工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)與工業(yè)智能化的融合

5G被認(rèn)為是工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)的核心支撐。但工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)并不是簡單的通信網(wǎng)絡(luò)，還包括各類工業(yè)制造、信息平臺以及全流程、全鏈條的安全，是5G技術(shù)推動工業(yè)革命的載體和途徑。工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)的網(wǎng)絡(luò)并不依靠單一網(wǎng)絡(luò)通信技術(shù)建設(shè)，支撐工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)建設(shè)的不僅包括5G，還包括SDN、TSN、WiFi等各類網(wǎng)絡(luò)技術(shù)，因此工業(yè)5G發(fā)展還必須考慮與各類網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的融合。

5G網(wǎng)絡(luò)由于有了萬物互聯(lián)的特性，其應(yīng)用可以分為兩大賽道：一是面向個人消費(fèi)者的To C領(lǐng)域，另一個是面向產(chǎn)業(yè)的To B領(lǐng)域。不過，從產(chǎn)業(yè)支撐來看，當(dāng)前5G網(wǎng)絡(luò)主要是面向大網(wǎng)部署，To B應(yīng)用暴露出了一些問題。首先是成本，行業(yè)應(yīng)用需要工業(yè)級的芯片和模組，且定制化導(dǎo)致了規(guī)模上不去，終端成本較高。這需要業(yè)界針對行業(yè)需求，盡量把市場規(guī)模大的做定制化，市場規(guī)模小的做通用化，形成一個平衡。其次是上行帶寬，傳統(tǒng)To C應(yīng)用是下行帶寬大、上行帶寬小，但工業(yè)設(shè)備往往存在巨大的數(shù)據(jù)采集量，所以普遍存在上行大帶寬需求。這要求業(yè)界探索如何實(shí)現(xiàn)上下行帶寬配比，真正提升容量。 此外，還有部署的安全性、經(jīng)濟(jì)性等問題，例如很多工業(yè)企業(yè)要求數(shù)據(jù)隔離，以及數(shù)據(jù)的控制;成本方面，除了工業(yè)模組成本高，還在于整個系統(tǒng)升級改造的成本。例如一個傳感器、一個攝像頭，本身成本不高，但每個都加上5G模組，成本就明顯提升了，這需要業(yè)界持續(xù)根據(jù)場景進(jìn)行方案優(yōu)化。 而工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)的本質(zhì)是通過開放的、全球化的工業(yè)級網(wǎng)絡(luò)平臺把設(shè)備、生產(chǎn)線、工廠、供應(yīng)商、產(chǎn)品和客戶緊密地連接和融合起來，高效共享工業(yè)經(jīng)濟(jì)中的各種要素資源，從而通過自動化、智能化的生產(chǎn)方式降低成本、增加效率。5G能夠?yàn)楣I(yè)互聯(lián)網(wǎng)提供大寬帶、低延時、高效率以及高安全性的網(wǎng)絡(luò)通信。5G與工業(yè)互聯(lián)的融合將加速數(shù)字中國以及新型工業(yè)化進(jìn)程。

制造業(yè)是“5G+工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)”的產(chǎn)業(yè)融合應(yīng)用的主要戰(zhàn)場。5G技術(shù)改變了制造業(yè)企業(yè)原本的組織方式和生產(chǎn)模式，對設(shè)備、人員以及環(huán)境進(jìn)行全方位互聯(lián)，對生產(chǎn)設(shè)備進(jìn)行實(shí)時監(jiān)控，使工業(yè)生產(chǎn)越來越向著無人化、網(wǎng)絡(luò)化、智能化的方向發(fā)展;5G技術(shù)改變了制造業(yè)企業(yè)的生產(chǎn)經(jīng)營模式，使得工業(yè)企業(yè)同客戶交互成為可能，面向客戶提供個性化服務(wù)，推動制造業(yè)向服務(wù)型企業(yè)轉(zhuǎn)型升級。目前，我國建成“5G+工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)”的項(xiàng)目接近1600個，覆蓋了20余個國民經(jīng)濟(jì)重點(diǎn)行業(yè)和領(lǐng)域，在實(shí)體經(jīng)濟(jì)向數(shù)字化、網(wǎng)絡(luò)化、智能化轉(zhuǎn)型升級中發(fā)揮了重要作用。

在工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)的發(fā)展過程中，當(dāng)前我們應(yīng)該堅(jiān)持適度超前原則，但更要有序推動5G網(wǎng)絡(luò)的建設(shè)，加快工廠、園區(qū)等重點(diǎn)區(qū)域和行業(yè)的5G網(wǎng)絡(luò)覆蓋，開展5G專網(wǎng)試點(diǎn)，增強(qiáng)行業(yè)網(wǎng)絡(luò)供給能力。同時，加快垂直行業(yè)“5G+工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)”融合應(yīng)用標(biāo)準(zhǔn)制定，持續(xù)推進(jìn)定制化發(fā)展，特別是在5G芯片、模組、終端等關(guān)鍵產(chǎn)品、器件研發(fā)和產(chǎn)業(yè)化進(jìn)程方面，下大力氣提供優(yōu)質(zhì)技術(shù)產(chǎn)品。

實(shí)際上，開展工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)試點(diǎn)示范應(yīng)用和融合應(yīng)用先導(dǎo)區(qū)建設(shè)也很有必要。繼續(xù)發(fā)布第二批應(yīng)用場景示范和行業(yè)實(shí)踐，指導(dǎo)各地結(jié)合特色和優(yōu)勢產(chǎn)業(yè)，通過召開一系列現(xiàn)場會，打造一批行業(yè)和領(lǐng)域標(biāo)桿，以點(diǎn)帶面，進(jìn)一步深化融合應(yīng)用。當(dāng)然，這其中也離不開我們一直強(qiáng)調(diào)的優(yōu)化5G生態(tài)的趨勢。

目前，工業(yè)無線技術(shù)呈現(xiàn)著百花齊放的局面，不僅包括專用的WirelessHART、ISA100.11a、WIA，還包括WiFi、LoRa、NB-IoT、5G等等，他們都從不同層面支持工業(yè)應(yīng)用。然而，工業(yè)應(yīng)用的需求確實(shí)是千差萬別，很難有一種技術(shù)可以同時支持全部工業(yè)場景。這里面，5G的優(yōu)勢就在于，它采用了場景驅(qū)動的技術(shù)路線定義了三大場景，可以支持不同類型的應(yīng)用。我們同時也應(yīng)該看到，由于沒有經(jīng)過像工業(yè)以太網(wǎng)等成熟工業(yè)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的知識積累和沉淀，時至今日5G的應(yīng)用還處于不斷地應(yīng)用嘗試、技術(shù)創(chuàng)新的迭代中。在已經(jīng)展示出的5G應(yīng)用創(chuàng)新中，例如機(jī)器人的遙控操作遠(yuǎn)程手術(shù)、VR/AR遠(yuǎn)程示教等，解決了一些之前難以解決的問題。但是在應(yīng)用過程中，也發(fā)現(xiàn)還有很多尚待解決的問題，需要在5G的發(fā)展過程中不斷去解決。

機(jī)器視覺行業(yè)步伐不停

很多人都清楚，5G是一個時代，其在工業(yè)的應(yīng)用也不必急于一時，還是應(yīng)該不斷地進(jìn)行技術(shù)迭代，從ICT和OT的角度共同推動全新的工業(yè)無線網(wǎng)絡(luò)。目前的發(fā)展態(tài)勢是，隨著5G-Advanced（5G演進(jìn)）技術(shù)在3GPP正式立項(xiàng)，5G在上行能力、低時延、確定性和精準(zhǔn)定位等方面將全面演進(jìn)和增強(qiáng)，5G與機(jī)器視覺產(chǎn)業(yè)將加速融合，更廣泛地應(yīng)用于多個行業(yè)領(lǐng)域，在經(jīng)濟(jì)社會各領(lǐng)域的數(shù)字轉(zhuǎn)型、智能升級、融合創(chuàng)新等方面提供堅(jiān)實(shí)支撐。

從數(shù)字上來看，截至今年6月初，我國已累計(jì)建成5G基站超81.9萬個，占全球總數(shù)的近70%;5G手機(jī)終端用戶連接數(shù)達(dá)2.8億，在全球的份額超過80%?；ヂ?lián)網(wǎng)數(shù)據(jù)中心（IDC）預(yù)計(jì)到2025年，中國5G基站數(shù)量將達(dá)到450萬個，擁有8.58億5G連接，將占全球總數(shù)近50%。

當(dāng)前，工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)的連接主要依靠國家、省市的各級骨干網(wǎng)、承載網(wǎng)以及無線接入網(wǎng)。以5G為例，其鏈接可望承載10億個場所的連接，50億人的連接，500億物的連接，把數(shù)字世界帶入每個人、每個家庭、每個組織，真正實(shí)現(xiàn)萬物互聯(lián)。只是，目前工業(yè)無線的實(shí)際應(yīng)用率只有6%左右，而5G由于剛開始應(yīng)用，份額將更小。但無論如何，我們?nèi)杂行判脑诩夹g(shù)上突破，在應(yīng)用場景和模式上創(chuàng)新，期待5G能夠以點(diǎn)帶面，產(chǎn)生行業(yè)輻射作用，推動我國產(chǎn)業(yè)的持續(xù)升級。

在整個制造業(yè)層面，十四五期間，突破傳統(tǒng)發(fā)展模式，推動制造業(yè)模式創(chuàng)新，充分發(fā)揮我國在移動通信產(chǎn)業(yè)的優(yōu)勢，特別是5G技術(shù)優(yōu)勢，十分必要。此外，把5G應(yīng)用于工業(yè)，并滲透到工業(yè)系統(tǒng)，這也將有利于保持并擴(kuò)大我國5G的領(lǐng)先優(yōu)勢。

在前不久的2021年7月中旬，工信部聯(lián)合十部門共同印發(fā)《5G應(yīng)用“揚(yáng)帆”行動計(jì)劃（2021-2023年）》，以推動重點(diǎn)領(lǐng)域5G應(yīng)用的深度和廣度，其中機(jī)器視覺被列為5G+工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)方向的重要業(yè)務(wù)之一。

實(shí)際上，機(jī)器視覺行業(yè)正面臨算法升級和人工智能引入、算力與成本的平衡、固定向移動的擴(kuò)充、數(shù)據(jù)共享和系統(tǒng)聯(lián)動等四大訴求，基于這些訴求，5G機(jī)器視覺存在小帶寬端云協(xié)同、大帶寬端云協(xié)同、小帶寬端邊協(xié)同、大帶寬端邊協(xié)同以及多廠區(qū)跨省協(xié)同等五大邏輯與部署架構(gòu)。引入5G后，對智能化工業(yè)和機(jī)器視覺方案帶來的變化影響是巨大的，其包括架構(gòu)和子系統(tǒng)分工的變化、以及新技術(shù)和新產(chǎn)品的引入。有業(yè)內(nèi)專家指出，如果要更好的發(fā)展5G機(jī)器視覺應(yīng)用，圖片壓縮技術(shù)需要持續(xù)提升到壓縮比10：1，或者5G的傳輸帶寬能力需達(dá)到10倍的增強(qiáng)，并且5G機(jī)器視覺也會帶來原有機(jī)器視覺傳輸協(xié)議的變化和更新。

當(dāng)然，一些工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)場景對5G的需求是硬性的。例如AGV，此前通過WiFi或近距離無線技術(shù)調(diào)度解決移動性問題，但經(jīng)過AP點(diǎn)更換可能會出現(xiàn)卡頓停車?，F(xiàn)在基于5G大帶寬和低時延特性，可將視頻處理能力放在邊緣側(cè)，直接減少上位機(jī)的數(shù)量，既降低成本也更好用。PIC也是如此，基于5G技術(shù)云化后，很多智能功能向邊緣側(cè)遷移，可以滿足工業(yè)下沉等需求。

工業(yè)4.0的趨勢可見

隨著5G商用的深入推進(jìn)，智能制造和工業(yè)4.0的時代已經(jīng)到來。智能制造作為新一代信息通信技術(shù)（ICT）與制造技術(shù)融合發(fā)展的產(chǎn)物，代表著先進(jìn)制造技術(shù)發(fā)展的主要方向，而機(jī)器人是實(shí)現(xiàn)智能制造的一類重要而特殊的載體。智能制造與機(jī)器人技術(shù)不僅會促進(jìn)制造業(yè)發(fā)展，也將促進(jìn)制造新業(yè)態(tài)的誕生。作為中國機(jī)器人事業(yè)的發(fā)源地之一，中國科學(xué)院沈陽自動化研究所在中國機(jī)器人事業(yè)發(fā)展歷史上創(chuàng)造了二十多個“第一”，推動中國機(jī)器人技術(shù)的研究發(fā)展，解決了國家制造業(yè)發(fā)展一系列重大關(guān)鍵技術(shù)問題。

舉個實(shí)例。隨著工業(yè)自動化和智能化需求的不斷提升，越來越多的制造企業(yè)開始采用工業(yè)相機(jī)代替人眼來做產(chǎn)品缺陷智能檢測及高精度測量，以幫助提升生產(chǎn)效率、節(jié)約人力成本、加速企業(yè)實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)型升級。企業(yè)通過在生產(chǎn)線或巡檢機(jī)器人上部署工業(yè)相機(jī)，來采集圖像并傳輸至專用的處理系統(tǒng)進(jìn)行運(yùn)算、分析并抽取目標(biāo)特征，進(jìn)而根據(jù)判斷的結(jié)果來控制現(xiàn)場設(shè)備。

工業(yè)相機(jī)最本質(zhì)的功能是將光信號轉(zhuǎn)變成有序的電信號，具有更高的圖像穩(wěn)定性、傳輸能力和抗干擾能力等。其性能的好壞不僅直接影響到圖像的分辨率、質(zhì)量等，還關(guān)系著整個生產(chǎn)過程的效率。在4G時代，受限于傳輸速率等性能，往往只能傳輸普通質(zhì)量的圖像且有延遲，導(dǎo)致前端與后方無法實(shí)時溝通?，F(xiàn)在通過搭載移遠(yuǎn)通信5G模組，工業(yè)相機(jī)可順利實(shí)現(xiàn)5G技術(shù)的加持，完成性能的“無限”突破。

5G工業(yè)相機(jī)的優(yōu)勢包括配置簡單、支持無線網(wǎng)絡(luò)、依靠5G技術(shù)低時延等等特點(diǎn)。工業(yè)相機(jī)可第一時間將監(jiān)測到的異常情況、設(shè)備故障處、產(chǎn)品瑕疵點(diǎn)等信息傳輸至管理平臺，有利于相關(guān)人員或機(jī)器及時處理應(yīng)對，可利用5G專網(wǎng)進(jìn)行實(shí)時傳輸，憑借5G專網(wǎng)提供的端到端流量隔離，可充分保障速率和帶寬以及更低的時延，能滿足工業(yè)場景對網(wǎng)絡(luò)高可靠性的極致需求。

我們知道，工業(yè)4.0互聯(lián)制造解決方案獲評“世界互聯(lián)網(wǎng)領(lǐng)先科技成果”，在研究開發(fā)過程中，對于特種場景下的需求，也提出了5G時代網(wǎng)絡(luò)的新需求。當(dāng)前，我國市場是全球工業(yè)機(jī)器人增長的引擎，銷量占比明顯提升并繼續(xù)穩(wěn)居全球第一，但與國際機(jī)器人還有較大差距。只要我們能抓住這個機(jī)遇，攻堅(jiān)克難，爭奪技術(shù)優(yōu)勢，猛攻‘卡脖子技術(shù)，強(qiáng)化核心技術(shù)的自主可控性，推動機(jī)器人產(chǎn)品向中高端發(fā)展，中國必將成為全球供需兩端的最大市場。

后記

挑戰(zhàn)一直存在，尤其是我國現(xiàn)在確立的諸多發(fā)展目標(biāo)，每一個都需要我們?nèi)σ愿暗貙?shí)現(xiàn)。但挑戰(zhàn)，基于我們對自有5 G 技術(shù)的自信，步伐加快也是一種必然。換句話說，智能制造是我國成為制造強(qiáng)國的必經(jīng)之路，機(jī)器視覺是實(shí)現(xiàn)智能制造的重要抓手，5 G將賦能機(jī)器視覺，加速智能制造發(fā)展。綜合來看，與各部門統(tǒng)籌協(xié)同，形成合力，是“ 5 G+工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)”創(chuàng)新發(fā)展必然結(jié)果。繼續(xù)推動各地方在5 G建設(shè)場地、用電、人才等方面支持和扶持。同時，工信部也支持企業(yè)不斷創(chuàng)新，發(fā)揮主觀能動性，形成合力，協(xié)同創(chuàng)新，合作共贏，使“ 5 G+工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)”在數(shù)字化經(jīng)濟(jì)中發(fā)揮引導(dǎo)和牽引作用。目前，5 G+工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用，主要是基于R 1 5，接下來業(yè)界將探索R 16的應(yīng)用，5 G與制造體系以及實(shí)體經(jīng)濟(jì)的變革不僅僅是連接，而是體現(xiàn)在了方方面面，5 G 將帶動整體制造體系數(shù)字化轉(zhuǎn)型，帶動整個產(chǎn)業(yè)數(shù)字化轉(zhuǎn)型。