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5G工厂推动“5G+工业互联网”高质量发展

为加速行业提质、降本、增效,2022年9月,工信部印发了《5G全连接工厂建设指南》,面向原材料、装备、消费品、电子等制造业各行业以及采矿、港口、电力等重点行业领域,推动万家企业开展5G全连接工厂建设,推动5G融合应用纵深发展。

值此《5G全连接工厂建设指南》发布一周年之际,作为ICT行业权威媒体,通信世界全媒体特别策划“5G工厂的量变与质变”专题,深度剖析一年来我国5G全连接工厂的发展情况,以及规模复制遇到的挑战,以推动5G产业高质量发展。

2022年8月,工业和信息化部正式发布的《5G全连接工厂建设指南》(以下简称《指南》)指出,5G工厂是充分利用以5G为代表的新一代信息通信技术集成,打造新型工业互联网基础设施,新建或改造产线级、车间级、工厂级等生产现场,形成生产单元广泛连接、信息(IT)运营(OT)深度融合、数据要素充分利用、创新应用高效赋能的先进工厂。

《指南》中明确了5G工厂的建设目标,即在“十四五”时期,主要面向原材料、装备、消费品、电子等制造业行业以及采矿、港口、电力等重点行业领域,推动万家企业开展5G工厂建设,建成1000个分类分级、特色鲜明的工厂,打造100个标杆工厂,推动5G融合应用纵深发展。

《指南》发布后,引起了工业企业、基础电信企业的广泛关注,部分企业快速部署实施。据工业互联网产业联盟通过“5G工厂种子项目”统计,全国已有1800余个5G工厂项目,涉及29个省、自治区、直辖市,已覆盖装备制造、电子设备制造、石化化工、采矿、钢铁、电力、纺织、建材、港口、家电等10个“5G+工业互联网”重点行业,以及有色金属、材料等其他行业,项目类型已包含产线、车间、工厂等各层级。

通过5G工厂的快速推动,在工厂基础设施建设、5G应用、产业生态等多方面形成了良好的发展态势,有效促进企业提质、降本、增效,以及绿色、安全发展。


基本形成了基于5G网络的“端-边-云”三层基础设施架构

《指南》中明确指出,5G工厂建设包括基础设施建设、厂区现场升级、关键环节应用、网络安全防护等四方面的建设内容。其中基础设施包含了5G网络、工业网络互联、边缘计算、业务系统等的建设。

从“5G工厂种子项目”建设情况来看,基础电信企业均面向项目建设需求及企业未来发展,在项目区域内建设5G网络,并且大部分采用了UPF等核心网元下沉至工厂内的混合专网建设模式,并根据实际业务需要将5G网络接入到物联网、生产控制网络、生产管理网络、安全监控网络、办公网络等。工业企业将现场设备进行5G化改造,增强设备的移动性,以满足企业快速换线、柔性生产,以及设备在更大范围内进行移动等需求。

5G工厂充分利用了5G网络广连接、大带宽等性能,在工厂内大量部署传感器及摄像头,实现生产现场的各类数据采集,为企业数字化转型打下数据基础。目前,现场设备终端通过5G网络接入的数量正在逐步增加,通过配套建设的网络管理系统,可实时监测网络运行情况以及设备联网情况等。

同时,5G工厂进一步引导企业加快工业互联网平台、边缘计算、数据存储节点等基础设施建设,并根据企业的实际业务需要,分别在工业互联网平台、边缘云、边缘网关、边缘控制器等设施上部署工业软件或APP,结合人工智能、大数据、AV/VR等技术,提升企业生产、运营、管理效率,降低企业运营成本,提高生产能效。

目前通过5G工厂建设,已基本形成了基于5G网络的“端-边-云”三层基础设施架构,有效解决以往工厂内网络不能互通、数据信息“孤岛”等问题。


推动“5G+工业互联网”应用场景拓展至生产控制环节

在5G工厂建设发展中,机器视觉质检、厂区智能物流、生产现场监测等“5G+工业互联网”应用场景已在各行业广泛落地。

其中机器视觉质检充分运用5G大带宽特性,在质检环节将工业相机或激光器扫描仪等质检终端,通过内嵌5G模组或部署5G网关等方式接入5G网络,将实时拍摄的产品高清图像通过5G网络传输至专家系统。专家系统基于人工智能算法模型进行实时分析,判断产品是否存在缺陷;在此基础上,有效记录产品质量信息,帮助企业实现产品质量溯源及产品优化。

厂区智能物流充分运用5G无线传输特性,将厂区内AGV、RGV等物料运输车辆内置5G模组或接入5G网关,使其按照物流调度系统的路线编排,在立体仓库与各生产工位间定时、定点、定量精准配送物料,有效降低了仓储成本,提升了运营效率和仓储管理能力。

生产现场监测充分利用5G广连接、大带宽等特性,将生产现场部署的大量传感器、摄像头和数据采集终端接入5G网络,将采集到的环境、人员动作、设备运行等监测数据,实时回传至生产现场监测系统,对生产活动进行高精度识别、自定义报警和区域监控,实时提醒异常状态,为安全生产、能效管控等提供保障。

同时,在5G工厂建设过程中,工业企业、基础电信企业、解决方案提供商等单位挖掘“5G+工业互联网”应用场景,将其拓展至生产控制环节。

目前商用5G可以达到时延小于20毫秒、可靠性高于99.99%的技术指标,控制系统可进行云化部署,并结合视频及采集的数据,实现设备的远程控制。

如在钢铁行业已经实现“一键炼钢”“一键炼铁”,在港口行业已实现操作员远程操控多台龙门吊,在采矿行业实现操作人员远程控制掘进机等典型应用场景。

在“2023工业互联网大会”上,中国信通院、中国联通、精工自动化、上海勃傲自动化、华为5家单位联合发布了5G高可靠、低时延汽车柔性产线,实现5G时延4毫秒、可靠性99.999%的技术指标,并应用在汽车产线机器人抓手切换、随行夹具控制等多个生产控制环节,进一步缩短汽车生产周期,提升产能。


加强合作,形成“双向奔赴”的发展态势

5G工厂需要工业企业、基础电信企业、解决方案提供商或系统集成商联合建设。

在5G工厂的推进过程中,基础电信企业不仅为5G工厂提供5G网络建设,同时也在与工业企业、解决方案提供商等,结合工业企业生产、运营、管理中急需解决的痛点和难点问题,共同探讨5G网络的有效应用,打造一系列应用场景,并且为工业企业提供后续的网络运维服务。

工业企业和解决方案提供商等也派出有关专家,主动与信息通信业专家进行探讨,逐步将生产周期、生产工艺等进行适度调整以适配5G,进一步推动5G在生产控制等核心环节的应用,并提出能够将5G直接内置在工业设备中要求,以此降低设备接入5G网络的门槛,这将更有利于工业应用5G。

同时工业企业提出将后续的网络服务交给基础电信企业,以购买服务的方式与基础电信企业进行合作。可以说,5G工厂建设进一步促进了工业与信息通信业的深度合作,已形成了“双向奔赴”的发展态势。

目前,通过5G工厂建设,切实在工业企业提质、降本、增效,以及绿色、安全发展方面平均提升价值10%~17%,而企业对5G工厂建设产生的价值预期普遍高于50%,甚至部分企业超过100%。

下一阶段,建议进一步加快“5G+工业互联网”在技术、产品、应用、生态建设方面的推进进度,各有关单位联合研制行业5G工厂建设标准化方案,降低企业建设成本,加快明确5G工厂建设指标,以便企业更有针对性地开展建设;定期开展5G工厂建设成效评估,加强5G工厂标杆打造,持续“擦亮”5G工厂品牌。


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