肖芳晏

遼寧郵電規(guī)劃設(shè)計(jì)院有限公司，遼寧沈陽，110179

0 引言

第五代移動(dòng)通信技術(shù)（5th Generation Mobile Communication Technology，以下簡稱5G通信技術(shù)）憑借高寬帶、低時(shí)延、大連接的功能特征，逐漸與各行各業(yè)以及不同專業(yè)領(lǐng)域深度融合，它的應(yīng)用范圍非常廣闊，與以往技術(shù)相比也應(yīng)用功能更加強(qiáng)大。5G通信技術(shù)的應(yīng)用，將人與人之間的連接，延伸到人與物以及物與物之間，可謂達(dá)到了萬物互聯(lián)的程度。在5G通信技術(shù)的眾多應(yīng)用中，工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)是其中最關(guān)鍵的應(yīng)用場景，因?yàn)檫@是下一次工業(yè)革命的主要根基。自1979年之后，我國第二產(chǎn)業(yè)產(chǎn)值的權(quán)重不斷攀升，生產(chǎn)制造業(yè)的規(guī)模持續(xù)擴(kuò)增。但人工成本在逐漸增加，勞動(dòng)年齡人口逐漸下降，傳統(tǒng)的以“勞動(dòng)力多、勞動(dòng)工具簡單、勞動(dòng)投資低廉”制勝的勞動(dòng)密集型加工方式，正在向著“種類豐富、產(chǎn)量適中、以需求為導(dǎo)向”的加工方式轉(zhuǎn)變[1]。在不久的將來，生產(chǎn)制造業(yè)的核心將會(huì)是以需求為導(dǎo)向的生產(chǎn)模式，而優(yōu)秀的工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)發(fā)展環(huán)境是柔性化生產(chǎn)的根基。

1 工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)的特征

工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)是第四次工業(yè)革命的根基，它不是互聯(lián)網(wǎng)在工業(yè)領(lǐng)域的直接應(yīng)用，而是有著極其豐富的內(nèi)涵與擴(kuò)展。網(wǎng)絡(luò)是指工業(yè)中萬物的連接，而智能建立在數(shù)據(jù)化、自動(dòng)化的基礎(chǔ)之上。隨著大數(shù)據(jù)、云計(jì)算以及物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的大范圍應(yīng)用，直接革新了工業(yè)制造系統(tǒng)的架構(gòu)，并且在建立新的工業(yè)數(shù)據(jù)平臺(tái)的同時(shí)，持續(xù)革新了社會(huì)對(duì)工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)的理解。工業(yè)數(shù)據(jù)平臺(tái)能夠迅速將零落的工業(yè)大數(shù)據(jù)整合起來，然后經(jīng)過分類應(yīng)用與精細(xì)化管理，使得工業(yè)制造的智能化層次不斷深化，應(yīng)用范圍不斷增加。大數(shù)據(jù)與云計(jì)算在工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)中的應(yīng)用，為用戶導(dǎo)向的產(chǎn)品生產(chǎn)、智慧設(shè)計(jì)以及以狀態(tài)為依據(jù)的維護(hù)打下了堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。

萬物互聯(lián)與智慧互聯(lián)是工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)的標(biāo)簽，萬物互聯(lián)的基礎(chǔ)是信息數(shù)據(jù)的有效傳遞，而智慧互聯(lián)則是使工業(yè)生產(chǎn)過程更加智能化。在互聯(lián)過程中，信息傳輸速率起著至關(guān)重要的作用，依賴于智能處理和成型控制，這也意味著現(xiàn)階段工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用僅局限于工業(yè)方向上。在未來的一段時(shí)間內(nèi)，必須致力于將工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)的應(yīng)用擴(kuò)展到全行業(yè)之中，并使工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)變成通信鏈中不可缺少的環(huán)節(jié)，實(shí)現(xiàn)應(yīng)用電子商務(wù)系統(tǒng)以及數(shù)字網(wǎng)絡(luò)與消費(fèi)者完成溝通。工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)能實(shí)現(xiàn)高品質(zhì)、高效率以及高收益的小批量生產(chǎn)亦或者是單獨(dú)制造需求，做到按照客戶需求特別定制[2]。因此為了使制造業(yè)盡快滿足市場多樣化、個(gè)性化的需求，應(yīng)該盡快將工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)的應(yīng)用擴(kuò)展到全行業(yè)之中。

2 5G通信技術(shù)對(duì)工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)的影響

5G通信技術(shù)是新一代寬帶移動(dòng)通信技術(shù)，是實(shí)現(xiàn)人機(jī)物互聯(lián)的網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)設(shè)施，是最新一代的蜂窩移動(dòng)通信技術(shù)，也是繼第四代移動(dòng)信息系統(tǒng)（LTE-A、WiMax）、第三代移動(dòng)通信技術(shù)（UMTS、LTE）和第二代手機(jī)通信技術(shù)（GSM）之后的升級(jí)。5G通信技術(shù)的性能目標(biāo)是獲得高速寬帶、實(shí)現(xiàn)超高可靠低時(shí)延通信以及超強(qiáng)連接。5G通信技術(shù)的深入探索與商用，將會(huì)逐漸影響工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)的發(fā)展。第五代移動(dòng)通信智能終端的發(fā)明，對(duì)工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用帶來了重要改變。第五代移動(dòng)通信智能的處理器運(yùn)算能力十分突出，存儲(chǔ)容量巨大，操作系統(tǒng)流暢，而且智能終端的軟件以及硬件都具有較高的標(biāo)準(zhǔn)化。在第五代移動(dòng)通信網(wǎng)絡(luò)下，工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)的遠(yuǎn)程服務(wù)可以通過大數(shù)據(jù)技術(shù)以及云計(jì)算技術(shù)的智能終端來提供支撐，這項(xiàng)技術(shù)能夠使客戶不受時(shí)間地點(diǎn)的限制，按照需求管控工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)的運(yùn)行流程，實(shí)時(shí)了解機(jī)械設(shè)備的運(yùn)行狀況，與此同時(shí)，還能夠?yàn)榭蛻舻膫€(gè)性化需求提供創(chuàng)意支撐。下面列舉兩項(xiàng)影響較大的領(lǐng)域。

（1）5G環(huán)境下的工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)，能夠推進(jìn)企業(yè)數(shù)字化革新。在革新過程中，制造業(yè)企業(yè)應(yīng)該深入開發(fā)制造過程中的數(shù)據(jù)價(jià)值。企業(yè)在這個(gè)進(jìn)程中應(yīng)該具有挖掘與分析數(shù)據(jù)、各種數(shù)據(jù)關(guān)聯(lián)性的識(shí)別以及深挖數(shù)據(jù)價(jià)值的能力，而應(yīng)用大數(shù)據(jù)技術(shù)可以切實(shí)滿足這些需求。然而現(xiàn)階段，部分企業(yè)的互聯(lián)網(wǎng)操作系統(tǒng)不連貫，其數(shù)據(jù)存在孤島問題導(dǎo)致流通困難，而5G通信技術(shù)與工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)的產(chǎn)生以及融合，能夠及時(shí)解決數(shù)據(jù)孤島的問題。隨著工廠的設(shè)備以及傳感器、數(shù)據(jù)交互量級(jí)的持續(xù)增多，具備高帶寬以及超高可靠低時(shí)延等特點(diǎn)的5G通信技術(shù)可以在邊緣計(jì)算、實(shí)時(shí)傳輸與數(shù)據(jù)采集等方面發(fā)揮較大作用，而且能夠通過工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)平臺(tái)，完成生產(chǎn)制造工廠與用戶以及材料供應(yīng)商等的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)交流[3]。

（2）基于5G環(huán)境下的工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)促進(jìn)制造企業(yè)聚焦用戶需求生產(chǎn)變革，實(shí)現(xiàn)以用戶需求為導(dǎo)向的生產(chǎn)方式的核心條件是建設(shè)快速自組織生產(chǎn)線?，F(xiàn)階段，有些生產(chǎn)工廠，設(shè)備之間以及設(shè)備與系統(tǒng)間大多采用硬連接的方式，而硬連接有著移動(dòng)不便、不方便整理、存在安全隱患等弊端。如果將硬連接改為使用無線網(wǎng)連接，不但可以隨意移動(dòng)、無線路纏繞的麻煩，而且還能夠降低安全隱患，所以應(yīng)用基于5G環(huán)境下的工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)在提升生產(chǎn)組織及生產(chǎn)成效方面優(yōu)勢顯著。無線網(wǎng)絡(luò)承載工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)，在滿足隨意移動(dòng)以及轉(zhuǎn)動(dòng)的條件下，還能夠隨著要求的改變而重新部署生產(chǎn)線，而無線網(wǎng)不必重新接線也大大減少了支出。在無線網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的選取上，商用的傳統(tǒng)無線網(wǎng)因?yàn)橥卣剐阅懿?、網(wǎng)速慢、抗干擾能力不強(qiáng)等弊端，在工業(yè)領(lǐng)域的利用率只有3.89%，其他的無線連接方式的利用率則更低。而5G通信技術(shù)具有的高速寬帶、超高可靠低時(shí)延通信、超強(qiáng)連接等優(yōu)點(diǎn)，剛好能夠滿足工業(yè)生產(chǎn)的需要，能夠符合用戶需求導(dǎo)向的生產(chǎn)[4]。

從上述內(nèi)容可以得知，基于5G環(huán)境下的工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)搭建了全方位信息生態(tài)系統(tǒng)，該系統(tǒng)能夠聯(lián)系生產(chǎn)的全部流程，做到了不受時(shí)間、地點(diǎn)等因素的限制，時(shí)刻可以進(jìn)行信息交互，而且基于5G通信技術(shù)環(huán)境下的工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)可以使任何差異化特征的業(yè)務(wù)都得到滿足。5G通信技術(shù)與工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)的有機(jī)融合，可以加快傳統(tǒng)制造業(yè)轉(zhuǎn)變?yōu)橐杂脩粜枨鬄閷?dǎo)向的個(gè)性化定制的速度。該技術(shù)的應(yīng)用，也是促進(jìn)工業(yè)快速發(fā)展的核心因素，能夠助力中國制造轉(zhuǎn)變?yōu)橹袊鴦?chuàng)造，使中國引領(lǐng)下一個(gè)時(shí)代的制造業(yè)，成為真正的制造強(qiáng)國。

3 5G通信技術(shù)在工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)領(lǐng)域取得的成效

5G通信技術(shù)的海量機(jī)器類通信、增強(qiáng)移動(dòng)寬帶以及超高可靠低時(shí)延通信等優(yōu)勢，與智能制造中的眾多場景，比如增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)、虛擬和現(xiàn)實(shí)相互結(jié)合的技術(shù)類型、工業(yè)視覺等，聯(lián)系緊密。5G通信技術(shù)特有的按需組網(wǎng)方式可以使硬件介質(zhì)連接成的網(wǎng)絡(luò)分離成許多端到端的虛擬網(wǎng)絡(luò)，大幅度提升了互聯(lián)網(wǎng)的利用率。

3.1 基于5G通信技術(shù)的智慧工廠

現(xiàn)階段，有些企業(yè)已經(jīng)在工廠內(nèi)完成第五代移動(dòng)通信網(wǎng)絡(luò)覆蓋以及邊緣計(jì)算技術(shù)的布置，實(shí)現(xiàn)了生產(chǎn)車間的完全貫通，以及增強(qiáng)了現(xiàn)實(shí)遠(yuǎn)程巡檢、生產(chǎn)材料應(yīng)用全過程管控等，達(dá)到了5G通信技術(shù)在工業(yè)場景的深層次應(yīng)用?；?G通信技術(shù)環(huán)境下的智慧工廠，大大降低了生產(chǎn)線的人工介入，減少了不可控的因素。最關(guān)鍵的是應(yīng)用信息化先進(jìn)手段，徹底完成了全流程的資源整合，極大地保證了產(chǎn)品質(zhì)量，提升了生產(chǎn)效率。

3.2 基于5G通信技術(shù)的智慧港口

5G通信技術(shù)的核心特征與港口的業(yè)務(wù)需求也十分相符，這項(xiàng)技術(shù)應(yīng)用在港口的生產(chǎn)控制中，能夠遠(yuǎn)程操控設(shè)備，使得岸橋吊執(zhí)行集裝箱的吊裝命令，并實(shí)現(xiàn)智能化運(yùn)輸，操作延時(shí)降低到了毫秒級(jí)，完全符合工控標(biāo)準(zhǔn)，又能實(shí)現(xiàn)港口無死角視頻實(shí)時(shí)傳輸需求，使得港口自動(dòng)化成為可能。有5G通信技術(shù)作支撐的智慧港口，港口中自動(dòng)駕駛的運(yùn)輸車能夠應(yīng)用實(shí)時(shí)視頻監(jiān)控、遠(yuǎn)程遙控駕駛、路況與車況協(xié)調(diào)等功能，在各個(gè)倉庫中通過GPS、北斗衛(wèi)星等先進(jìn)定位手段，完成精準(zhǔn)送貨、取貨以及精準(zhǔn)?？康葎?dòng)作。與此同時(shí)，智慧港口能夠使用5G通信技術(shù)將港口實(shí)施情況、資源調(diào)配等眾多信息回傳移動(dòng)電子商務(wù)終端以及港口云，從而應(yīng)用本地化物聯(lián)網(wǎng)完成監(jiān)管工作。5G通信技術(shù)與港口實(shí)際業(yè)務(wù)應(yīng)用融合，對(duì)降低港口安全風(fēng)險(xiǎn)、實(shí)現(xiàn)智能升級(jí)改造、實(shí)現(xiàn)運(yùn)輸全過程管理大有裨益[5]。

3.3 基于5G的工業(yè)增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)/虛擬和現(xiàn)實(shí)相互結(jié)合

工業(yè)增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)/虛擬和現(xiàn)實(shí)相互結(jié)合能夠在生產(chǎn)流程與監(jiān)控流程、生產(chǎn)任務(wù)分步指引以及可視化作業(yè)/運(yùn)維及遠(yuǎn)程協(xié)助等場景應(yīng)用。增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)/虛擬和現(xiàn)實(shí)相互結(jié)合的應(yīng)用對(duì)于網(wǎng)絡(luò)的要求非常苛刻：通常增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)/虛擬和現(xiàn)實(shí)相互結(jié)合設(shè)備對(duì)靈活性要求很高，所以要求將處理功能轉(zhuǎn)移權(quán)限到云端，而增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)設(shè)備功能只有顯示與連接，增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)設(shè)備和云端要通過網(wǎng)絡(luò)相連，并利用網(wǎng)絡(luò)抓取實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)流。比如增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)眼鏡的顯示內(nèi)容要與運(yùn)動(dòng)狀態(tài)一致，不然會(huì)導(dǎo)致失步等問題，所以要求增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)反饋的時(shí)間不能大于19.89ms，這就要求數(shù)據(jù)傳輸全過程的總體時(shí)間不能大于19.89ms，不算屏幕刷新以及云端數(shù)據(jù)處理的耗時(shí)，要求無線網(wǎng)絡(luò)的往返時(shí)間不大于9.9ms才可以達(dá)到標(biāo)準(zhǔn)，這種高要求現(xiàn)階段只有應(yīng)用5G通信技術(shù)才能達(dá)到[6]。

4 基于5G通信技術(shù)的工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用

無線通信傳感器等在工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)領(lǐng)域的應(yīng)用，為監(jiān)視與收集工業(yè)生產(chǎn)全流程的數(shù)據(jù)提供了便利，比如設(shè)備參數(shù)、材料配比、進(jìn)展流程、環(huán)境情況以及人員等。在工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)的不斷推進(jìn)的進(jìn)程中，每一個(gè)環(huán)節(jié)都應(yīng)該科學(xué)、合理、嚴(yán)謹(jǐn)，無論多么細(xì)小的瑕疵都能夠引發(fā)大問題，所以要應(yīng)用低時(shí)延的5G通信技術(shù)，將數(shù)以萬計(jì)的傳感器連接起來，以便能夠提升生產(chǎn)過程的精確度。通過5G連通的數(shù)以萬計(jì)的傳感器組成了觸覺，視覺，聲學(xué)等功能，為工業(yè)生產(chǎn)全流程賦智、賦能，達(dá)到能夠掌握工業(yè)生產(chǎn)全流程信息、監(jiān)控生產(chǎn)全流程的質(zhì)量、保證產(chǎn)品“零瑕疵”出廠的目標(biāo)。在5G通信環(huán)境下，機(jī)器人應(yīng)用的領(lǐng)域及范圍越來越廣泛，利用5G通信網(wǎng)絡(luò)，機(jī)器人能夠迅速完成接收的指令，但完成指令的前提是配置足夠數(shù)量的傳感器，比如阿爾法機(jī)器狗，它要求配置180個(gè)視頻攝像頭和1199個(gè)CPU才可以完成實(shí)時(shí)指令。以我國目前的發(fā)展水平以及制造能力，要將數(shù)量極大的處理器安裝在所有的云端機(jī)器人上是不現(xiàn)實(shí)的，但是5G通信技術(shù)在工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)的普及，能夠促進(jìn)國產(chǎn)芯片的快速發(fā)展。5G通信技術(shù)能夠?qū)⑵鋬?nèi)部的復(fù)雜信息處理過程上傳至云端處理，然后再將處理過的數(shù)據(jù)回傳給機(jī)器人，這樣就不需要為機(jī)器人配置大量的處理器，可以大大地降低應(yīng)用成本[7]。

有一些風(fēng)險(xiǎn)較高的生產(chǎn)制造業(yè)，在生產(chǎn)過程中發(fā)生過較多的人身傷亡事故，可以將基于5G通信技術(shù)的智能設(shè)備應(yīng)用到生產(chǎn)制造流程之中，用機(jī)器取代人力，從根本上降低人身傷亡事故的發(fā)生。比如，在礦山挖掘或者是石油、天然氣等資源的開采與冶煉過程中，應(yīng)用智能設(shè)備獲得生產(chǎn)現(xiàn)場的數(shù)據(jù)并回傳到遠(yuǎn)程控制終端，從而實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)設(shè)備的遠(yuǎn)程控制，這樣就可以減少人員參與，有效地降低了安全生產(chǎn)風(fēng)險(xiǎn)。近年來，物流行業(yè)在不斷發(fā)展，物流行業(yè)的管理也越來越復(fù)雜?，F(xiàn)階段，隨著網(wǎng)購深入人們的生活，人們的生活方式在不斷改變著，大眾對(duì)物流行業(yè)的依賴程度也越來越高，每年雙十一，人們網(wǎng)購的金額在幾十億元，這其中牽扯到的物資流通幾天內(nèi)便有近億件，給物流行業(yè)帶來很大壓力，同時(shí)也要求物流行業(yè)盡快發(fā)展。而人們對(duì)物流的追蹤需求，又要求貨物從入庫到出庫裝車再到最后配送全過程都要可查詢，那么物流運(yùn)送的全流程便都要用到網(wǎng)絡(luò)，而將5G通信技術(shù)融入物流行業(yè)中，不僅可以降低網(wǎng)絡(luò)布置成本、使貨物分揀速度得到提升，還能夠?qū)崿F(xiàn)貨物的全過程追蹤，大大地提高了物流行業(yè)的貨物處理速度，減少了人力付出，從而降低了物流成本。

5 結(jié)語

5G通信技術(shù)對(duì)工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)的影響是巨大的，其影響不只體現(xiàn)在高寬帶、低時(shí)延通信、大連接等方面，它對(duì)工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)的影響不但包含了改變業(yè)務(wù)類型、顛覆基本原理、革新工業(yè)工程以及許多未知的領(lǐng)域，也有極大可能建立全新概念的工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用方向。5G移動(dòng)通信網(wǎng)絡(luò)是國家近年來通信類項(xiàng)目的發(fā)展重點(diǎn)，5G技術(shù)的不斷進(jìn)步，能夠促進(jìn)工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)的蓬勃發(fā)展，助力國家的極速發(fā)展，因此5G技術(shù)的發(fā)展是挑戰(zhàn)，更是機(jī)遇。