想象這樣一個(gè)場(chǎng)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(chǎng)設備出現故障，需要你的協(xié)助檢測故障并進(jìn)行維修。你驅車(chē)前往辦公地點(diǎn)，途中通過(guò)所在城市部署的C-V2X車(chē)聯(lián)網(wǎng)，利用邊緣計算等技術(shù)優(yōu)化路線(xiàn)，以最快速到達辦公地。到達后，和各國同事開(kāi)始VR會(huì )議，并通過(guò)AI實(shí)時(shí)翻譯進(jìn)行無(wú)障礙溝通。初步了解情況后，通過(guò)8k實(shí)時(shí)高清視頻，連線(xiàn)設備故障地點(diǎn)，利用熱成像等技術(shù)進(jìn)行現場(chǎng)檢測，發(fā)現某一零部件損壞，需要更換。但工廠(chǎng)沒(méi)有該零部件庫存，于是利用無(wú)人機進(jìn)行遠程調度，以最快速度將部件配送至工廠(chǎng)。零部件到達工廠(chǎng)后，你在辦公地通過(guò)數據可視等技術(shù)進(jìn)行現場(chǎng)作業(yè)指導，引導工廠(chǎng)維護員把你的“維修決策”傳送至現場(chǎng)云端機器人“大腦”，結合機器人強大的云計算能力，通過(guò)柔性關(guān)節和云端大腦實(shí)現高精準操作，完成故障設備的維修。
這一切不是臆想，而是5G時(shí)代下，利用5G大帶寬、低時(shí)延高可靠、大規模連接的特性，實(shí)現的工業(yè)企業(yè)產(chǎn)品、用戶(hù)、協(xié)作方等全環(huán)節的廣泛互聯(lián)。5G作為萬(wàn)物互聯(lián)的助推器，將顛覆現階段的工業(yè)生產(chǎn)方式，從而從根本上改變我們的生活方式，引領(lǐng)我們走向觸手可及的智能世界。
首先，我們來(lái)看， 制造業(yè)對5G技術(shù)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(dòng)生產(chǎn)率方面，中國制造業(yè)勞動(dòng)生產(chǎn)率僅為美國的五分之一，工業(yè)企業(yè)需通過(guò)工業(yè)網(wǎng)絡(luò )降低成本、優(yōu)化生產(chǎn)工藝，實(shí)現降本增效；企業(yè)在研發(fā)環(huán)節利用新的技術(shù)，生產(chǎn)更智能化、多元化的產(chǎn)品；在售后服務(wù)環(huán)節對客戶(hù)提供實(shí)時(shí)數據監測、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(wù)機會(huì )；隨著(zhù)大規模定制化的模式日趨成熟，客戶(hù)的個(gè)性化定制需求日益顯現。
2035年5G對各行業(yè)支持產(chǎn)出
5G將讓ICT（信息與通信技術(shù)）與傳統行業(yè)真正實(shí)現深度融合，將網(wǎng)絡(luò )變得更加開(kāi)放，為垂直行業(yè)應用創(chuàng )新提供綜合能力。
一方面，傳統行業(yè)未來(lái)軟件化、智能化將是大勢所趨。另一方面，傳統行業(yè)具備場(chǎng)景決定能力和完善的知識價(jià)值體系，5G將促進(jìn)ICT技術(shù)與其需求深度匹配。據統計，預計在2035年，5G對各個(gè)行業(yè)的支持產(chǎn)出中，制造業(yè)領(lǐng)域的支持產(chǎn)出遙遙領(lǐng)先，超過(guò)3000億元。
5G+制造業(yè)行業(yè)應用
5G三大應用場(chǎng)景三角關(guān)系圖
5G典型的工業(yè)應用場(chǎng)景包括低時(shí)延高可靠(uRLLC)、大帶寬(eMBB)、大規模連接(mMTC)。在超低時(shí)延與可靠性方面，5G無(wú)線(xiàn)技術(shù)可實(shí)現1ms的時(shí)延以及超過(guò)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；在大規模連接方面，5G能滿(mǎn)足每平方公里100萬(wàn)臺設備的連接量。
下面我們來(lái)看 5G在工業(yè)制造方面的主要應用場(chǎng)景。
5G三大應用場(chǎng)景主要應用領(lǐng)域
首先是5G在航空航天領(lǐng)域的應用。
大飛機被稱(chēng)為“工業(yè)皇冠”，大飛機制造環(huán)節所需零部件超過(guò)450萬(wàn)個(gè)。中國在大飛機制造、研發(fā)設計等環(huán)節整體的工藝技術(shù)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，由于現場(chǎng)總線(xiàn)延遲性等問(wèn)題，尚未達到精益化、全流程智能化。
將來(lái)使用5G技術(shù)之后，飛機制造商可以依托5G高速率、低時(shí)延、大連接的網(wǎng)絡(luò )支撐能力，結合私有云計算能力，連接設計、生產(chǎn)、服務(wù)、銷(xiāo)售各個(gè)環(huán)節，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(shù)在具體生產(chǎn)環(huán)節的使用如下圖所示：
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(wù)。5G也從生產(chǎn)方法、管理效率、質(zhì)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(wú)人機的協(xié)同使用。
在4G網(wǎng)絡(luò )下，無(wú)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(shí)延不敏感等問(wèn)題，在一定程度上會(huì )影響識別無(wú)人機空中終端，從而影響無(wú)人機管控。
5G憑借大寬帶提供了更大的用戶(hù)下行容量，5G的大規模多天線(xiàn) ,新頻譜等，能增強有用信號，減少無(wú)人機低空飛行頻道的干擾，提升無(wú)人機在空中的移動(dòng)性和覆蓋。同時(shí)，網(wǎng)絡(luò )切片每個(gè)虛擬網(wǎng)絡(luò )之間是邏輯獨立的特性，使得一張5G網(wǎng)絡(luò )上能同時(shí)承載無(wú)人機不同應用，為無(wú)人機提供網(wǎng)絡(luò )整體解決方案。
5G+ 無(wú)人機整體解決方案
5G技術(shù)在無(wú)人機上的具體應用方法如下：
無(wú)人機行業(yè)快速發(fā)展，無(wú)人機與5G通信技術(shù)的緊密結合，將形成網(wǎng)聯(lián)無(wú)人機，帶給業(yè)界10倍以上的商業(yè)機會(huì )。5G以全新的網(wǎng)絡(luò )架構，提供10Gbps以上的帶寬、超低時(shí)延、大規模連接等特性，將賦予無(wú)人機實(shí)時(shí)高清視頻傳輸、遠程實(shí)時(shí)控制等重要能力。
第三，是5G與云端機器人的結合應用。
傳統機器人的工作范圍和內容較為固定，無(wú)法滿(mǎn)足現實(shí)多變工藝場(chǎng)景下的柔性生產(chǎn)需求。同時(shí)，操作精密度較高的工作需要大量數據和快速響應做支撐，傳統本地機器人不能互聯(lián)分享數據和整合信息，自主判斷能力受局限。
云端機器人可以借助5G大帶寬、低時(shí)延等特性，上傳分享所有機器人數據，結合機器視覺(jué)、聽(tīng)覺(jué)等技術(shù)，形成云端控制“大腦”，從而能夠根據不同制造場(chǎng)景需求進(jìn)行自主判斷和執行。同時(shí)，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(kāi)發(fā)成本和硬件能耗。
5G+云端機器人整體解決方案
具體實(shí)施辦法如下，在園區安防方面，利用5G網(wǎng)絡(luò )的大帶寬特性，結合AR等技術(shù)，搭載高清攝像頭，實(shí)現全景巡邏，同時(shí)進(jìn)行快速的人員識別及周邊環(huán)境分析，協(xié)作工作人員進(jìn)行遠程指揮并及時(shí)開(kāi)展行動(dòng)。
在工業(yè)協(xié)作方面，利用5G網(wǎng)絡(luò )的大帶寬、低時(shí)延搭建云端大腦。通過(guò)柔性關(guān)節和云端大腦實(shí)現高精準操作，進(jìn)行靈活抓取和移動(dòng)。同時(shí)，基于海量數據和多動(dòng)視覺(jué)傳感等，結合強大的云計算能力，實(shí)現自動(dòng)化決策。
在智能服務(wù)方面，利用5G網(wǎng)絡(luò )的大帶寬特性，結合人工智能和自然交互技術(shù)。構建云端數據庫，并進(jìn)行自動(dòng)人臉識別，解決個(gè)性化問(wèn)題。同時(shí)，依據云端數據共享，可快速同步其他機器人服務(wù)能力。
總之，5G云端機器人可以突破數據孤島約束，通過(guò)云端大腦處理復雜數據，并及時(shí)同步優(yōu)化關(guān)聯(lián)機器人，使機器人融會(huì )貫通；柔性、精準操作，為制造和服務(wù)提供保障；監控、質(zhì)量管理和遠程運維也為機器人產(chǎn)業(yè)帶來(lái)無(wú)限可能。
在5G嵌入以上三個(gè)傳統應用場(chǎng)景之外，5G在A(yíng)R/VR中（增強現實(shí)與虛擬現實(shí)）也可以實(shí)現強大應用。
在5G之前，AR/VR關(guān)鍵在于視覺(jué)沉浸度，其中多交焦面顯示技術(shù)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(shí)間小于3ms，因此4G網(wǎng)絡(luò )的網(wǎng)絡(luò )能力難以滿(mǎn)足AR/VR更高程度的視覺(jué)沉浸。
在5G以后，AR/VR業(yè)務(wù)對5G的大帶寬特性高度契合，可通過(guò)5G，將云計算等技術(shù)引入到AR/VR中，借助5G高速穩定的網(wǎng)絡(luò )，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(shí)時(shí)、高清等良好的用戶(hù)體驗。
具體在工業(yè)領(lǐng)域中，工廠(chǎng)生產(chǎn)、銷(xiāo)售、售后維護等各環(huán)節都開(kāi)始聯(lián)網(wǎng)，利用5G網(wǎng)絡(luò )與企業(yè)ERP物聯(lián)網(wǎng)系統對接，圍繞工業(yè)場(chǎng)景需求，構建日常巡檢、操作現場(chǎng)指引、遠程專(zhuān)家等業(yè)務(wù)。
5G+AR/VR工業(yè)遠程協(xié)助網(wǎng)絡(luò )架構
總之，5G商用以來(lái)，5G+VR/AR的應用場(chǎng)景也越來(lái)越多樣化。隨著(zhù)算力的提升，5G+VR/AR將為移動(dòng)終端的邊緣計算能力帶來(lái)明顯提升，而VR/AR產(chǎn)業(yè)的快速發(fā)展，將結合5G帶來(lái)的優(yōu)勢，形成成熟的規模經(jīng)濟。
隨著(zhù)中國5G技術(shù)的不斷提高，5G在制造業(yè)各個(gè)領(lǐng)域的需求量不斷上升。 5G已有技術(shù)在以上領(lǐng)域已有一定成熟度，下圖為前述應用場(chǎng)景的5G技術(shù)成熟度。
中國工業(yè)網(wǎng)絡(luò )應用場(chǎng)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(wú)人機、云端機器人、AR/VR、鋼鐵制造中。航空航天領(lǐng)域由于具有較高技術(shù)含量和較高附加值，其資本投入高、信息密集度高、帶動(dòng)能力較強，和5G的結合在市場(chǎng)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(zhù)人工智能、云計算等技術(shù)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(lái)隨著(zhù)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(lǐng)域的應用也會(huì )逐步打開(kāi)。
5G在制造領(lǐng)域面臨的挑戰
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(shí)，國家政策的大力扶持和推動(dòng)，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。
一是系統管理復雜性增加問(wèn)題。5G與工業(yè)的融合，使得企業(yè)實(shí)際生產(chǎn)過(guò)程與各種業(yè)務(wù)管理系統網(wǎng)絡(luò )協(xié)同之后，系統整體更加復雜化，對其進(jìn)行管理將更困難。
二是企業(yè)增量存量調整問(wèn)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(guò)渡階段，生產(chǎn)設備及產(chǎn)線(xiàn)很多還沒(méi)有完成數字化改造，在利用5G改造工業(yè)網(wǎng)絡(luò )之前需要完成裝備和生產(chǎn)線(xiàn)的升級，這就導致了再投入成本問(wèn)題，既對5G的投資未能與優(yōu)化存量資產(chǎn)結合起來(lái)，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(zhuān)網(wǎng)的不確定性問(wèn)題。5G進(jìn)入垂直行業(yè)市場(chǎng)，理論上專(zhuān)網(wǎng)優(yōu)于公網(wǎng)，但專(zhuān)網(wǎng)未來(lái)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。此外，專(zhuān)網(wǎng)設備供應商曾表示未來(lái)若想真正發(fā)展5G專(zhuān)網(wǎng)，需要從系統、架構、平臺、終端、應用等方面進(jìn)行全方位改造，目前行業(yè)還沒(méi)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(guò)其低時(shí)延、高可靠的特性將促進(jìn)無(wú)人機 、自動(dòng)駕駛 、智能生產(chǎn)等領(lǐng)域的發(fā)展應用，而這些領(lǐng)域需要大量的系統規劃、應用開(kāi)發(fā)和服務(wù)人才。
2018年5G領(lǐng)域人才需求相較2017年增加約58%，而2019年5G領(lǐng)域人才需求較2018年約增長(cháng)50%，在制造業(yè)領(lǐng)域，由于該領(lǐng)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(lǐng)域多端點(diǎn)、多場(chǎng)景的應用需求。
3、工業(yè)領(lǐng)域基礎設施數字化改造亟需加強
5G與工業(yè)的融合應用首先受工業(yè)場(chǎng)景基礎設施的數字化水平制約。目前中國80%左右的企業(yè)仍然處在數字化轉型的探索階段，50%左右的企業(yè)在數字化轉型的過(guò)程當中面臨著(zhù)信息化基礎設施不足的問(wèn)題。目前工業(yè)企業(yè)在生產(chǎn)設備數字化率、關(guān)鍵工序數控化率均不到50%，而工業(yè)企業(yè)智能制造就緒率不足10%，這其中絕大多數為規模以上企業(yè)，全國設備數字化率和聯(lián)網(wǎng)率依舊有待提高。5G想在工業(yè)領(lǐng)域落地發(fā)展，亟需推進(jìn)工業(yè)企業(yè)生產(chǎn)設備數字化改造。
4、產(chǎn)業(yè)發(fā)展驅動(dòng)力不足
工業(yè)領(lǐng)域B端行業(yè)用戶(hù)在工業(yè)5G網(wǎng)絡(luò )運行維護主體還不清晰、運營(yíng)商在制造業(yè)領(lǐng)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(jìn)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)節龍頭企業(yè)開(kāi)展新的商業(yè)模式探索，在運營(yíng)商方面，運營(yíng)商需要思考5G帶來(lái)的服務(wù)提升和商業(yè)模式創(chuàng )新。
建議
1、加強企業(yè)數字化轉型意識
只有提升企業(yè)數字化水平，才能更好地實(shí)現5G與工業(yè)的融合應用。數字化轉型不是簡(jiǎn)單的機器換人，而是要形成工廠(chǎng)內生產(chǎn)要素的全面協(xié)同，打通企業(yè)內部的全數據鏈。當企業(yè)通過(guò)生產(chǎn)設備數字化改造，并應用CAD、MES系統完成了從業(yè)態(tài)、架構、管理到企業(yè)文化等一系列數字化轉型后，便將會(huì )以高效、敏捷的速度與5G低時(shí)延高可靠、大規模鏈接等數字化特征融合，實(shí)現創(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(jìn)一步以數據為資產(chǎn)，以技術(shù)為手段，構建能夠支持業(yè)務(wù)持續創(chuàng )新的技術(shù)平臺體系。
2、企業(yè)與運營(yíng)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(yíng)商重點(diǎn)關(guān)注2C模式，但是到了5G時(shí)代，重頭戲應該放在2B模式上，特別是在制造業(yè)領(lǐng)域的2B商業(yè)模式上，通過(guò)在工廠(chǎng)內布置5G網(wǎng)絡(luò )，實(shí)現設備無(wú)線(xiàn)數據通信和大規模數據傳輸的新一代工廠(chǎng)生產(chǎn)模式。一方面，通信廠(chǎng)商面向制造業(yè)發(fā)展需求，積極探索5G應用場(chǎng)景，開(kāi)展制造業(yè)重點(diǎn)行業(yè)企業(yè)試點(diǎn)示范，構建可推廣的融合應用推進(jìn)機制，并在此基礎上探討關(guān)于不同場(chǎng)景、不同服務(wù)類(lèi)別的計費方式。另一方面，在工業(yè)制造領(lǐng)域重點(diǎn)研究5G+TSN（時(shí)間敏感網(wǎng)絡(luò )）的結合應用，使5G網(wǎng)絡(luò )與TSN互通，滿(mǎn)足部分工業(yè)設備生產(chǎn)過(guò)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(lǐng)域，更好地滿(mǎn)足工業(yè)領(lǐng)域的OT和IT需求。
3、培養一批“既懂5G又懂工業(yè)”的解決方案供應商
一方面，著(zhù)重培養一批“既懂5G又懂工業(yè)”的解決方案供應商，搭建電信運營(yíng)商與制造企業(yè)之間的橋梁，切實(shí)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(wèn)題。另一方面，推動(dòng)5G數據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(zhuān)用的智能制造APP，如把5G數據平臺和智能制造APP集成，以解決智能制造中某些痛點(diǎn)問(wèn)題，從而形成解決方案，測試成功后把該類(lèi)解決方案向全行業(yè)推廣，帶動(dòng)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(lǐng)域的應用場(chǎng)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(wù)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(luò )基礎與智能制造發(fā)展基礎較好的城市作為試點(diǎn)，出臺5G與制造業(yè)融合發(fā)展指導意見(jiàn)或行動(dòng)方案，更有針對性地指導當地5G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(chǎng)運作的基金體系，營(yíng)造制造業(yè)創(chuàng )新投資環(huán)境，提升智能制造發(fā)展水平。
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