低碳，例如大型設(shè)備的包裝，有的是用木頭，原來是一次性使用，現(xiàn)在要考慮共享使用這些包裝，就一定要有數(shù)字化技術(shù)的支撐，先做到信息共享。

低碳還有一個(gè)重要方面，就是智能電網(wǎng)和新能源，包括太陽能。很多企業(yè)考慮在廠房上建太陽能設(shè)施，自己發(fā)電自己用，如果有多余的電還可以送出去。因此，能源互聯(lián)網(wǎng)開始受到關(guān)注，能源互聯(lián)網(wǎng)平臺(tái)涉及5G、人工智能和區(qū)塊鏈等技術(shù)。

三是從數(shù)字化供應(yīng)鏈角度看，制造企業(yè)對(duì)這個(gè)問題的重視還很不夠。企業(yè)的競爭不僅僅是同行企業(yè)之間的競爭，更是供應(yīng)鏈生態(tài)的競爭。在工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)時(shí)代，一個(gè)好的供應(yīng)鏈系統(tǒng)、生態(tài)系統(tǒng)一定要有數(shù)字技術(shù)的支撐，其根本就是數(shù)據(jù)可視化。建立了數(shù)字化供應(yīng)鏈之后，因?yàn)樾畔⑼该鳎呐率枪?yīng)鏈的上游，也可以及時(shí)看到需求端的信息，這樣才能應(yīng)對(duì)及時(shí)。對(duì)于企業(yè)而言，供應(yīng)鏈里的采購是最基本的環(huán)節(jié)。企業(yè)都希望控制成本，但是絕大多數(shù)企業(yè)控制的是可見成本，如原材料成本、運(yùn)輸成本等容易看到和感知到的成本。但是還有一些成本是隱性的，不容易感覺到甚至意識(shí)不到，比如說時(shí)間成本、缺貨成本等。如果我們有數(shù)字化供應(yīng)鏈，有足夠的信息和數(shù)據(jù)，就能夠更清楚地看到隱性成本，這樣就有利于企業(yè)爭取更多利潤。

中國工程院院士張平：5G成為工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)核心組成部分

5G成為工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)的核心組成部分，正在催生更多的需求和服務(wù)，5G在工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)領(lǐng)域的應(yīng)用值得期待。

當(dāng)前我國5G技術(shù)發(fā)展仍處于起步階段，業(yè)界要在打造低時(shí)延、高可靠、高安全的無線網(wǎng)絡(luò)方面繼續(xù)努力，同時(shí)還要探索良好的商業(yè)模式。目前，5G在柔性制造場景中得到了廣泛的應(yīng)用，包括傳感器、機(jī)械臂、裝配車間等都得到了良好的推廣和應(yīng)用，但是仍需進(jìn)一步推進(jìn)。

5G應(yīng)用也面臨不少挑戰(zhàn)。過去，無線網(wǎng)絡(luò)主要做的是人與人之間的信息接收，而工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)時(shí)代，則是面向機(jī)器的自主感知，這兩者的差別是巨大的。

當(dāng)前我國工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)的發(fā)展還存在較大發(fā)展空間。從網(wǎng)絡(luò)層面上看，無線感知和控制、通信仍是分離的。未來的工業(yè)應(yīng)用場景，尤其是人工智能、自動(dòng)駕駛、區(qū)塊鏈、物聯(lián)網(wǎng)等技術(shù)的應(yīng)用，對(duì)時(shí)間敏感提出了新的要求，需要云、邊、端的算力資源支撐計(jì)算密集型業(yè)務(wù)的實(shí)時(shí)高效處理。

工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)的信道建設(shè)也是應(yīng)該關(guān)注的重點(diǎn)。工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)的建設(shè)要充分考慮工廠和普通環(huán)境的差異。工廠環(huán)境中往往布滿金屬反射體，機(jī)器會(huì)受電磁干擾，從而影響生產(chǎn)裝配。與此同時(shí)，信道本身的特點(diǎn)、穿透損耗增加、反射強(qiáng)度增加、電磁噪聲等也會(huì)給生產(chǎn)帶來影響。因此，業(yè)界要關(guān)注工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)的信道建設(shè)，尤其要關(guān)注路徑損耗、陰影衰落和參數(shù)。

傳統(tǒng)的滿足人與人之間通信需求的協(xié)議，不再適用于工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)的發(fā)展。傳統(tǒng)的通信協(xié)議主要是基于人與人之間的溝通場景，這種協(xié)議在機(jī)器時(shí)代是不適用的，業(yè)界需要變革協(xié)議方式。在這個(gè)過程中，尤其需要關(guān)注一些難點(diǎn)，比如傳統(tǒng)的架構(gòu)層級(jí)是固化的，層級(jí)高、流程長、核心網(wǎng)時(shí)延大等特點(diǎn)為改造帶來了很大的挑戰(zhàn)。同時(shí)感知、通信、控制各波段是分離的，今天面向工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)的建設(shè)需要，時(shí)序問題需要重新考慮，要進(jìn)行有效的感知、排序。這需要變通我們的架構(gòu)以及交互協(xié)議，需要傳感一體化的網(wǎng)絡(luò)，這是未來很好的方向。

對(duì)于未來的技術(shù)演進(jìn)，業(yè)界要合力打造“感-傳-算-用”一體化的無線網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)，以及可靈活配置、可信的交互協(xié)議，滿足工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)安全、可靠、確定時(shí)序的要求，讓5G和工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)更好地為各行各業(yè)的數(shù)字化轉(zhuǎn)型賦能。

（原文摘自《人民郵電報(bào)》，經(jīng)編輯加工整理）

摘自《自動(dòng)化博覽》2021年12月刊