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工信部權威解讀 什么是“5G+工業互聯網”
發布時間 2021-08-04 02:00:00
來源 工信部
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一、基本定義

“5G+工業互聯網”是指利用以5G為代表的新一代信息通信技術,構建與工業經濟深度融合的新型基礎設施、應用模式和工業生態。通過5G技術對人、機、物、系統等的全面連接,構建起覆蓋全產業鏈、全價值鏈的全新制造和服務體系,為工業乃至產業數字化、網絡化、智能化發展提供了新的實現途徑,助力企業實現降本、提質、增效、綠色、安全發展。

當前,新一輪科技革命和產業變革突飛猛進,信息技術日新月異。5G與工業互聯網的融合將加速數字中國、智慧社會建設,加速中國新型工業化進程,為中國經濟發展注入新動能。在數字中國、智慧社會建設和新型工業化發展進程中,“5G+工業互聯網”將主要發揮基礎性作用、聚合性作用、融合性作用,推動產業升級與行業轉型。

“5G+工業互聯網”512工程實施以來,行業應用水平不斷提升,從生產外圍環節逐步延伸至研發設計、生產制造、質量檢測、故障運維、物流運輸、安全管理等核心環節,在電子設備制造、裝備制造、鋼鐵、采礦、電力等5個行業率先發展,培育形成協同研發設計、遠程設備操控、設備協同作業、柔性生產制造、現場輔助裝配、機器視覺質檢、設備故障診斷、廠區智能物流、無人智能巡檢、生產現場監測等10大典型應用場景,助力企業降本提質和安全生產。

二、發展背景

近年來,新一輪科技革命和產業變革深入發展,5G、工業互聯網、大數據中心等新型基礎設施建設加快推進,日益成為支撐實體經濟數字化、網絡化、智能化轉型升級的關鍵驅動。

2017年以來,我國深入實施工業互聯網創新發展戰略,網絡、平臺、數據、安全四大體系穩步推進,工業互聯網標識解析加快發展,平臺化設計、智能化制造、網絡化協同、個性化定制、服務化延伸、數字化管理等創新模式不斷涌現。2019年6月6日,工業和信息化部向中國電信、中國移動、中國聯通、中國廣電4家基礎電信企業發放了5G商用牌照。我國5G商用穩步推進,已建成覆蓋全國所有地級以上城市的5G網絡;工業、能源、交通、醫療等多個實體經濟行業5G應用蓬勃發展,為“5G+工業互聯網”融合創新奠定了堅實的產業基礎。

一方面,5G是工業互聯網發展的關鍵使能技術。國際電信聯盟定義了5G的三大應用場景,增強移動寬帶(eMBB,速率是4G的10倍)、低時延高可靠(uRLLC,時延是4G的十分之一)、海量機器類通信(mMTC,連接密度是4G的50倍),后兩個場景主要面向工業等實體經濟行業需求設計。5G可有效解決工業有線技術移動性差、組網不靈活、特殊環境鋪設困難等問題,突破現有工業無線技術在可靠性、連接密度、傳輸能力等方面的局限,有效滿足大規模數據采集和感知、精準操控、遠程控制等工業生產需要,不斷提升工業互聯網網絡基礎能力,拓展工業互聯網融合創新業態,成為工業互聯網縱深發展的強大動能。另一方面,工業互聯網將為5G應用開辟廣闊空間。5G的真正價值在于支撐實體經濟的高質量發展,迫切需要與實體經濟融合應用創新。我國工業具有完整的產業鏈、多元的行業生態、廣闊的市場縱深,尤其是大量仍處于工業2.0、工業3.0階段的傳統產業企業加快數字化、網絡化、智能化改造進程,將為5G提供極為豐富的應用場景,開辟極為廣闊的發展空間,支撐5G不斷發揮商用價值、釋放發展紅利,向更高質量、更高水平加快邁進。

三、內涵構成

當前,新一輪科技革命和產業變革突飛猛進,信息技術日新月異。5G與工業互聯網的融合將加速數字中國、智慧社會建設,加速中國新型工業化進程,為中國經濟發展注入新動能。在數字中國、智慧社會建設和新型工業化發展進程中,“5G+工業互聯網”將主要發揮基礎性作用、聚合性作用、融合性作用。

“5G+工業互聯網”將發揮基礎性作用。當前,工業網絡無線化發展趨勢顯著,國際電信聯盟定義的5G三大技術場景與工業互聯網應用發展需求緊密契合。目前5G已可支持毫秒級空口時延,能夠滿足很多垂直行業的數字化場景,比如:港口、采礦、鋼鐵、建筑、倉儲等行業的遠程控制、無人控制等場景都是基于5G國際標準R15版本進行的產業化創新和融合應用探索。R16標準進一步面向工業互聯網等應用,引入新技術支持低于1毫秒空口時延以及更高可靠性,將有力支撐工廠生產線內網控制、機器人控制、運動控制等低時延高可靠業務。

“5G+工業互聯網”將發揮聚合性作用。5G不僅提供網絡連接,更將與人工智能、大數據、云計算等有機結合并帶動相關技術創新和產業發展。5G的推廣和應用過程,即是5G與各類信息通信技術聚合創新的過程。5G加速了通信技術、信息技術、控制技術深度融合,推動通信與感知、計算、控制朝著深度耦合方向邁進;5G將人工智能、物聯網、云計算、大數據、邊緣計算等新興技術深度集成,形成云、網、邊、端全鏈條能力,打造以5G為中心的泛智能集成設施;進而與區塊鏈、增強現實/虛擬現實、全息影像等技術融合創新,支持各類工業場景和應用。

“5G+工業互聯網”將發揮融合性作用。我國工業門類眾多,企業所處階段不同,需求差異性大,個性化更為突出?!?G+工業互聯網”必須與工業特有的技術、知識、經驗緊密結合,由淺入深、循序漸進,由生產監測、遠程服務、智慧物流等基礎環節向數字化研發、機器視覺檢測、精準設備控制等關鍵環節延伸,這一過程復雜性高、難度大,需要各相關部門協同配合,充分調動產業各方的積極性和創造性,共同打好“團體賽”。

四、應用場景

根據“5G+工業互聯網”賦能工業研發設計、生產制造、質量檢測、故障運維、物流運輸、安全管理等環節情況,從生產環節突出、經濟效益性好、實際操作性高、復制推廣性強等因素考慮,遴選出協同研發設計、遠程設備操控、設備協同作業、柔性生產制造、現場輔助裝配、機器視覺質檢、設備故障診斷、廠區智能物流、無人智能巡檢、生產現場監測十大典型應用場景,提出具體場景內涵和實施基礎條件,具體可以參考《關于發布“5G+工業互聯網”十個典型應用場景和五個重點行業實踐情況的通知》。

協同研發設計主要包括遠程研發實驗和異地協同設計兩個環節。遠程研發實驗是指利用5G及增強現實/虛擬現實(AR/VR)技術建設或升級企業研發實驗系統,實時采集現場實驗畫面和實驗數據,通過5G網絡同步傳送到分布在不同地域的科研人員;科研人員跨地域在線協同操作完成實驗流程,聯合攻關解決問題,加快研發進程。異地協同設計是指基于5G、數字孿生、AR/VR等技術建設協同設計系統,實時生成工業部件、設備、系統、環境等數字模型,通過5G網絡同步傳輸設計數據,實現異地設計人員利用洞穴狀自動虛擬環境(CAVE)仿真系統、頭戴式5GAR/VR、5G便攜式設備(Pad)等終端接入沉浸式虛擬環境,實現對2D/3D設計圖紙的協同修改與完善,提高設計效率。

遠程設備操控是指綜合利用5G、自動控制、邊緣計算等技術,建設或升級設備操控系統,通過在工業設備、攝像頭、傳感器等數據采集終端上內置5G模組或部署5G網關等設備,實現工業設備與各類數據采集終端的網絡化,設備操控員可以通過5G網絡遠程實時獲得生產現場全景高清視頻畫面及各類終端數據,并通過設備操控系統實現對現場工業設備的實時精準操控,有效保證控制指令快速、準確、可靠執行。

設備協同作業是指綜合利用5G授時定位、人工智能、軟件定義網絡、網絡虛擬化等技術,建設或升級設備協同作業系統,在生產現場的工業設備,以及攝像頭、傳感器等數據采集終端上內置5G模組或部署5G網關,通過5G網絡實時采集生產現場的設備運行軌跡、工序完成情況等相關數據,并綜合運用統計、規劃、模擬仿真等方法,將生產現場的多臺設備按需靈活組成一個協同工作體系,對設備間協同工作方式進行優化,根據優化結果對制造執行系統(MES)、可編程邏輯控制器(PLC)等工業系統和設備下發調度策略等相關指令,實現多個設備的分工合作,減少同時在線生產設備數量,提高設備利用效率,降低生產能耗。

柔性生產制造是指數控機床和其他自動化工藝設備、物料自動儲運設備通過內置5G模組或部署5G網關等設備接入5G網絡,實現設備連接無線化,大幅減少網線布放成本、縮短生產線調整時間。通過5G網絡與多接入邊緣計算(MEC)系統結合,部署柔性生產制造應用,滿足工廠在柔性生產制造過程中對實時控制、數據集成與互操作、安全與隱私保護等方面的關鍵需求,支持生產線根據生產要求進行快速重構,實現同一條生產線根據市場對不同產品的需求進行快速配置優化。同時,柔性生產相關應用可與企業資源計劃(ERP)、制造執行系統(MES)、倉儲物流管理系統(WMS)等系統相結合,將用戶需求、產品信息、設備信息、生產計劃等信息進行實時分析、處理,動態制定最優生產方案。

現場輔助裝配是指現場工作人員通過內置5G模組或部署5G網關等設備,實現AR/VR眼鏡、智能手機、PAD等智能終端的5G網絡接入,采集現場圖像、視頻、聲音等數據,通過5G網絡實時傳輸至現場輔助裝配系統,系統對數據進行分析處理,生成生產輔助信息,通過5G網絡下發至現場終端,實現操作步驟的增強圖像疊加、裝配環節的可視化呈現,幫助現場人員進行復雜設備或精細化設備的裝配。另外,專家的指導信息、設備操作說明書、圖紙、文件等也可以通過5G網絡實時同步到現場終端,現場裝配人員簡單培訓后即可上崗,有效提升現場操作人員的裝配水平,實現裝配過程智能化,提升裝配效率。

機器視覺質檢是指在生產現場部署工業相機或激光器掃描儀等質檢終端,通過內嵌5G模組或部署5G網關等設備,實現工業相機或激光掃描儀的5G網絡接入,實時拍攝產品質量的高清圖像,通過5G網絡傳輸至部署在MEC上的專家系統,專家系統基于人工智能算法模型進行實時分析,對比系統中的規則或模型要求,判斷物料或產品是否合格,實現缺陷實時檢測與自動報警,并有效記錄瑕疵信息,為質量溯源提供數據基礎。同時,專家系統可進一步將數據聚合,上傳到企業質量檢測系統,根據周期數據流完成模型迭代,通過網絡實現模型的多生產線共享。

設備故障診斷是指在現場設備上加裝功率傳感器、振動傳感器和高清攝像頭等,并通過內置5G模組或部署5G網關等設備接入5G網絡,實時采集設備數據,傳輸到設備故障診斷系統。設備故障診斷系統負責對采集到的設備狀態數據、運行數據和現場視頻數據進行全周期監測,建立設備故障知識圖譜,對發生故障的設備進行診斷和定位,通過數據挖掘技術,對設備運行趨勢進行動態智能分析預測,并通過網絡實現報警信息、診斷信息、預測信息、統計數據等信息的智能推送。

廠區智能物流主要包括線邊物流和智能倉儲。線邊物流是指從生產線的上游工位到下游工位、從工位到緩沖倉、從集中倉庫到線邊倉,實現物料定時定點定量配送。智能倉儲是指通過物聯網、云計算和機電一體化等技術共同實現智慧物流,降低倉儲成本、提升運營效率、提升倉儲管理能力。通過內置5G模組或部署5G網關等設備可以實現廠區內自動導航車輛(AGV)、自動移動機器人(AMR)、叉車、機械臂和無人倉視覺系統的5G網絡接入,部署智能物流調度系統,結合5GMEC+超寬帶(UWB)室內高精定位技術,可以實現物流終端控制、商品入庫存儲、搬運、分揀等作業全流程自動化、智能化。

無人智能巡檢是指通過內置5G模組或部署5G網關等設備,實現巡檢機器人或無人機等移動化、智能化安防設備的5G網絡接入,替代巡檢人員進行巡邏值守,采集現場視頻、語音、圖片等各項數據,自動完成檢測、巡航以及記錄數據、遠程告警確認等工作;相關數據通過5G網絡實時回傳至智能巡檢系統,智能巡檢系統利用圖像識別、深度學習等智能技術和算法處理,綜合判斷得出巡檢結果,有效提升安全等級、巡檢效率及安防效果。

生產現場監測是指在工業園區、廠區、車間等現場,通過內置5G模組或部署5G網關等設備,各類傳感器、攝像頭和數據監測終端設備接入5G網絡,采集環境、人員動作、設備運行等監測數據,回傳至生產現場監測系統,對生產活動進行高精度識別、自定義報警和區域監控,實時提醒異常狀態,實現對生產現場的全方位智能化監測和管理,為安全生產管理提供保障。

五、行業實踐

根據當前全國開展“5G+工業互聯網”實踐的優勢行業和特色產業情況,從數字化水平較高、業務模式最成熟、5G應用探索最集中、落地成效最顯著等因素考慮,遴選出電子設備制造業、裝備制造業、鋼鐵行業、采礦行業、電力行業五大國民經濟重點行業。具體可以參考《關于發布“5G+工業互聯網”十個典型應用場景和五個重點行業實踐情況的通知》。

電子設備制造業自動化水平高,數字化、網絡化基礎好,產品迭代速度快,存在降低勞動力成本、減少物料庫存、嚴控產品質量、快速響應客戶差異化要求等迫切需求,發展智能化制造、個性化定制、精益化管理等模式潛力大。華為、海爾、格力、中興等利用5G技術積極實踐,顯著提高了生產制造效率、降低了生產成本、提升了系統柔性,為電子設備制造行業實現數字化轉型進行了有益探索。

裝備制造業涉及航空制造、船舶制造、汽車制造與工程機械制造等重要領域。其產品結構高度復雜、產品體型偏大,具有技術要求高、生產安全標準嚴格、資本投入大、勞動力密集等行業特點,對成品件、標準件等百萬量級生產資源的協同設計和泛在感知需求較高。同時,面臨“用工荒、高成本”的困境,需要更加精密的裝配加工能力以及質量檢測手段支撐企業長期發展。發展數字化研發、網絡化協同、智能化制造、精益化管理等模式潛力大。中國商飛、上海外高橋、三一重工、福田汽車等應用5G技術積極探索實踐,在提質、降本、增效、減員方面取得明顯成效,為裝備制造行業的高速發展注入新動力。

鋼鐵行業主要包括鐵前、煉鋼、鑄鋼、軋鋼、倉儲物流等環節。鋼鐵行業生產流程長、生產工藝復雜,當前主要面臨設備維護效率低、生產過程不透明、下游需求碎片化、綠色生產壓力大等痛點,發展智能化制造、精益化管理等模式潛力大。華菱湘鋼、鞍鋼、寶鋼、馬鋼等應用5G技術積極探索遠程設備操控、機器視覺質檢、設備故障診斷、生產現場監測等典型應用場景,推動了產業升級及行業轉型。

采礦行業包括露天礦環境和井工礦環境,安全生產是紅線。在露天礦環境中,因礦山石墜落易引起開采人員傷亡,多層重疊采空區常出現塌方、滑坡、瓦斯爆炸、沖擊地壓等事故風險。在井工礦環境中,存在高溫、高濕、粉塵等惡劣的工作環境,工人長時間高強度井下作業對健康造成較大威脅,發展智能化制造、網絡化協同、精益化管理等模式潛力大。新元煤礦、千業水泥、龐龐塔煤礦、鮑店煤礦等利用5G技術積極開展遠程設備操控、設備協同作業、無人智能巡檢、生產現場監測等典型應用場景,成效顯著。

電力行業主要涉及發電、輸電、變電、配電、用電五個環節,存在安全監管不到位、環保要求高、信息孤島、設備實時監管難、精細化管理難等痛點,面臨向“清潔、低碳、高效、安全、智能”的轉型挑戰,發展智能化制造、精益化管理等模式潛力大。中核集團、國家電網、南方電網等利用5G技術,實踐在發電環節的現場輔助裝配、輸電環節的無人智能巡檢、配電環節的設備故障診斷、用電環節的生產現場監測等典型應用場景,取得了明顯成效。

六、發展歷程

2017年10月18日至10月24日中國共產黨第十九次全國代表大會在北京召開。習近平總書記在十九大報告中指出,加快建設制造強國,加快發展先進制造業,推動互聯網、大數據、人工智能和實體經濟深度融合。

2017年11月19日,經李克強總理簽批的《國務院印發關于深化“互聯網+先進制造業”發展工業互聯網的指導意見》正式印發,成為我國工業互聯網發展的綱領性文件。

2017年12月8日,中共中央政治局就實施國家大數據戰略進行第二次集體學習。習近平總書記在主持學習時指出,要深入實施工業互聯網創新發展戰略,系統推進工業互聯網基礎設施和數據資源管理體系建設,發揮數據的基礎資源作用和創新引擎作用,加快形成以創新為主要引領和支撐的數字經濟。

2018年2月2日,時任國務院副總理馬凱出席2018工業互聯網峰會開幕式并致辭,強調要把握新工業革命戰略機遇,充分認識加快發展我國工業互聯網的重要意義。

2019年1月19日,工業和信息化部出臺《工業互聯網網絡建設及推廣指南》,提出支持基于5G建設網絡技術測試床,開展基礎通用關鍵技術、標準、設備、解決方案的研制研發、試驗測試等工作。

2019年6月6日,工業和信息化部正式向中國移動、中國聯通、中國電信、中國廣電發放5G商用牌照,我國5G進入網絡建設和應用創新的商用發展階段。

2019年8月12日,工業和信息化部全國現場工作會議在上海商飛召開。會議要求加快推動“5G+工業互聯網”,有力支撐制造業高質量發展。會上,時任工業和信息化部黨組書記、部長苗圩指出,要落實“5G+工業互聯網”512工程,加快“5G+工業互聯網”在全國推廣普及;要完善產業生態,激發“5G+工業互聯網”內生創新動力;要加強政策引導,營造“5G+工業互聯網”良好發展環境。

2019年11月19日,工業和信息化部印發《“5G+工業互聯網”512工程推進方案》,提出打造5個產業公共服務平臺,加快垂直領域“5G+工業互聯網”的先導應用,內網建設改造覆蓋10個重點行業,形成至少20大典型工業應用場景。

2020年2月3日,習近平總書記在中央政治局常委會會議研究應對新型冠狀病毒肺炎疫情工作時的講話提出,“要加快釋放新興消費潛力,積極豐富5G技術應用場景,帶動5G手機等終端消費,推動增加電子商務、電子政務、網絡教育、網絡娛樂等方面消費?!?br />
2020年3月,工業和信息化部印發《關于推動工業互聯網加快發展的通知》《關于推動5G加快發展的通知》兩個文件中,再次強調實施“5G+工業互聯網”512工程,總結形成可持續、可復制、可推廣的創新模式和發展路徑,促進“5G+工業互聯網”融合創新發展。

2020年5月22日,李克強總理代表國務院在十三屆全國人大四次會議上作《政府工作報告》,提出“加強新型基礎設施建設,發展新一代信息網絡,拓展5G應用,建設充電樁,推廣新能源汽車,激發新消費需求、助力產業升級?!?br />
2020年11月20日,2020中國5G+工業互聯網大會在湖北省武漢市開幕,習近平總書記致賀信。習近平指出,當前,全球新一輪科技革命和產業變革深入推進,信息技術日新月異,5G與工業互聯網的融合將加速數字中國、智慧社會建設,加速中國新型工業化進程,為中國經濟發展注入新動能,為疫情陰霾籠罩下的世界經濟創造新的發展機遇。

2020年11月20日,中共中央政治局委員、國務院副總理劉鶴以視頻連線形式出席2020中國5G+工業互聯網大會開幕式,宣讀了習近平總書記的賀信并致辭。劉鶴表示,習近平總書記的賀信充分體現了黨中央對5G+工業互聯網產業發展的高度重視,要認真學習領會,堅決貫徹落實。

2020年11月20日,工業和信息化部黨組書記、部長肖亞慶出席2020中國5G+工業互聯網大會開幕式并致辭。肖亞慶表示,習近平總書記親自為大會發來賀信,就推動5G與工業互聯網融合,加速數字中國、智慧社會建設,加速中國新型工業化進程作出了重要指示?!?G+工業互聯網”在推動制造業向數字化、網絡化、智能化轉變過程中正迸發出磅礴力量。工業和信息化部總工程師韓夏出席大會行業應用與融合創新論壇并致辭。

2020年12月22日,《工業互聯網創新發展行動計劃(2021-2023年)》經工業互聯網專項工作組第二次會議審議通過正式印發,明確了未來三年我國工業互聯網發展目標,提出要深化“5G+工業互聯網”。

2021年3月5日,李克強總理代表國務院在十三屆全國人大四次會議上作《政府工作報告》,提出“發展工業互聯網”、“加大5G網絡和千兆光纖網建設力度,豐富應用場景”。

2021年5月17日,世界電信和信息社會日大會在河南鄭州召開,工業和信息化部黨組成員、副部長劉烈宏出席并作主旨發言。劉烈宏表示,此次大會是我國5G建設、發展和應用一體化推進的里程碑,是更加注重5G應用牽引的里程碑,同時指出,工業是5G融合應用的主陣地,全國“5G+工業互聯網”項目超過1500個,覆蓋了22個國民經濟重要行業。

2021年5月27日,采礦行業“5G+工業互聯網”現場工作會在山西召開。會議系統總結創新成效,著力推進采礦等重點行業利用“5G+工業互聯網”加快數字化轉型。會上發布了《“5G+工業互聯網”十個典型應用場景和五個重點行業實踐》。

2021年6月7日,《工業互聯網專項工作組2021年工作計劃》印發,重點推進工業互聯網5方面、11項重點任務和10大重點工程,其中深化“5G+工業互聯網”是重點內容,提出了相關重點工作、具體舉措及年度成果目標。

2021年7月12日,工業和信息化部、中央網信辦、發展改革委等十個部門聯合印發《5G應用“揚帆”行動計劃(2021-2023年)》,面向信息消費、實體經濟、民生服務三大領域,重點推進5G在工業互聯網、車聯網、智慧港口、智慧采礦等15個行業的應用,通過三年時間初步形成5G創新應用體系。
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