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5G赋能工业互联网 开拓智造新时代

2021-10-22自动化博览

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本期《自动化博览》整理了中国工程院院士邬贺铨、中国工程院院士周济、中国科学院院士尹浩三位专家对“5G+工业互联网”的观点,与读者共飨。
     编者按:三百多年的工业化进程中,每一次工业领域的升级发展,都离不开信息技术的推动。在新型基础设施建设中,5G与工业互联网同属于新一代信息技术演化生成的通信网络基础设施,具有高度的契合性,被视为推动工业经济走向新形态和新阶段的“双子星”。
     
       2021年5月,工信部发布《“5G+工业互联网”十个典型应用场景和五个重点行业实践》,具体介绍了10个典型场景及5个重点行业“5G+工业互联网”的实际应用情况,系统总结发展成效,向更多行业和企业应用“5G+工业互联网”提供具有借鉴意义的模式和经验。据悉,截至目前,全国“5G+工业互联网”项目超过1500个,覆盖了22个国民经济重要行业,取得了一系列阶段性、标志性进展,也形成了一批成熟模式和发展经验。

 
   我国新时期以推动高质量发展为主题,促进产业数字化转型,工业互联网是实现产业数字化、网络化和智能化发展的抓手。而5G成为新基建首选与支柱,与已有无线技术相比5G更适于工业互联网的要求。5G在工业互联网领域大有可为,但真正实现落地仍面临挑战。抓住“5G+工业互联网”等新一轮工业革命核心技术发展的机遇,推动工业制造业迈向万物互联、万物智联、万物智控的智能制造新时代。本期《自动化博览》整理了中国工程院院士邬贺铨、中国工程院院士周济、中国科学院院士尹浩三位专家对“5G+工业互联网”的观点,与读者共飨。
 
   邬贺铨:开发新型5G工控网关 高起点建设工业互联网
 
   目前,中国的消费互联网发展处于世界先进行列,主要表现在电商领域。相较于消费互联网,呼吁多年的工业互联网发展相对滞后,真正能启动、见成效的场景应用比较少。究其原因,在于发达国家基本是在工业化完成后,再以工业4.0、工业互联网为支撑实施产业数字化。而我国实际上是在农业现代化、工业化尚未全部完成的背景下,实现产业数字化、数字经济的“后发赶超”。
 
   数据采集挖掘领域是我国工业互联网发展面临的一个挑战。目前我国机械行业80%的设备仍采用传统的继电器和接触器进行控制,尚未使用工控系统产品。在已投用的大中型产品中,95%的大型PLC、75%的小型PLC、70%的高端SCADA来自国外,带来的安全漏洞令人担忧。而且其中不少产品属于相关制造商的专有方案,协议不开放。这直接导致了工业互联网的发展困境:IT企业想进入,却没有数据支撑,大多只能做“数字大脑”概念,无法将生产线的数据采集起来,很难进行后期的分析应用;传统企业想向工业数据化、工业互联网转型,则没有平台支撑。
 
   除此之外,工业互联网面临的挑战还有安全漏洞不可控,抬高了发展成本。而消费互联网的成功模式很难复制到工业互联网:消费互联网只是PC端和移动端,操作系统比较固定,为人群提供共性化的服务;工业互联网面向不同行业,或是同一行业的不同企业都是个性化的。这些差异决定工业互联网只有在制度技术、商业模式等方面不断创新,才能向前发展。
 
   因此,随着边缘计算、5G工业模组、智联网、区块链、IPv6、TSN等技术的飞速发展,将这些技术集成进新型可信工控网关势在必行。
 
   传统基于现场级工控设备的工业互联网具有层级多、标准碎片化、IT/OT融合困难、网络安全性低的特点。5G时代下,5G的高宽带、高可靠、大连接,促成了云计算、大数据、人工智能、互联网、区块链和工业互联网等技术的融合,打通了从数据采集到分析的全过程,发挥了数据作为生产要素的作用。5G工业模组不但可以提供以视频和AR/VR宽带无线接入等应用通道,为工业互联网的现场增加可供选择的接入模式。而且在5G工业模组基础上融合PLC、SCADA、TSN、IPv6、物联网、边缘计算和AI等新一代信息技术开发的新型工控网关将推动工业互联网扁平化、IP化、无线化,实现IT/OT的无缝融合,还可利用OPC兼容现有工控设备。新型工控网关开创工业互联网新格局,也为5G在产业数字化的应用打通了道路,展示了广阔的创新空间。开发新型5G可信工控网关需要加强产学研用合作、立足创新、明确需求、标准起步、试点推进、形成产业,支撑我国工业高质量可持续发展。
 
周济:5G+工业互联网开拓制造强国之路
 
   当前,工业化与信息化融合发展成为建设社会主义现代化强国的主线,加快发展5G+工业互联网具有重大现实意义和深远战略意义。
 
   一方面,党的十九届五中全会决议强调,要坚定不移建设制造强国、质量强国、网络强国和数字中国。从国家规划来看,制造强国、质量强国是对国家工业化提出的目标;网络强国、数字中国是对中国信息化提出的目标。从整体来看,两者又是融合发展的关系。
 
   另一方面,2020年6月30日,中央深改委会议强调,“加快推进新一代信息技术和制造业融合发展,要顺应新一轮科技革命和产业变革趋势,以供给侧结构性改革为主线,以智能制造为主攻方向,加快工业互联网创新发展,加快制造业生产方式和企业形态根本性变革,夯实融合发展的基础支撑,健全法律法规,提升制造业数字化、网络化、智能化发展水平”。
 
   以智能制造为主攻方向,意味着要从工业化深入推进两化融合:制造技术是本体技术,为主体;信息化是赋能技术,为主导。加快工业互联网创新发展,即从信息化深入推进两化融合:互联网技术是核心技术,为主体;工业是应用目标与生态,为主导。以智能制造为主
攻方向+加快工业互联网创新发展是工业化与信息化融合发展的两个主要方面,是辩证统一、融合发展的,两化融合成为推动制造业高质量发展的根本动力。
 
   因此,5G+工业互联网是建设制造强国的关键支撑。智能制造其实就是数字化、网络化、智能化制造,需要强大的工业人工智能赋能,需要强大的工业大数据赋能,需要强大的5G+工业互联网赋能。没有强大的5G和工业互联网,就没有真正的大数据,就没有新一代人工智能,就没有新一代智能制造。工业互联网是建设制造强国的关键支撑。
 
   与此同时,智能制造为5G和工业互联网开辟广阔的应用和市场。5G更大的“蓝海”在物联网、工业互联网。工业互联网更大的“蓝海”在智能制造、数字中国。智能制造是我国制造业创新发展的主要抓手,是我国制造业转型升级的重要路径,是加快建设制造强国的主攻方向,是推进制造强国战略的主要技术路线,更是先进制造技术与新一代信息技术的深度融合,贯穿于产品、制造、服务全生命周期的各个环节及相应系统的优化集成。
 
   可以预见,5G+工业互联网是新一代智能制造技术,将为我国制造业的创新插上腾飞的翅膀,开辟更为广阔的天地。相信到2035年,我国制造业将从“数字一代”发展成“智能网联一代”,全面升级为智能制造。
 
   尹浩:工业互联网进入规模化扩张窗口期 5G赋能面临三个挑战
 
   工业互联网进入规模化扩张窗口期
 
   工业互联网是新一代信息通信技术与工业制造深度融合的全新工业生态、关键基础设施和信息应用模式,通过人、机、物的全面互联,实现全要素、全产业链、全价值链的全面连接。相比传统的制造业,工业互联网打破了烟囱式信息孤岛,形成了全面互联、扁平化、平台化、开放服务的智能制造网络空间。
 
传统意义上的工业互联网产业体系包括网络、平台、安全三个部分,其中网络是基础、平台是核心、安全是保障。制造业生产效率的提升,需基于打造数据汇聚载体、提升数据价值挖掘能力、促进数据流动和推动数据知识共享,数据体系已经成为工业互联网的关键。工业互联网正在从传统意义上的“网络-平台-安全”走向“网络-平台-数据-安全”。
 
新基建浪潮下的工业互联网,已经成为业界关注的焦点,进入快速成长期。在全球范围内,工业互联网正处于没有一家独大的关键时期和规模化扩张的窗口期,围绕网络、工业设备、核心芯片、工控系统、传感器等产业链关键节点的生态竞争日益激烈。
 
   “5G+工业互联网”面临三个挑战
 
   5G具有大带宽、低延时、广连接三个特性,与工业互联网的连接多样性、性能差异化以及通信多样化需求高度契合。因此5G在工业互联网场景大有可为,能够突破“计算机+控制模型”的传统范式,形成“网络+数据”的工业互联网智能发展新范式。5G高频和多天线技术、5G网络切片技术、5G边缘计算技术,将催生大规模设备连接、机器间协同、流程闭环控制、移动机器人、运动控制、远程资产管理、工业AR等工业互联网新应用。
 
   5G使能工业互联网的未来发展有三个重要趋势:
 
   一是基于网络的“人-机-物”制造全要素的安全可靠互联;
 
   二是基于网络的生产链全面流程化;
 
   三是基于网络的全产业链和全价值链重塑,创造全新工业生态和新型应用模式。
 
   但5G在工业互联网领域的落地应用、融合发展还面临三个难题:
 
   一是跨界融合不充分。工业互联网跨界融合的知识难度、细分市场的专业性要求都更高。运营商、设备商、工业互联网企业间的行业壁垒仍较高。企业间融合融通、相互促进、共生共享的产业生态尚未形成;
 
   二是工业应用场景多样化。5G需要适应不同工业场景,并提供不同场景的无线连接方案,导致网络部署和工程系统的复杂性提升,由于网络接口都是非标的,需要进行转换,增加了部署难度;
 
   三是商业模式不清晰。不同服务、不同场景,对于网络的带宽要求、网络资源消耗以及对运营商运维体系的复杂程度要求不同。4G的商业模式较为简单,以流量消费为主,“5G+工业互联网”则深入了工业生产制造的各个环节,不能单纯依靠流量消费盈利,要探索新的运营模式。
 
   创新发展工业互联网,核心关键是打牢网络基础。实现生产链、产业链、价值链全要素的网络化安全可靠互联仍面临诸多问题。未来十五年,正是“5G+工业互联网”和“智能制造”等新一轮工业革命核心技术发展的关键期,“5G+工业互联网”应用前景广阔,充满挑战,需要重视相关领域基础理论与方法创新。(本文整理自网络)
 
责任编辑:杨培
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