編者按：

當前，信息通信技術(shù)與制造業(yè)深度交叉、耦合共生勢不可擋，工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)已經(jīng)成為推動(dòng)新一代信息技術(shù)與制造業(yè)相融相長(cháng)的關(guān)鍵力量，是深化供給側結構性改革、推動(dòng)實(shí)體經(jīng)濟做大做強做優(yōu)的重要引擎，是釋放數據要素價(jià)值、促進(jìn)數字經(jīng)濟浪潮中數字產(chǎn)業(yè)化和產(chǎn)業(yè)數字化長(cháng)足發(fā)展的有力抓手。近年來(lái)，政、產(chǎn)、學(xué)、研、用各方在技術(shù)發(fā)展創(chuàng )新、融合應用普及、產(chǎn)業(yè)生態(tài)培育等方面積極探索，推動(dòng)我國工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)取得一系列階段性成果。

5G作為新一代信息通信技術(shù)領(lǐng)域的基礎性、引領(lǐng)性技術(shù)，將全面構筑數字基礎設施，打通信息流動(dòng)渠道，成為經(jīng)濟社會(huì )轉型發(fā)展新引擎。而5G對社會(huì )的最大變革就體現在對各個(gè)垂直行業(yè)賦能的行業(yè)級應用，尤其是5G+工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)對制造業(yè)的賦能，將成為我國經(jīng)濟高質(zhì)量發(fā)展的重要驅動(dòng)力。

本期《自動(dòng)化博覽》為讀者梳理了近期中國工程院院士鄔賀銓、中國工程院院士李培根、中國工程院院士張平對5G與工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)融合發(fā)展、創(chuàng )新應用的精彩觀(guān)點(diǎn)，以饗讀者。

中國工程院院士鄔賀銓?zhuān)?G面向工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)的創(chuàng )新與賦能

工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)從企業(yè)聯(lián)網(wǎng)、門(mén)戶(hù)網(wǎng)站等形式，逐步發(fā)展出園區聯(lián)網(wǎng)、機器聯(lián)網(wǎng)、產(chǎn)品聯(lián)網(wǎng)等新形態(tài)。目前我國工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)進(jìn)入攻堅期，需要從5G企業(yè)網(wǎng)入手，從標準起步、底層出發(fā)，向深度發(fā)展，體系化推進(jìn)，開(kāi)創(chuàng )工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)發(fā)展新格局。

5G的廣覆蓋、大帶寬、低時(shí)延、高可靠性等特質(zhì)適于在工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)應用。例如其大帶寬、低時(shí)延的特點(diǎn)，可以使物聯(lián)網(wǎng)所感知的數據能夠在第一時(shí)間傳送上云進(jìn)行分析，并第一時(shí)間反饋、執行。5G促成新一代信息技術(shù)無(wú)縫融合，打造了數據從采集、傳輸、處理、分析到?jīng)Q策的全過(guò)程，發(fā)揮數據作為生產(chǎn)要素的作用，支撐工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)發(fā)展。

在5G工業(yè)模組方面，目前5G在企業(yè)的應用多為IoT類(lèi)的機器視覺(jué)和遠程控制，場(chǎng)景大多分散孤立，在有PLC等工控設備的制造業(yè)現場(chǎng)，5G的應用被邊緣化。受限于PLC標準碎片化，協(xié)議欠開(kāi)放，因此尚未真正在主生產(chǎn)流程發(fā)揮核心作用。

5G工業(yè)模組不能只作為工控設備的一種選擇，而是應該取代PLC等傳統工控設備，并融合邊緣計算、智聯(lián)網(wǎng)、區塊鏈、IPv6、TSN等技術(shù)及安全功能，成為新型工業(yè)網(wǎng)關(guān)。如果有必要，還可以增加光接口，兼具工業(yè)PON網(wǎng)關(guān)作用。5G新型工業(yè)網(wǎng)關(guān)不僅提供現場(chǎng)級功能，還可含過(guò)程控制與生產(chǎn)管理級、網(wǎng)絡(luò )與業(yè)務(wù)應用級功能，推動(dòng)工廠(chǎng)內網(wǎng)向扁平化、IP化、智能化發(fā)展，實(shí)現IT與OT的無(wú)縫融合。

5G能適應工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)的需要，但是工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)也會(huì )給5G提出新要求。在消費端，5G的大帶寬體現在從網(wǎng)絡(luò )到用戶(hù)的下行階段；而在企業(yè)網(wǎng)則恰恰相反，由終端上行到網(wǎng)絡(luò )的方向對大帶寬有著(zhù)緊迫需求，這就需要我們克服技術(shù)難題，利用諸如載波聚合等技術(shù)進(jìn)一步提高上行能力。

從基站到核心網(wǎng)上需要傳送的工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)業(yè)務(wù)十分多樣，大、小顆粒很多。因此需要一個(gè)城域傳輸網(wǎng)（MTN），基于切片分組網(wǎng)（SPN）提供基站至核心網(wǎng)間多層次多顆粒度的傳送承載。例如在最底層用FlexE將MAC層速率適配到大數據包的交叉鏈接，使其擁有匹配業(yè)務(wù)信號與光網(wǎng)絡(luò )的能力，在其他層實(shí)現基于IPv6的靈活業(yè)務(wù)調度。以IPv6作為5G+工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)的網(wǎng)絡(luò )層協(xié)議，不僅地址豐富可認證溯源，而且可在IPv6擴展報頭上顯示業(yè)務(wù)對信道性能的需求，網(wǎng)絡(luò )據此可以針對性地安排路由。

工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)是企業(yè)數字化轉型的抓手，5G賦能工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)，成為高質(zhì)量發(fā)展的引擎。與此同時(shí)，工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)為5G開(kāi)拓了廣闊的應用空間，也對5G的持續創(chuàng )新提出更高要求。

中國工程院院士李培根：從三個(gè)視角看工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)的深化應用

無(wú)論從廣度還是深度上看，工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)在制造業(yè)的應用還有很大的發(fā)展空間。

一是從過(guò)程孿生角度看，目前很多應用還停留在淺層次，沒(méi)有實(shí)現物理過(guò)程的深層次應用。數字孿生、過(guò)程孿生，不只是針對產(chǎn)品，還針對使用者。比如汽車(chē)的數字孿生模型不只是汽車(chē)本身的，還包括使用情況，使用者什么時(shí)候踩的剎車(chē)、踩剎車(chē)時(shí)車(chē)是什么情況，這些數據實(shí)際上就是過(guò)程孿生數據。每輛車(chē)的運行過(guò)程都不一樣，其數字孿生模型都是獨特的。

制造業(yè)里有很多工藝過(guò)程，如果實(shí)現數字孿生，我們就能更好地控制過(guò)程。例如在船舶發(fā)動(dòng)機制造領(lǐng)域，焊接占日常生產(chǎn)工作的70%，通常情況下，焊接好的構件調到專(zhuān)門(mén)的質(zhì)檢車(chē)間后，如果發(fā)現深層次質(zhì)量問(wèn)題，與焊接行為本身已經(jīng)脫離了3~15天，很難知道原因是什么，因為過(guò)程不能溯源。而現在，在焊接過(guò)程中我們可以高頻采集工藝參數，進(jìn)行數據分析，實(shí)時(shí)控制焊接質(zhì)量，把本來(lái)是事后的質(zhì)量監測變成實(shí)時(shí)的在線(xiàn)監測和控制，對質(zhì)量控制意義重大。如果沒(méi)有數字孿生，如果不對焊接的過(guò)程有深入認識，我們就做不到這一點(diǎn)。

二是從低碳角度看，我國對世界承諾，力爭2030年前實(shí)現碳達峰，2060年前實(shí)現碳中和。但是，雙碳問(wèn)題不僅僅是節約能源的問(wèn)題，人類(lèi)生活的所有活動(dòng)都可能存在碳足跡，企業(yè)活動(dòng)的各個(gè)環(huán)節也存在碳足跡。以可樂(lè )為例，每生產(chǎn)一罐可樂(lè )，從原材料到生產(chǎn)銷(xiāo)售，一直到可樂(lè )罐子的回收都存在碳足跡，和碳排放密切相關(guān)。我們要降低碳排放，就要分析企業(yè)的碳足跡，如果沒(méi)有數字技術(shù)的支撐，我們很難做到這一點(diǎn)。工廠(chǎng)、車(chē)間節能是非常重要的，方方面面都要做到低碳，例如大型設備的包裝，有的是用木頭，原來(lái)是一次性使用，現在要考慮共享使用這些包裝，就一定要有數字化技術(shù)的支撐，先做到信息共享。

低碳還有一個(gè)重要方面，就是智能電網(wǎng)和新能源，包括太陽(yáng)能。很多企業(yè)考慮在廠(chǎng)房上建太陽(yáng)能設施，自己發(fā)電自己用，如果有多余的電還可以送出去。因此，能源互聯(lián)網(wǎng)開(kāi)始受到關(guān)注，能源互聯(lián)網(wǎng)平臺涉及5G、人工智能和區塊鏈等技術(shù)。

三是從數字化供應鏈角度看，制造企業(yè)對這個(gè)問(wèn)題的重視還很不夠。企業(yè)的競爭不僅僅是同行企業(yè)之間的競爭，更是供應鏈生態(tài)的競爭。在工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)時(shí)代，一個(gè)好的供應鏈系統、生態(tài)系統一定要有數字技術(shù)的支撐，其根本就是數據可視化。建立了數字化供應鏈之后，因為信息透明，哪怕是供應鏈的上游，也可以及時(shí)看到需求端的信息，這樣才能應對及時(shí)。對于企業(yè)而言，供應鏈里的采購是最基本的環(huán)節。企業(yè)都希望控制成本，但是絕大多數企業(yè)控制的是可見(jiàn)成本，如原材料成本、運輸成本等容易看到和感知到的成本。但是還有一些成本是隱性的，不容易感覺(jué)到甚至意識不到，比如說(shuō)時(shí)間成本、缺貨成本等。如果我們有數字化供應鏈，有足夠的信息和數據，就能夠更清楚地看到隱性成本，這樣就有利于企業(yè)爭取更多利潤。

中國工程院院士張平：5G成為工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)核心組成部分

5G成為工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)的核心組成部分，正在催生更多的需求和服務(wù)，5G在工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)領(lǐng)域的應用值得期待。

當前我國5G技術(shù)發(fā)展仍處于起步階段，業(yè)界要在打造低時(shí)延、高可靠、高安全的無(wú)線(xiàn)網(wǎng)絡(luò )方面繼續努力，同時(shí)還要探索良好的商業(yè)模式。目前，5G在柔性制造場(chǎng)景中得到了廣泛的應用，包括傳感器、機械臂、裝配車(chē)間等都得到了良好的推廣和應用，但是仍需進(jìn)一步推進(jìn)。

5G應用也面臨不少挑戰。過(guò)去，無(wú)線(xiàn)網(wǎng)絡(luò )主要做的是人與人之間的信息接收，而工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)時(shí)代，則是面向機器的自主感知，這兩者的差別是巨大的。

當前我國工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)的發(fā)展還存在較大發(fā)展空間。從網(wǎng)絡(luò )層面上看，無(wú)線(xiàn)感知和控制、通信仍是分離的。未來(lái)的工業(yè)應用場(chǎng)景，尤其是人工智能、自動(dòng)駕駛、區塊鏈、物聯(lián)網(wǎng)等技術(shù)的應用，對時(shí)間敏感提出了新的要求，需要云、邊、端的算力資源支撐計算密集型業(yè)務(wù)的實(shí)時(shí)高效處理。

工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)的信道建設也是應該關(guān)注的重點(diǎn)。工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)的建設要充分考慮工廠(chǎng)和普通環(huán)境的差異。工廠(chǎng)環(huán)境中往往布滿(mǎn)金屬反射體，機器會(huì )受電磁干擾，從而影響生產(chǎn)裝配。與此同時(shí)，信道本身的特點(diǎn)、穿透損耗增加、反射強度增加、電磁噪聲等也會(huì )給生產(chǎn)帶來(lái)影響。因此，業(yè)界要關(guān)注工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)的信道建設，尤其要關(guān)注路徑損耗、陰影衰落和參數。

傳統的滿(mǎn)足人與人之間通信需求的協(xié)議，不再適用于工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)的發(fā)展。傳統的通信協(xié)議主要是基于人與人之間的溝通場(chǎng)景，這種協(xié)議在機器時(shí)代是不適用的，業(yè)界需要變革協(xié)議方式。在這個(gè)過(guò)程中，尤其需要關(guān)注一些難點(diǎn)，比如傳統的架構層級是固化的，層級高、流程長(cháng)、核心網(wǎng)時(shí)延大等特點(diǎn)為改造帶來(lái)了很大的挑戰。同時(shí)感知、通信、控制各波段是分離的，今天面向工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)的建設需要，時(shí)序問(wèn)題需要重新考慮，要進(jìn)行有效的感知、排序。這需要變通我們的架構以及交互協(xié)議，需要傳感一體化的網(wǎng)絡(luò )，這是未來(lái)很好的方向。

對于未來(lái)的技術(shù)演進(jìn)，業(yè)界要合力打造“感-傳-算-用”一體化的無(wú)線(xiàn)網(wǎng)絡(luò )架構，以及可靈活配置、可信的交互協(xié)議，滿(mǎn)足工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)安全、可靠、確定時(shí)序的要求，讓5G和工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)更好地為各行各業(yè)的數字化轉型賦能。

（原文摘自《人民郵電報》，經(jīng)編輯加工整理）

摘自《自動(dòng)化博覽》2021年12月刊