5G+制造，推动智能制造新范式

近年来，随着5G建设的不断普及，如何让5G赋能行业应用成为了热门话题。制造业作为立国之本、兴国之器、强国之基，其行业的智能化升级尤为重要。

智能制造的现状与未来

当前，全球工业制造正处于第四次工业革命阶段。第四次工业革命指的是通过工业的数字化、网络化及智能化，促进生产装备、生产过程及产品供给的高端化。面向第四次工业革命，各制造强国纷纷推出制造业的升级计划，如美国的先进制造领先战略、德国的工业4.0、中国制造2025等，均期望通过先进的信息与通信技术使能制造业提升核心能力。

当前的工业制造以有线网络为主，随着智能制造、柔性制造技术的发展，无线联接的需求逐渐成为工业制造的刚需。5G的到来给工业制造带来了全新的可能，并逐步成为支撑工业生产的基础设施。5G与工业生产中的研发设计系统、生产控制系统及服务管理系统等相结合，可以全面推动5G在垂直行业的研发设计、生产制造、管理服务等生产流程的深刻变革，实现制造业向智能化、柔性化、服务化、高端化的转型。

从2016年起，世界各国都在以制定政策、推进产业和成立联盟等方式推进5G+工业制造的发展。其中，中国、美国、欧盟、日本及韩国均明确成立了相关政府组织及产业联盟，并由龙头工业企业及运营商牵头，开始开展各类5G+制造应用的实践。此外，加拿大、澳大利亚、新加坡、沙特阿拉伯、印度、巴西及俄罗斯等国也都在其数字化战略中明确提出了将采用5G，直接或间接地为5G服务工业制造提供了国家战略支持。

智能制造中的5G“用武之地”

根据5G技术的发展节奏，业界普遍认为5G进入工业制造将分为3个阶段。

信息化：基础网络的优化。这个阶段为2018-2020年，在这个时期，5G初步具备了商用能力，其以eMBB能力为主，凭借大下行、大上行、较低时延的全新优势，开始初步进入制造的非核心生产流程，使能工业制造的数字化转型，为企业带来降本、提质、增效的收益。

数字化：与IT/OT融合。这个阶段预计在2021年-2023年。结合工业模组/MEC/切片/URLLC的发展，5G将进入制造领域的核心，可满足更多需实时控制、高可靠要求场景的部署，与制造的IT/OT深度融合，真正使能智能制造的数字化转型及柔性演进。

智能化：全联接+智能。这个阶段预计在2023年之后。随着工业制造数字化转型和柔性演进的完善，及5G低时延、高可靠、大联接、广覆盖能力的全面完善，5G将使能制造业全面实现无线联接的智能工厂，实现从办公到超低时延精准控制、从办公到生产全面的联接覆盖和使能。

作为全球5G部署最快、规模最大的国家，目前中国已打造了上百个5G+工业制造应用标杆，在港口、钢铁、水泥、飞机、家电、3C电子、半导体等众多制造行业中进行了5G+工业互联网创新。

通过实际项目的摸索，工业互联对无线网络的主要诉求有以下三点。

网络性能好：大带宽，低时延，海量联接，这些需求也是5G的基本特征。当前5G还处于商用初期，已可满足基本的制造联接场景，随着R16的冻结及R17的发展，5G将会逐渐覆盖更多的场景。

可靠性高：稳定联接，稳定时延。随着移动通信技术从toC走向toB，其可靠性需求也发生了很大变化，通过一系列项目的摸索，目前已初步形成了对5G B2B可靠性要求的模型，同时5G设备也在逐步满足制造中的高可靠要求。

现场调整：部署便捷，灵活扩展，维护简便。5G作为移动通信技术，在网络性能的绝对指标方面难以真正与光纤持平，但是其移动性、灵活性是制造行业选择5G作为联接技术的重要考量点。而便捷的规建维优则是制造业对5G的增值性诉求。

通过5G+工业互联网创新和商用应用，业界普遍认为5G在智能制造中的第一波应用已经初步成熟，开始走向商用。

设备联接：5G在智能制造中最普遍的应用场景是设备联接。中国工程院院士李培根认为，制造过程中有数以万计的传感器和执行器接入，需要引入高可靠、海量联接能力的无线通信技术作为支撑，采用极低时延的网络进行传递以实现高精度生产。5G的大带宽、低时延、广联接以及电信级可靠性可以满足智能制造的这些需求。在大量的智能制造5G实践中，使用5G联接各类生产系统及生产设备，用以替代传统的有线联接已成为一种趋势。现阶段的智能制造以有线联接为主，但面临着硬件材料部署复杂、工期长、易腐蚀、更换困难、工程维护故障排除难度大、不利于产线调整等问题，随着制造走向更智能、更柔性，有线布线已难以满足更高的工业要求，5G作为最趋近于有线能力的无线通信技术，可以良好地替代有线联接，使能制造的智能化。

AI检测：对于目前不容易测量、需要通过人工监测的场景，最好通过长期的“拍照+计算”方式来检测，找出规律来进行综合判断。中国工程院院士王国栋认为，图像的实时传输会涉及到大量的5G需求。在制造流程下的检测工序中，自动化AI检测正在大量替换人工检测，早期的检测主要用于一体化的生产设备承载，其虽然可满足制造-拍照-检测一体化的要求，但也带来一体化设备昂贵、检测算法封闭、算力不足且不宜升级等问题。而随着云计算的发展及AI检测逐渐上云，从设备到云端的大量数据传输对网络提出了新需求。自动化AI检测主要传输的数据是用于训练和实时检测的图像和视频，5G的大带宽、低时延能力可以较好地满足智能制造中自动化AI检测的传输要求。

实时控制：王国栋院士认为，工业上对生产过程的控制将会发生在数字孪生和物理实体之间，它们之间实时、快速交互的通信过程最好通过5G来实现。当前数字孪生技术还未大范围普及，远端系统与物理实体之间主要以远程实时控制及自动化实时控制为主。例如天车、轨道吊车、制造机器人等场景，对于时延要求非常高，甚至需达到20ms，而5G的低时延能力很好地满足了此场景下的控制诉求，目前在钢铁厂、码头、制造车间等场景下，5G实时控制已被大量使用。

5G并非“单打独斗”，激活5“机”才是取胜之道

李培根院士认为：“制造企业在信息化转型的过程中，应重点抓IT和OT（底层自动化、运行、操作等）的融合，同时可根据不同的场景和条件抓好XR、数字孪生、多领域物理建模、车联网、数字化供应链、云化机器人等应用，这些应用对联接和计算能力有很高的诉求。因此需要5G、云、AI等技术作为底座，以融合驱动这些应用在制造行业中的普及和发展。”

5G作为全新的移动通信技术标准，首先带来的是联接体验的大幅升级。但5G不仅仅是一场通信技术的升级，更是通过融合联接、AI、云、计算、行业应用等五大领域（以下称5“机”），作为面向未来数字基础设施的重要组成部分，5“机”将给智能制造来全新的发展机遇。

5G让云计算触手可及

爆炸性增长的数据已对计算产业的发展提出了全新的要求，5G时代，计算模式正在向云-边-端协同、多样性计算加速演进，需满足海量终端和智慧应用场景的计算需求。

5G的商用催生出层出不穷的新应用

5G+云使能智能制造中的远程控制应用场景，改变了工人传统的工作方式。在湖南湘钢，基于5G+云计算的无人天车远程控制应用已经发展成熟。过去，传统的天车需要工人坐在天车的操作间进行操作，不仅工作环境恶劣，而且存在人员安全隐患，因此工厂招工困难。引入5G技术后，通过5G与云计算的结合，使得远程操作天车成为可能。如今，工作人员坐在舒适的空调房中，通过高清视频就可以进行远程操作，且1人可控制多台天车，大大降低了人力成本。

5G+云加速AI应用

王国栋院士表示：“云和AI对流程工业非常重要，里面包括数据处理、人工智能应用、算法、编程的方法等。特别是边缘云，数字孪生在边缘里靠边缘和物理实体的直接交互进行实时反馈是最快的。5G的大带宽、低时延特性，与云技术和人工智能结合能很好地满足工业制造的需求。”5G将使业务的驱动力从人脑驱动升级为云脑驱动。在湖南湘钢，采用5G+云+AI的钢材表面质量检测技术已经开始应用。通过工业相机成像，5G网络回传图像，采用基于AI的机器视觉已实现了缺陷的自动识别，可取代甚至超过了人工检测的局限（主观影响、难以完成微小缺陷或运动物体的检查、热轧环境条件不适合人工等），达到了提升产品质量，降低人工劳动强度的目的。

中国5G技术在制造行业应用方面的探索已走在世界前列，并在工厂生产、物流、办公等环节逐步推广实践。随着标准协议逐步演进、模组终端产业链逐步完善，5G将赋能千行百业的数字化转型，成为数字经济发展的新引擎。