想象這樣一個場景，你是一位尖端工程師，某天早上接到緊急通知，某跨國制造業(yè)企業(yè)工廠設備出現(xiàn)故障，需要你的協(xié)助檢測故障并進行維修。你驅車前往辦公地點，途中通過所在城市部署的C-V2X車聯(lián)網(wǎng)，利用邊緣計算等技術優(yōu)化路線，以最快速到達辦公地。到達后，和各國同事開始VR會議，并通過AI實時翻譯進行無障礙溝通。初步了解情況后，通過8k實時高清視頻，連線設備故障地點，利用熱成像等技術進行現(xiàn)場檢測，發(fā)現(xiàn)某一零部件損壞，需要更換。但工廠沒有該零部件庫存，于是利用無人機進行遠程調度，以最快速度將部件配送至工廠。零部件到達工廠后，你在辦公地通過數(shù)據(jù)可視等技術進行現(xiàn)場作業(yè)指導，引導工廠維護員把你的“維修決策”傳送至現(xiàn)場云端機器人“大腦”，結合機器人強大的云計算能力，通過柔性關節(jié)和云端大腦實現(xiàn)高精準操作，完成故障設備的維修。
這一切不是臆想，而是5G時代下，利用5G大帶寬、低時延高可靠、大規(guī)模連接的特性，實現(xiàn)的工業(yè)企業(yè)產(chǎn)品、用戶、協(xié)作方等全環(huán)節(jié)的廣泛互聯(lián)。5G作為萬物互聯(lián)的助推器，將顛覆現(xiàn)階段的工業(yè)生產(chǎn)方式，從而從根本上改變我們的生活方式，引領我們走向觸手可及的智能世界。
首先，我們來看， 制造業(yè)對5G技術有哪些需求。
在制造業(yè)生產(chǎn)要素利用效率方面，中國制造業(yè)增加值率相比美國、德國等發(fā)達國家還有不小差距；在制造業(yè)勞動生產(chǎn)率方面，中國制造業(yè)勞動生產(chǎn)率僅為美國的五分之一，工業(yè)企業(yè)需通過工業(yè)網(wǎng)絡降低成本、優(yōu)化生產(chǎn)工藝，實現(xiàn)降本增效；企業(yè)在研發(fā)環(huán)節(jié)利用新的技術，生產(chǎn)更智能化、多元化的產(chǎn)品；在售后服務環(huán)節(jié)對客戶提供實時數(shù)據(jù)監(jiān)測、分析、預測性維護等，既提升安全性，也為企業(yè)創(chuàng)造更多服務機會；隨著大規(guī)模定制化的模式日趨成熟，客戶的個性化定制需求日益顯現(xiàn)。
2035年5G對各行業(yè)支持產(chǎn)出
5G將讓ICT（信息與通信技術）與傳統(tǒng)行業(yè)真正實現(xiàn)深度融合，將網(wǎng)絡變得更加開放，為垂直行業(yè)應用創(chuàng)新提供綜合能力。
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(jù)統(tǒng)計，預計在2035年，5G對各個行業(yè)的支持產(chǎn)出中，制造業(yè)領域的支持產(chǎn)出遙遙領先，超過3000億元。
5G+制造業(yè)行業(yè)應用
5G三大應用場景三角關系圖
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(xiàn)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。
5G三大應用場景主要應用領域
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(xiàn)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(wǎng)絡支撐能力，結合私有云計算能力，連接設計、生產(chǎn)、服務、銷售各個環(huán)節(jié)，使大飛機生產(chǎn)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。
5G技術在具體生產(chǎn)環(huán)節(jié)的使用如下圖所示：
融合了5G的大飛機制造，將具備全機協(xié)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(chǎn)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(xié)同使用。
在4G網(wǎng)絡下，無人機的使用存在空中信號雜亂，基站下行干擾較大，低空覆蓋率低，對時延不敏感等問題，在一定程度上會影響識別無人機空中終端，從而影響無人機管控。
5G憑借大寬帶提供了更大的用戶下行容量，5G的大規(guī)模多天線 ,新頻譜等，能增強有用信號，減少無人機低空飛行頻道的干擾，提升無人機在空中的移動性和覆蓋。同時，網(wǎng)絡切片每個虛擬網(wǎng)絡之間是邏輯獨立的特性，使得一張5G網(wǎng)絡上能同時承載無人機不同應用，為無人機提供網(wǎng)絡整體解決方案。
5G+ 無人機整體解決方案
5G技術在無人機上的具體應用方法如下：
無人機行業(yè)快速發(fā)展，無人機與5G通信技術的緊密結合，將形成網(wǎng)聯(lián)無人機，帶給業(yè)界10倍以上的商業(yè)機會。5G以全新的網(wǎng)絡架構，提供10Gbps以上的帶寬、超低時延、大規(guī)模連接等特性，將賦予無人機實時高清視頻傳輸、遠程實時控制等重要能力。
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(xiàn)實多變工藝場景下的柔性生產(chǎn)需求。同時，操作精密度較高的工作需要大量數(shù)據(jù)和快速響應做支撐，傳統(tǒng)本地機器人不能互聯(lián)分享數(shù)據(jù)和整合信息，自主判斷能力受局限。
云端機器人可以借助5G大帶寬、低時延等特性，上傳分享所有機器人數(shù)據(jù)，結合機器視覺、聽覺等技術，形成云端控制“大腦”，從而能夠根據(jù)不同制造場景需求進行自主判斷和執(zhí)行。同時，云端信息的共享減低對本地機器人計算能力的要求，也減少機器人的開發(fā)成本和硬件能耗。
5G+云端機器人整體解決方案
具體實施辦法如下，在園區(qū)安防方面，利用5G網(wǎng)絡的大帶寬特性，結合AR等技術，搭載高清攝像頭，實現(xiàn)全景巡邏，同時進行快速的人員識別及周邊環(huán)境分析，協(xié)作工作人員進行遠程指揮并及時開展行動。
在工業(yè)協(xié)作方面，利用5G網(wǎng)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(xiàn)高精準操作，進行靈活抓取和移動。同時，基于海量數(shù)據(jù)和多動視覺傳感等，結合強大的云計算能力，實現(xiàn)自動化決策。
在智能服務方面，利用5G網(wǎng)絡的大帶寬特性，結合人工智能和自然交互技術。構建云端數(shù)據(jù)庫，并進行自動人臉識別，解決個性化問題。同時，依據(jù)云端數(shù)據(jù)共享，可快速同步其他機器人服務能力。
總之，5G云端機器人可以突破數(shù)據(jù)孤島約束，通過云端大腦處理復雜數(shù)據(jù)，并及時同步優(yōu)化關聯(lián)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(chǎn)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(xiàn)實與虛擬現(xiàn)實）也可以實現(xiàn)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(wǎng)絡的網(wǎng)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(wǎng)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。
具體在工業(yè)領域中，工廠生產(chǎn)、銷售、售后維護等各環(huán)節(jié)都開始聯(lián)網(wǎng)，利用5G網(wǎng)絡與企業(yè)ERP物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)對接，圍繞工業(yè)場景需求，構建日常巡檢、操作現(xiàn)場指引、遠程專家等業(yè)務。
5G+AR/VR工業(yè)遠程協(xié)助網(wǎng)絡架構
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(chǎn)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(jīng)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。
中國工業(yè)網(wǎng)絡應用場景氣泡圖
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(chǎn)設備信息化率和聯(lián)網(wǎng)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(chǎn)過程與各種業(yè)務管理系統(tǒng)網(wǎng)絡協(xié)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(chǎn)設備及產(chǎn)線很多還沒有完成數(shù)字化改造，在利用5G改造工業(yè)網(wǎng)絡之前需要完成裝備和生產(chǎn)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(chǎn)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(lián)網(wǎng)創(chuàng)新發(fā)展。
三是專網(wǎng)的不確定性問題。5G進入垂直行業(yè)市場，理論上專網(wǎng)優(yōu)于公網(wǎng)，但專網(wǎng)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(shù)。此外，專網(wǎng)設備供應商曾表示未來若想真正發(fā)展5G專網(wǎng)，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
制造業(yè)正面臨產(chǎn)業(yè)升級和轉型，5G可以加速機械制造行業(yè)的智能化水平，通過其低時延、高可靠的特性將促進無人機 、自動駕駛 、智能生產(chǎn)等領域的發(fā)展應用，而這些領域需要大量的系統(tǒng)規(guī)劃、應用開發(fā)和服務人才。
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(shù)字化改造亟需加強
5G與工業(yè)的融合應用首先受工業(yè)場景基礎設施的數(shù)字化水平制約。目前中國80%左右的企業(yè)仍然處在數(shù)字化轉型的探索階段，50%左右的企業(yè)在數(shù)字化轉型的過程當中面臨著信息化基礎設施不足的問題。目前工業(yè)企業(yè)在生產(chǎn)設備數(shù)字化率、關鍵工序數(shù)控化率均不到50%，而工業(yè)企業(yè)智能制造就緒率不足10%，這其中絕大多數(shù)為規(guī)模以上企業(yè)，全國設備數(shù)字化率和聯(lián)網(wǎng)率依舊有待提高。5G想在工業(yè)領域落地發(fā)展，亟需推進工業(yè)企業(yè)生產(chǎn)設備數(shù)字化改造。
4、產(chǎn)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(wǎng)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(chǎn)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(shù)字化轉型意識
只有提升企業(yè)數(shù)字化水平，才能更好地實現(xiàn)5G與工業(yè)的融合應用。數(shù)字化轉型不是簡單的機器換人，而是要形成工廠內生產(chǎn)要素的全面協(xié)同，打通企業(yè)內部的全數(shù)據(jù)鏈。當企業(yè)通過生產(chǎn)設備數(shù)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(shù)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(shù)字化特征融合，實現(xiàn)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(shù)據(jù)為資產(chǎn)，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(wǎng)絡，實現(xiàn)設備無線數(shù)據(jù)通信和大規(guī)模數(shù)據(jù)傳輸?shù)男乱淮S生產(chǎn)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(wǎng)絡）的結合應用，使5G網(wǎng)絡與TSN互通，滿足部分工業(yè)設備生產(chǎn)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(shù)據(jù)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(shù)據(jù)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(chǎn)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；二是針對制造業(yè)體系，建立研發(fā)、產(chǎn)品、服務等全方位的檢測認證評估體系。在產(chǎn)業(yè)政策引導方面，一是選取網(wǎng)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?shù)?G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。
