淺析5G技術在工業(yè)制造方面的主要應用場景

淺析5G技術在工業(yè)制造方面的主要應用場景

2035年5G對各行業(yè)支持產出

一方面，傳統(tǒng)行業(yè)未來軟件化、智能化將是大勢所趨。另一方面，傳統(tǒng)行業(yè)具備場景決定能力和完善的知識價值體系，5G將促進ICT技術與其需求深度匹配。據統(tǒng)計，預計在2035年，5G對各個行業(yè)的支持產出中，制造業(yè)領域的支持產出遙遙領先，超過3000億元。

5G+制造業(yè)行業(yè)應用

5G典型的工業(yè)應用場景包括低時延高可靠（uRLLC）、大帶寬（eMBB）、大規(guī)模連接（mMTC）。在超低時延與可靠性方面，5G無線技術可實現1ms的時延以及超過99.999%的可靠性；在大帶寬方面，5G將支持下行速率達20Gb/s和上行速率達10Gb/s；在大規(guī)模連接方面，5G能滿足每平方公里100萬臺設備的連接量。

下面我們來看5G在工業(yè)制造方面的主要應用場景。

首先是5G在航空航天領域的應用。

大飛機被稱為“工業(yè)皇冠”，大飛機制造環(huán)節(jié)所需零部件超過450萬個。中國在大飛機制造、研發(fā)設計等環(huán)節(jié)整體的工藝技術水平，以及大飛機制造下游管理模式相對滯后。在飛機制造環(huán)節(jié)，由于現場總線延遲性等問題，尚未達到精益化、全流程智能化。

將來使用5G技術之后，飛機制造商可以依托5G高速率、低時延、大連接的網絡支撐能力，結合私有云計算能力，連接設計、生產、服務、銷售各個環(huán)節(jié)，使大飛機生產制造更加定制化、智能化、效率化，降低飛機制造中的錯誤率，提升裝配效率。

融合了5G的大飛機制造，將具備全機協同設計優(yōu)化；柔性、可追溯的制造流程；以及更便捷的維修與物流服務。5G也從生產方法、管理效率、質量控制等多方面提升飛機制造業(yè)智能制造水平。

其次是5G與無人機的協同使用。

第三，是5G與云端機器人的結合應用。

傳統(tǒng)機器人的工作范圍和內容較為固定，無法滿足現實多變工藝場景下的柔性生產需求。同時，操作精密度較高的工作需要大量數據和快速響應做支撐，傳統(tǒng)本地機器人不能互聯分享數據和整合信息，自主判斷能力受局限。

具體實施辦法如下：

在園區(qū)安防方面，利用5G網絡的大帶寬特性，結合AR等技術，搭載高清攝像頭，實現全景巡邏，同時進行快速的人員識別及周邊環(huán)境分析，協作工作人員進行遠程指揮并及時開展行動。

在工業(yè)協作方面，利用5G網絡的大帶寬、低時延搭建云端大腦。通過柔性關節(jié)和云端大腦實現高精準操作，進行靈活抓取和移動。同時，基于海量數據和多動視覺傳感等，結合強大的云計算能力，實現自動化決策。

總之，5G云端機器人可以突破數據孤島約束，通過云端大腦處理復雜數據，并及時同步優(yōu)化關聯機器人，使機器人融會貫通；柔性、精準操作，為制造和服務提供保障；監(jiān)控、質量管理和遠程運維也為機器人產業(yè)帶來無限可能。

在5G嵌入以上三個傳統(tǒng)應用場景之外，5G在AR/VR中（增強現實與虛擬現實）也可以實現強大應用。

在5G之前，AR/VR關鍵在于視覺沉浸度，其中多交焦面顯示技術在4K顯示所需的帶寬達到25Gbps以上，全息編碼圖像大體量的全息計算，要求計算時間小于3ms，因此4G網絡的網絡能力難以滿足AR/VR更高程度的視覺沉浸。

在5G以后，AR/VR業(yè)務對5G的大帶寬特性高度契合，可通過5G，將云計算等技術引入到AR/VR中，借助5G高速穩(wěn)定的網絡，將AR/VR所需的計算及處理能力至于云端，可有效減少終端成本，且維持通信中實時、高清等良好的用戶體驗。

總之，5G商用以來，5G+VR/AR的應用場景也越來越多樣化。隨著算力的提升，5G+VR/AR將為移動終端的邊緣計算能力帶來明顯提升，而VR/AR產業(yè)的快速發(fā)展，將結合5G帶來的優(yōu)勢，形成成熟的規(guī)模經濟。

隨著中國5G技術的不斷提高，5G在制造業(yè)各個領域的需求量不斷上升。5G已有技術在以上領域已有一定成熟度，下圖為前述應用場景的5G技術成熟度。

目前中國5G在制造業(yè)中多應用于大飛機制造、無人機、云端機器人、AR/VR、鋼鐵制造中。航空航天領域由于具有較高技術含量和較高附加值，其資本投入高、信息密集度高、帶動能力較強，和5G的結合在市場需求量及應用成熟度均排在行業(yè)首位。云端機器人行業(yè)，隨著人工智能、云計算等技術與機器人的不斷融合，5G的應用成熟度僅次于航空航天。未來隨著企業(yè)智能化程度的提高、生產設備信息化率和聯網率的提升，5G在鋼鐵制造、船舶制造領域的應用也會逐步打開。

5G在制造領域面臨的挑戰(zhàn)

1、創(chuàng)新應用能力建設不足

目前中國企業(yè)創(chuàng)新應用積極性很強，企業(yè)也在向云上平臺建設轉型。同時，國家政策的大力扶持和推動，也給了業(yè)界很大信心。但5G的發(fā)展在創(chuàng)新應用能力建設方面依然面臨很多挑戰(zhàn)。

一是系統(tǒng)管理復雜性增加問題。5G與工業(yè)的融合，使得企業(yè)實際生產過程與各種業(yè)務管理系統(tǒng)網絡協同之后，系統(tǒng)整體更加復雜化，對其進行管理將更困難。

二是企業(yè)增量存量調整問題。目前中國很多企業(yè)尚處于由工業(yè)2.0向工業(yè)3.0過渡階段，生產設備及產線很多還沒有完成數字化改造，在利用5G改造工業(yè)網絡之前需要完成裝備和生產線的升級，這就導致了再投入成本問題，既對5G的投資未能與優(yōu)化存量資產結合起來，短期內看不到增值增效，這一定程度上阻礙了企業(yè)的5G+工業(yè)互聯網創(chuàng)新發(fā)展。

三是專網的不確定性問題。5G進入垂直行業(yè)市場，理論上專網優(yōu)于公網，但專網未來在面對公共安全、應急指揮、鐵路或地鐵信號調度等對于安全性要求極高的行業(yè)能否完全勝任還是未知數。此外，專網設備供應商曾表示未來若想真正發(fā)展5G專網，需要從系統(tǒng)、架構、平臺、終端、應用等方面進行全方位改造，目前行業(yè)還沒有找到新的5G應用構架。

2、5G復合型高端人才缺口大

2018年5G領域人才需求相較2017年增加約58%，而2019年5G領域人才需求較2018年約增長50%，在制造業(yè)領域，由于該領域既需要懂5G的人才，又需要懂工業(yè)的人才，增加了人才需求難度，亟需一批復合型人才應對5G在工業(yè)領域多端點、多場景的應用需求。

3、工業(yè)領域基礎設施數字化改造亟需加強

4、產業(yè)發(fā)展驅動力不足

工業(yè)領域B端行業(yè)用戶在工業(yè)5G網絡運行維護主體還不清晰、運營商在制造業(yè)領域的收費模式及盈利模式尚需探討等情況下，部分企業(yè)不愿為5G進行新的投入，導致商業(yè)閉環(huán)案例較少。在工業(yè)企業(yè)方面，亟需各產業(yè)鏈環(huán)節(jié)龍頭企業(yè)開展新的商業(yè)模式探索，在運營商方面，運營商需要思考5G帶來的服務提升和商業(yè)模式創(chuàng)新。

建議

1、加強企業(yè)數字化轉型意識

只有提升企業(yè)數字化水平，才能更好地實現5G與工業(yè)的融合應用。數字化轉型不是簡單的機器換人，而是要形成工廠內生產要素的全面協同，打通企業(yè)內部的全數據鏈。當企業(yè)通過生產設備數字化改造，并應用CAD、MES系統(tǒng)完成了從業(yè)態(tài)、架構、管理到企業(yè)文化等一系列數字化轉型后，便將會以高效、敏捷的速度與5G低時延高可靠、大規(guī)模鏈接等數字化特征融合，實現創(chuàng)新發(fā)展。在這其中，首先要提高企業(yè)全體人員的認知，特別是中高級管理人員認知。進一步以數據為資產，以技術為手段，構建能夠支持業(yè)務持續(xù)創(chuàng)新的技術平臺體系。

2、企業(yè)與運營商共同探討新商業(yè)模式

在新商業(yè)模式方面，從2G、3G到4G，運營商重點關注2C模式，但是到了5G時代，重頭戲應該放在2B模式上，特別是在制造業(yè)領域的2B商業(yè)模式上，通過在工廠內布置5G網絡，實現設備無線數據通信和大規(guī)模數據傳輸的新一代工廠生產模式。一方面，通信廠商面向制造業(yè)發(fā)展需求，積極探索5G應用場景，開展制造業(yè)重點行業(yè)企業(yè)試點示范，構建可推廣的融合應用推進機制，并在此基礎上探討關于不同場景、不同服務類別的計費方式。另一方面，在工業(yè)制造領域重點研究5G+TSN（時間敏感網絡）的結合應用，使5G網絡與TSN互通，滿足部分工業(yè)設備生產過程中需達到微秒級精準同步的需求，有助于5G的潛力擴展到更廣闊的領域，更好地滿足工業(yè)領域的OT和IT需求。

3、培養(yǎng)一批“既懂5G又懂工業(yè)”的解決方案供應商

一方面，著重培養(yǎng)一批“既懂5G又懂工業(yè)”的解決方案供應商，搭建電信運營商與制造企業(yè)之間的橋梁，切實為企業(yè)提供解決方案，幫助企業(yè)解決轉型升級中遇到的問題。另一方面，推動5G數據平臺和智能制造同步發(fā)展，構建基礎共性、行業(yè)通用、企業(yè)專用的智能制造APP，如把5G數據平臺和智能制造APP集成，以解決智能制造中某些痛點問題，從而形成解決方案，測試成功后把該類解決方案向全行業(yè)推廣，帶動5G的推廣應用。

4、完善行業(yè)標準建設與產業(yè)政策引導

在行業(yè)標準建設方面：

一是圍繞5G在制造業(yè)領域的應用場景，加快標準體系的構建與標準的出臺；

在產業(yè)政策引導方面：

一是選取網絡基礎與智能制造發(fā)展基礎較好的城市作為試點，出臺5G與制造業(yè)融合發(fā)展指導意見或行動方案，更有針對性地指導當地5G與制造業(yè)的發(fā)展；

二是組建5G與制造業(yè)發(fā)展基金，形成政府支持、行業(yè)主導、市場運作的基金體系，營造制造業(yè)創(chuàng)新投資環(huán)境，提升智能制造發(fā)展水平。

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