５Ｇ 環境下工業互聯網的創新應用研究

摘 要：基于我國經濟發展與制造業轉型升級的需要，相關部門高度重視 5G、工業互聯網等新型基礎設施建設。由于“5G十工業互聯網”創新應用能夠產生倍增效應，并為我國發展和推進“中國式現代化”建設創造有利條件，因此文章針對 5G 環境下工業互聯網的創新應用展開探討。通過分析互聯網聯合 5G 技術創新應用的價值，明確“5G十工業互聯網”的主要作用范圍，再通過分析“5G十工業互聯網”應用場景，明確主要應用方向與創新路徑。最后，結合目前“5G十工業互聯網”應用取得的成果，就如何進一步創新作出闡述。

關鍵詞：5G 時代：工業互聯網 ：創新應用

中圖法分類號：TP311文獻標識碼：A

１ 引言

２０２１ 年２ 月１８ 日，相關部門印發《工業互聯網創新發展行動計劃（２０２１?２０２３ 年）》，提出要進一步提高工業互聯網新型基礎設施建設數量與質量，助推產業綜合實力得到全面提升。同年７ 月，相關部門聯合印發《５Ｇ 應用“揚帆”行動計劃（２０２１?２０２３ 年）》，指出要在２０２３ 年實現我國５Ｇ 應用發展水平的顯著提升，基于ＩＴ，ＣＴ，ＯＴ 的深度融合打造新生態，從而保障重點領域５Ｇ 應用在深度和廣度兩個層面都實現實質性突破。不僅如此，相關部門還多次對５Ｇ、工業互聯網等新型基礎設施建設作出批示。在“中國式現代化”建設的戰略目標下，“５Ｇ＋工業互聯網”是保障行業產業活力與持續發展的重要基礎?；诖?，本文對５Ｇ 環境下工業互聯網的創新應用進行了深入探討。

２ 工業互聯網聯合５Ｇ 技術創新應用的價值

２．１ “５Ｇ＋工業互聯網” 是新型基礎設施的關鍵支撐

隨著我國各行業產業基于“中國式現代化”目標持續推進內部建設轉型升級，“５Ｇ＋工業互聯網”賦能行業產業創新發展，并拓展行業產業發展新空間，打造新業態、新模式，助推行業產業加快升級傳統基礎設施等應用價值，進一步凸顯出來［１］ ?！埃担牵I互聯網”成為新型基礎設施的關鍵與代表。隨著現代科技的不斷進步，目前我國工業互聯網已經成為新一代信息通信體系的主導，并且可以作用到實體經濟，促進其效益增長。尤其是工業互聯網匯集了移動通信、大數據、人工智能等領域的先進成果，基于“５Ｇ＋工業互聯網”推進新型基礎設施建設，可以充分滿足各領域革新基礎設施建設的多樣化需求。此外，“５Ｇ＋工業互聯網”可以實現在推進新一代信息網絡建造的同時，推動實體經濟高質量發展，從而達到雙向驅動的效果。

２．２ “５Ｇ＋工業互聯網” 為經濟社會發展增加動力

根據相關部門印發的《“十四五”數字經濟發展規劃》，指出目前相關行業產業的階段性目標與重點推進任務，主要圍繞以下幾個方面：其一，實現基礎設施的智能升級；其二，建設完備的工業互聯網基礎設施；其三，加快推動我國數字產業化；其四，完善５Ｇ、人工智能、工業互聯網等重點產業供應鏈體系。這４ 個項目的建設相互影響、相互促成、相互作用，保證了基礎設施實現全面有效的智能升級。這離不開“５Ｇ＋工業互聯網＋人工智能”等重點產業之間形成完整、完善的供鏈體系，而工業互聯網基礎設施的建設質量與規模，又會對供鏈體系和基礎設施智能升級產生較大影響，同時“５Ｇ＋工業互聯網”賦能我國數字產業有助于經濟效益增長。因此，“５Ｇ＋工業互聯網”可以作用于農業、服務業、數字產業等多個領域，以催生新業態，為經濟社會發展增加動力，還能進一步刺激市場釋放更多活力。

３ “５Ｇ＋工業互聯網”應用場景分析

３．１ 融合創新的產業主體

基于新型基礎設施的規劃與應用設計，從“５Ｇ＋工業互聯網”的供需方對其實際應用進行分析，發現制造業企業是主要需求方，供給側則由技術、平臺、應用３ 方面同時主導。一方面，制造業企業要實現對傳統基礎設施建設的智能化、數字化升級，還要保障生產、銷售、物流、售后服務等活動的正常推進與持續優化，這就需要“５Ｇ＋工業互聯網”的支撐，即技術、平臺、應用完全契合制造業企業的轉型需要。而“５Ｇ＋工業互聯網”集聚高速率、低延時、大連接、智能化、通信多樣化等特點和優勢［２］ ，是目前能夠實現構建新型基礎設施的關鍵。另一方面，“５Ｇ＋工業互聯網”在技術層面實現了移動通信運營商與設備商的業務銜接，為制造業企業提供了其生產、建設所需的網絡設備和重點產品；而在平臺層面，“５Ｇ＋工業互聯網”實現了系統集成商、平臺運營商、解決方案服務商功能的多效整合，可以為制造業企業提供滿足各項業務需求的“一攬子集成服務”；在應用層面，“５Ｇ＋工業互聯網”實現了軟件產品提供商、內容服務商之間的高效對接，可以為制造業企業提供多種產品和完備的信息服務系統。

３．２ 革新工業生產與管理

“５Ｇ＋工業互聯網”的典型應用場景主要分布在工業生產設備改造、工業生產全流程管理等層面?！埃担牵I互聯網”目前已經實現了ＡＩ 感知、遠程控制、預警分析、品質溯源等技術［３］ ，并且相應的應用場景已經基本構建完成，可以正式投入大規模生產中應用。其中，基于感知控制的“５Ｇ＋工業互聯網”應用場景，是基于新型信息通信網絡建設，在生產設備中融入傳感器、通信模組等，以監控生產過程，通過將感知到的生產設備信息數據經由５Ｇ 網絡通信傳輸至平臺控制版面，并基于大數據技術、云計算技術等演算、推導出合適的處理方案，然后由操作人員檢驗與下傳指令，對生產設備運行進行調整。在品質管理方面，企業生產制造借助“５Ｇ＋工業互聯網”，實現將工廠生產產品的全量數據高效傳輸至數據庫，以及時發現產品質量問題并完成問題溯源，從而提高故障問題定位精準度。

４ ５Ｇ 環境下工業互聯網的創新應用

４．１ “５Ｇ＋超高清視頻”

多地響應國家號召積極推進新型基礎設施建設，打造“５Ｇ＋超高清視頻”的產業基地，并加快打造超高清視頻產業鏈，促進技術升級和商業模式優化。目前，超高清視頻的突出成果有：春晚８Ｋ 直播、元宵“５Ｇ＋８Ｋ”煙花秀、裸眼３Ｄ 影片等。其不僅提升居民多樣化的生活體驗，而且有效提高居民生活質量，還實現了相關技術商業價值的顯著提升，為地方市場經濟迸發活力進行了科學催化?；凇埃担牵咔逡曨l”在目前階段的發展目標，地方產業需要重點把握“４Ｋ／８Ｋ＋”新業態的任務，打造具有區域特色和示范帶動效應的超高清視頻產業發展高地［４］ ?；诖?，四川省有關部門對相關企業單位提出，要靈活應用“百城千屏”活動創新超高清視頻產業發展，重點革新高清戶外大屏的建設，如裸眼３Ｄ 顯示屏投屏展覽等，保證對外（需求方）輸出優質內容，同時推進超高清視頻應用場景模式創新。對此，建議將民族傳統優秀文化同３Ｄ 建模、動畫演示、裸眼３Ｄ 影片進行有機結合，如利用年輕人喜愛的漢服文化，通過歷史探索等主題設計３Ｄ 仿真動畫，通過裸眼３Ｄ 影片進行戶外投屏展示，銜接地方文化旅游產業推出系列產品，從而拓寬打造“新業態”的活動渠道。

４．２ “５Ｇ＋ＡＲ ／ ＶＲ”

“５Ｇ＋ＡＲ”“５Ｇ＋ＶＲ”的技術成果也十分多，目前比較亮眼的前沿技術成果代表為杭州靈伴科技設計的一體式工業ＡＲ 頭環Ｘ?Ｃｒａｆｔ。這款ＡＲ 智能設備同時配備了“語音＋手勢交互” “北斗／ ＧＰＳ 雙模定位”“５Ｇ 通信模組”“本安一區防爆”等技術，并且設計了ＩＰ６６ 級別的防塵防水及防摔功能，可謂是一個小型的多功能智能化平臺，其中融入了ＡＩ 和ＡＲ 等新科技，有效地提升了人員生產力水平。該設備的產出與應用為電力行業作業提供了多重保障，也助力其他領域的技術人員發散思維創新多種產品設計。因此，建議制造業企業基于客戶需求，以具備實質性，以及契合多元需求的創新產品豐富客戶的選擇，才能保證其內部基礎設施建設革新與生產活動經濟效益增長實現“兩手抓”。例如，南昌市可以利用好自身ＡＲ／ ＶＲ 科技基地的優勢，推進“ＶＲ·未來”產品革新，基于“５Ｇ＋ＡＲ／ ＶＲ”突出ＡＩ 互動設計，利用人工智能技術進行多樣化的人機互動，并搭載面向居民生活的創新型產品，由ＡＩ 主導為受眾帶來契合其個性化需求的生活體驗。比如，將“５Ｇ＋ＡＲ／ ＶＲ＋ＡＩ”銜接新能源汽車產品創新設計，通過用戶在ＶＲ 場景中的體驗，利用ＡＩ進行全方位的數據信息收集，然后依據相關數據創新新能源汽車產品及其功能。

４．３ “５Ｇ＋無人機”

“５Ｇ＋無人機”的應用研發也是矚目熱點，如“５Ｇ＋低軌衛星以及５Ｇ＋高空無人機項目”，成功研制了低軌衛星信關站、機載基站、地面站等設備原型樣機，還有“全自主５Ｇ 網聯無人機（機巢）”項目，賦能城市綜合管理。其中，“全自主５Ｇ 網聯無人機（機巢）”產品有助于解決城市管理、環境巡查、應急救援、文物保護等無間隙巡查值守問題，不僅能夠最大限度節省成本，還能有效降低巡檢、救援搜索等工作的難度與強度，保證了城市綜合管理工作的效率與質量?！叭灾鳎担?網聯無人機（機巢）”具有精準起降、數據交換存儲等特性［５］ ，以其文物保護功能為例，建議加強無人機拍攝技術，將超高清視頻技術與之進行有機結合，進一步提升對文物貼近拍照和攝影測量的功能效果，同時融入熱成像、紅外掃描儀等技術，對實景環境進行監控與因素分析，盡量做到全方面透視測繪。后臺連接ＡＩ 控制，基于傳輸回來的信息技術與圖片攝影，進行物品自動化生成與多維度３Ｄ 展示，并分析列舉成分，從而有利于文物保護工作人員深入了解文物的完整程度，并對已經受到破壞的文物進行數字化存檔和制定詳細、科學的挖掘計劃。

４．４ “５Ｇ＋遠程控制”

“５Ｇ＋遠程控制”的應用主要集中在全自動化生產管理等方面，具體應用場景包括各類礦產開發、鋼鐵材料生產、帶電作業等。目前，前沿的技術成果與應用模式有：國網青島供電公司研發的“５Ｇ＋帶電作業機器人”遠程控制系統；“５Ｇ＋ＡＲ”遠程輔助下，實現天車、加渣機械臂的遠程設備精準操控；５Ｇ 煤礦井下網絡，對爆破全過程的高清監測與控制。

“５Ｇ＋遠程控制”的應用設計常常會與ＡＩ 技術、ＡＲ 技術、ＶＲ 技術、機器視覺等進行聯合，通過疊加各類技術的功能效果來保障安全作業、高效作業和精準作業?；谀壳耙延谐晒?，建議考慮優化基于“５Ｇ＋ＡＩ＋遠程控制”的醫學機器人設計，面向臨床一些常見的但操作要求較高的微創手術等，由醫學機器人主刀，醫護人員輔助操作與現場監管，并安排專員對每場手術進行控制平臺監測，以確保手術過程的科學順利。這不僅能夠進一步保障臨床手術的成功率與工作質量，以及實現高精度的手術操作，還能進一步提高醫護人員資源利用率，這一點主要體現在可以將一場手術的醫護人員進行合理縮減，提高手術室排班率，確保每一位病患都能得到及時的科學治療。與此同時，也可以將“５Ｇ＋ＡＩ＋遠程控制”引進醫院消毒供應中心，讓更多醫護人員保留在臨床一線工作，在減少消毒供應中心的人力資源消耗的同時，還能依托客觀數據完善消毒供應工作。

４．５ “５Ｇ＋云化ＡＧＶ”

目前，大型物流倉儲企業已經在其工廠內引入ＡＧＶ，以代替傳統的人工配送材料和成品分揀作業。但由于現階段ＡＧＶ 調度還是依托于Ｗｉ?Ｆｉ 通信方式實現運行，而Ｗｉ?Ｆｉ 通信基于自身特性存在易干擾、切換和覆蓋能力不足的問題，因此在一定程度上限制了ＡＧＶ 的更高效運行［６］ 。對此，廣和通公司基于５Ｇ 模組賦能云化ＡＧＶ 革新了應用模式，不僅實現了對物流各個環節、環境更加高效、直觀、準確的數據獲取，還依托物流運輸、商品裝撿等工作收集到的數據，進一步優化了用戶端、管理端以及作業端的銜接工作。除此之外，該模式下還能充分利用５Ｇ 高并發特性，做到在同一工段、同一時間點開展更多的ＡＧＶ 進行協同作業。但是，“５Ｇ＋云化ＡＧＶ”仍然面臨“應用受限于與設備深度融合需求”的問題。因此，建議加快推進“５Ｇ＋云化ＡＧＶ”應用產業生態建設，建立制造業、運營商、設備商跨部門協作機制，從而破除行業壁壘，引導產業鏈各方深入合作，推動制造業５Ｇ 應用標準的開發制定，為產業發展提供保障服務。

５ 結束語

５Ｇ 環境下工業互聯網的創新應用，是順應時代發展和契合市場需求的必然結果。當前，基于“５Ｇ＋工業互聯網”推進新型基礎設施建設， 加快打造新業態，全面提升制造業生產質量，是激發社會經濟活力，推進我國“中國式現代化”建設的重要基礎，也是保障制造業企業轉型升級，實現經濟效益增長的中心支撐。因此，各行業產業要積極創新“５Ｇ＋工業互聯網”應用，實現“５Ｇ＋工業互聯網”賦能企業發展、行業建設。

參考文獻：

［１］ 朱海濤．徐工集團５Ｇ＋工業互聯網創新應用建設組網解決方案研究［Ｊ］．江蘇通信，２０２１，３７（１）：６８?７３．

［２］ 祝思雨．５Ｇ＋８Ｋ：戰略標本催生超高清創新應用［Ｊ］．互聯網經濟，２０２０，（１２）：７２?７５．

［３］ 山東移動攜手卡奧斯共建５Ｇ＋工業互聯網示范區［Ｊ］．智能城市，２０２０，６（１４）：１０５．

［４］ 郭兆暉．５Ｇ 時代的工業互聯網創新應用［Ｊ］．互聯網經濟，２０２０，（７）：４６?４９．

［５］ 本刊編輯部．５Ｇ＋工業互聯網：智造“乘數效應”［Ｊ］．產城，２０２０，（１）：１８?１９．

［６］ 鄔賀銓，肖正強，鄒慧，等．加快５Ｇ 時代江西信息產業融合發展的建議［Ｊ］．江西科學，２０２０，３８（１）：１?６．

作者簡介：

歐陽波（１９８９—），本科，工程師，研究方向：信息技術。