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編者按：

當前，信息通信技術與制造業深度交叉、耦合共生勢不可擋，工業互聯網已經成為推動新一代信息技術與制造業相融相長的關鍵力量，是深化供給側結構性改革、推動實體經濟做大做強做優的重要引擎，是釋放數據要素價值、促進數字經濟浪潮中數字產業化和產業數字化長足發展的有力抓手。近年來，政、產、學、研、用各方在技術發展創新、融合應用普及、產業生態培育等方面積極探索，推動我國工業互聯網取得一系列階段性成果。

5G作為新一代信息通信技術領域的基礎性、引領性技術，將全面構筑數字基礎設施，打通信息流動渠道，成為經濟社會轉型發展新引擎。而5G對社會的最大變革就體現在對各個垂直行業賦能的行業級應用，尤其是5G+工業互聯網對制造業的賦能，將成為我國經濟高質量發展的重要驅動力。

本期《自動化博覽》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與工業互聯網融合發展、創新應用的精彩觀點，以饗讀者。

中國工程院院士鄔賀銓：5G面向工業互聯網的創新與賦能

工業互聯網從企業聯網、門戶網站等形式，逐步發展出園區聯網、機器聯網、產品聯網等新形態。目前我國工業互聯網進入攻堅期，需要從5G企業網入手，從標準起步、底層出發，向深度發展，體系化推進，開創工業互聯網發展新格局。

5G的廣覆蓋、大帶寬、低時延、高可靠性等特質適于在工業互聯網應用。例如其大帶寬、低時延的特點，可以使物聯網所感知的數據能夠在第一時間傳送上云進行分析，并第一時間反饋、執行。5G促成新一代信息技術無縫融合，打造了數據從采集、傳輸、處理、分析到決策的全過程，發揮數據作為生產要素的作用，支撐工業互聯網發展。

在5G工業模組方面，目前5G在企業的應用多為IoT類的機器視覺和遠程控制，場景大多分散孤立，在有PLC等工控設備的制造業現場，5G的應用被邊緣化。受限于PLC標準碎片化，協議欠開放，因此尚未真正在主生產流程發揮核心作用。

5G工業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、智聯網、區塊鏈、IPv6、TSN等技術及安全功能，成為新型工業網關。如果有必要，還可以增加光接口，兼具工業PON網關作用。5G新型工業網關不僅提供現場級功能，還可含過程控制與生產管理級、網絡與業務應用級功能，推動工廠內網向扁平化、IP化、智能化發展，實現IT與OT的無縫融合。

5G能適應工業互聯網的需要，但是工業互聯網也會給5G提出新要求。在消費端，5G的大帶寬體現在從網絡到用戶的下行階段；而在企業網則恰恰相反，由終端上行到網絡的方向對大帶寬有著緊迫需求，這就需要我們克服技術難題，利用諸如載波聚合等技術進一步提高上行能力。

從基站到核心網上需要傳送的工業互聯網業務十分多樣，大、小顆粒很多。因此需要一個城域傳輸網（MTN），基于切片分組網（SPN）提供基站至核心網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，使其擁有匹配業務信號與光網絡的能力，在其他層實現基于IPv6的靈活業務調度。以IPv6作為5G+工業互聯網的網絡層協議，不僅地址豐富可認證溯源，而且可在IPv6擴展報頭上顯示業務對信道性能的需求，網絡據此可以針對性地安排路由。

工業互聯網是企業數字化轉型的抓手，5G賦能工業互聯網，成為高質量發展的引擎。與此同時，工業互聯網為5G開拓了廣闊的應用空間，也對5G的持續創新提出更高要求。

中國工程院院士李培根：從三個視角看工業互聯網的深化應用

無論從廣度還是深度上看，工業互聯網在制造業的應用還有很大的發展空間。

一是從過程孿生角度看，目前很多應用還停留在淺層次，沒有實現物理過程的深層次應用。數字孿生、過程孿生，不只是針對產品，還針對使用者。比如汽車的數字孿生模型不只是汽車本身的，還包括使用情況，使用者什么時候踩的剎車、踩剎車時車是什么情況，這些數據實際上就是過程孿生數據。每輛車的運行過程都不一樣，其數字孿生模型都是獨特的。

制造業里有很多工藝過程，如果實現數字孿生，我們就能更好地控制過程。例如在船舶發動機制造領域，焊接占日常生產工作的70%，通常情況下，焊接好的構件調到專門的質檢車間后，如果發現深層次質量問題，與焊接行為本身已經脫離了3~15天，很難知道原因是什么，因為過程不能溯源。而現在，在焊接過程中我們可以高頻采集工藝參數，進行數據分析，實時控制焊接質量，把本來是事后的質量監測變成實時的在線監測和控制，對質量控制意義重大。如果沒有數字孿生，如果不對焊接的過程有深入認識，我們就做不到這一點。

二是從低碳角度看，我國對世界承諾，力爭2030年前實現碳達峰，2060年前實現碳中和。但是，雙碳問題不僅僅是節約能源的問題，人類生活的所有活動都可能存在碳足跡，企業活動的各個環節也存在碳足跡。以可樂為例，每生產一罐可樂，從原材料到生產銷售，一直到可樂罐子的回收都存在碳足跡，和碳排放密切相關。我們要降低碳排放，就要分析企業的碳足跡，如果沒有數字技術的支撐，我們很難做到這一點。工廠、車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的支撐，先做到信息共享。

低碳還有一個重要方面，就是智能電網和新能源，包括太陽能。很多企業考慮在廠房上建太陽能設施，自己發電自己用，如果有多余的電還可以送出去。因此，能源互聯網開始受到關注，能源互聯網平臺涉及5G、人工智能和區塊鏈等技術。

三是從數字化供應鏈角度看，制造企業對這個問題的重視還很不夠。企業的競爭不僅僅是同行企業之間的競爭，更是供應鏈生態的競爭。在工業互聯網時代，一個好的供應鏈系統、生態系統一定要有數字技術的支撐，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，也可以及時看到需求端的信息，這樣才能應對及時。對于企業而言，供應鏈里的采購是最基本的環節。企業都希望控制成本，但是絕大多數企業控制的是可見成本，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，不容易感覺到甚至意識不到，比如說時間成本、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，這樣就有利于企業爭取更多利潤。

中國工程院院士張平：5G成為工業互聯網核心組成部分

5G成為工業互聯網的核心組成部分，正在催生更多的需求和服務，5G在工業互聯網領域的應用值得期待。

當前我國5G技術發展仍處于起步階段，業界要在打造低時延、高可靠、高安全的無線網絡方面繼續努力，同時還要探索良好的商業模式。目前，5G在柔性制造場景中得到了廣泛的應用，包括傳感器、機械臂、裝配車間等都得到了良好的推廣和應用，但是仍需進一步推進。

5G應用也面臨不少挑戰。過去，無線網絡主要做的是人與人之間的信息接收，而工業互聯網時代，則是面向機器的自主感知，這兩者的差別是巨大的。

當前我國工業互聯網的發展還存在較大發展空間。從網絡層面上看，無線感知和控制、通信仍是分離的。未來的工業應用場景，尤其是人工智能、自動駕駛、區塊鏈、物聯網等技術的應用，對時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務的實時高效處理。

工業互聯網的信道建設也是應該關注的重點。工業互聯網的建設要充分考慮工廠和普通環境的差異。工廠環境中往往布滿金屬反射體，機器會受電磁干擾，從而影響生產裝配。與此同時，信道本身的特點、穿透損耗增加、反射強度增加、電磁噪聲等也會給生產帶來影響。因此，業界要關注工業互聯網的信道建設，尤其要關注路徑損耗、陰影衰落和參數。

傳統的滿足人與人之間通信需求的協議，不再適用于工業互聯網的發展。傳統的通信協議主要是基于人與人之間的溝通場景，這種協議在機器時代是不適用的，業界需要變革協議方式。在這個過程中，尤其需要關注一些難點，比如傳統的架構層級是固化的，層級高、流程長、核心網時延大等特點為改造帶來了很大的挑戰。同時感知、通信、控制各波段是分離的，今天面向工業互聯網的建設需要，時序問題需要重新考慮，要進行有效的感知、排序。這需要變通我們的架構以及交互協議，需要傳感一體化的網絡，這是未來很好的方向。

對于未來的技術演進，業界要合力打造“感-傳-算-用”一體化的無線網絡架構，以及可靈活配置、可信的交互協議，滿足工業互聯網安全、可靠、確定時序的要求，讓5G和工業互聯網更好地為各行各業的數字化轉型賦能。

（原文摘自《人民郵電報》，經編輯加工整理）

摘自《自動化博覽》2021年12月刊