5G+工业互联网 应用场景不断拓展
10月18日，习近平总书记在主持中共中央政治局第三十四次集体学习时强调，要站在统筹中华民族伟大复兴战略全局和世界百年未有之大变局的高度，统筹国内国际两个大局、发展安全两件大事，充分发挥海量数据和丰富应用场景优势，促进数字技术与实体经济深度融合，赋能传统产业转型升级，催生新产业新业态新模式，不断做强做优做大我国数字经济。
“十四五”规划提出，推进产业数字化转型，在重点行业和区域建设若干国际水准的工业互联网平台和数字化转型促进中心。近年来，我国深入实施工业互联网创新发展战略，“5G+工业互联网”建设按下加速键，多种应用场景不断拓展，远程设备操控、现场辅助操作、产品质量检测等典型场景取得了明显成效。
近日，本报记者多方走访，观察记录“5G+工业互联网”在制造、钢铁、采矿等行业的相关应用，呈现新技术赋能产业转型的蓬勃发展态势。
通过工业设备联云上网，实现产业链智能协同，工业互联网已成为工业企业数字化转型的关键力量。借助5G网络的大宽带、低延时等优势确保海量数据高速传输，5G与工业互联网的融合正在加速我国新型工业化进程，为中国经济发展注入新动能。
2019年11月，工信部印发《“5G+工业互联网”512工程推进方案》（以下简称《方案》）。近两年来，《方案》推进情况如何，产生哪些成效？推进“5G+工业互联网”在更广范围、更深程度、更高水平上融合发展，还应从哪些方面发力？针对这些问题，记者进行了采访。
融合探索持续加速，助力企业降本增效
以传感器技术改造设备，通过5G物联网实现数据与云端的实时互联，在联想武汉数字化工厂主板生产测试车间，只需30分钟便能实现产品换线，测试效率大幅提升；通过把5G网络引入电力互联网，国网杭州萧山供电公司采用变电机器人、输电无人机等，对杭州亚运会主场馆进行智能升级，保障各环节用电安全……近年来，“5G+工业互联网”的融合探索持续加速。
“目前全国‘5G+工业互联网’在建项目超1800个，覆盖20余个国民经济重点行业和领域。”工信部信息通信管理局有关负责人表示，“5G+工业互联网”已成为工业互联网和5G发展进程中，产业热情度最高、创新最活跃、成效最显著的领域之一，这将有力助推实体经济向数字化、网络化、智能化转型升级。
场景应用不断丰富，助力企业降本增效。“5G+工业互联网”在电子设备制造、装备制造、钢铁、采矿、电力等行业领先发展，已形成协同研发设计、远程设备操控、设备协同作业、柔性生产制造、现场辅助装配、机器视觉质检、设备故障诊断、厂区智能物流、无人智能巡检、生产现场监测等场景。
这些场景的拓展，究竟给工业企业带来哪些变化？
降本。远程设备操控、无人智能巡检等场景助力企业实现无人化、少人化生产。矿山领域利用5G实现无人矿卡驾驶和井下采掘，有效降低事故发生率，平均每年节减相关企业成本约3000万元。
提质。机器视觉质检、设备故障检测等场景提高产品质量，保障良品率。钢铁领域部署5G+8K表面检测系统，改变现有抽检模式并实现了产品全量检测，提高钢材缺陷检出率达90%以上，缺陷识别率达85%以上。
增效。设备协同作业、厂区智能物流、设备故障诊断等场景支撑企业优化生产流程、提高生产效率。港口领域通过5G+人工智能技术自动分析集装箱理货、物流最优路径，平均可提升配载效率15—20倍。
产业集聚加速形成，各种创新实践不断涌现。在长三角地区，三省一市均出台支持“5G+工业互联网”发展政策，在纺织、金属制品等近20个领域开展探索。在粤港澳大湾区，钢铁冶炼、电子设备制造等领域创建了8个“5G+工业互联网”示范园区。在京津冀地区，以计算机、通信和其他电子设备制造业等特色产业为主，形成了一批典型应用方案。在西部地区，企业集中在煤炭开采和洗选领域进行创新，已成为示范性较强的应用实践。
融合应用初显成效，产业支撑有待提升
目前，各类融合应用已初显成效，但深入推进问题犹存。
“5G主要是面向行业场景的技术，70%—80%将应用在车联网、工业互联网领域。”工信部信息通信管理局有关负责人说，我国是全球首批5G商用的国家之一，在技术、产业、应用上，特别是面向工业乃至实体经济的融合应用上，无先例可循、无经验可鉴、无路径可依，持续推进过程中，难免面临新挑战。
一方面，技术开发能力不足，产业支撑有待提升。
“现阶段面向消费场景应用的5G公网，下行传输带宽约为上行带宽的3倍。但是在工业场景下，存在大量基于机器视觉的5G应用，往往上行传输数据需求显著高于下行传输数据需求。”工信部信息通信管理局有关负责人说，“目前，尽管少数企业已有突破，开发了相应技术解决方案，但尚未实现产业化。”
另一方面，芯片模组产业分散、价格较高制约推广。
从市场上看，“工业领域需求多样化、差异化，5G工业终端、芯片、模组、网关在性能、协议支持等方面的要求更高。”工信部信息通信管理局有关负责人介绍，当前5G芯片模组等存在产业分散化、市场碎片化等特点，短期难以通过市场规模摊薄成本，导致价格高昂，在一定程度上制约了5G工业应用的规模推广。
从工业企业自身来看，尽管“5G+工业互联网”建设和应用在一些领域先行先试，但整体推进还存在问题。中国信息通信研究院副院长胡坚波提出，企业对“5G+工业互联网”应用场景、使用价值及建设路径缺乏系统认识。此外，企业建设“5G+工业互联网”的资金、人才及技术要求门槛高，数字化基础仍有待夯实。
“这些发展中的问题需要以发展来解决。”在工信部信息通信管理局有关负责人看来，这是产业界共同面临的挑战，需要多管齐下、联手解决。
复制推广成熟模式，推动产业协同创新
如何做好5G和工业互联网这道加法题，加速释放传统产业转型升级的乘数效应？
——以成熟模式的复制推广为抓手，推动应用加速从试点转向普及。
《方案》提出，要打造一批“5G+工业互联网”内网建设改造标杆、样板工程。以采矿业为例，今年5月，工信部发布采矿行业“5G+工业互联网”典型案例集，为进一步推进“5G+工业互联网”更深程度、更高水平发展提供了范例。
工信部信息通信管理局有关负责人介绍，典型案例集发布后两个月内，山西、内蒙古、山东等多个省份新上采矿类“5G+工业互联网”项目28个，签约金额约3.5亿元，并形成涵盖十大典型应用场景的近100余款“5G+工业互联网”产品，为采矿企业提供“菜单式”“一站式”服务。
据介绍，下一步工信部将发布第二批“5G+工业互联网”典型应用场景和重点行业实践，指导产业界加快规模化发展进程，为更多企业应用创新提供借鉴参考。指导各地结合特色优势产业，组织召开一系列现场会，打造行业示范标杆，推动应用从试点向普及转变。
——以创新模式的深化拓展为关键，推动产业生态发展壮大。
一方面，开展工业5G专网试点，增强行业网络供给能力。工信部信息通信管理局有关负责人介绍，下一步将推动5G全连接工厂建设，推进信息技术网络与生产控制网络融合部署，打造3到5个5G全连接工厂示范标杆，形成5G与工业深度融合解决方案。
另一方面，加快定制化、经济型工业5G芯片、模组、终端等产品研发和产业化进程。“通过增强企业主体能动性，推动产业各方协同创新，发布融合应用先导区发展建设指南，在全国范围内打造若干个示范先导区。”工信部信息通信管理局有关负责人表示，未来将会同相关部门、产业各方加快推动“5G+工业互联网”创新发展，助力制造强国、网络强国建设。（记者韩鑫）
工业互联网让“制造”变“智造”
在2021全球工业互联网大会上，人们在体验百度智能云工业AR应用平台。新华社记者杨青摄
工信部日前公布《2021年新一代信息技术与制造业融合发展试点示范名单》，包含特色专业型工业互联网平台、工业信息安全能力提升等方向。专家表示，促进新一代信息技术与制造业融合，将进一步提升中国制造业智能化水平，推动工业互联网创新发展，加快建设制造强国和网络强国。
装上不会疲劳的AI“大脑”
以AI代替人眼帮助产品检测，用智能调度应用系统预测城市用水量……这是百度智能云开物工业互联网平台提供的“AI+工业互联网和智能制造整体解决方案”。百度智能云战略行业解决方案与业务拓展总经理常城接受本报采访时说，该方案面向制造、能源、电力等工业企业、产业链和区域产业集群，可以帮助企业以低门槛利用新一代信息技术，实现降本提质增效。
一些重要工业行业如电子、汽车、钢铁等，以往对高精度、高性能的结构件和功能件的表面质量缺陷依赖人眼检测，检测精度不稳定，企业劳动成本高。百度工业视觉智能平台以AI替代人工检测，实现360度外观缺陷检测。据了解，百度智能云已经与江苏一家企业合作，实现了智能化检测设备24小时工作，不到1秒时间，它就能完成零部件6个面，合共30多个缺陷项的检测、排除，有效帮助该企业实现质检的智能化升级。
同样依靠AI技术，格创东智科技有限公司基于其研发的东智视觉检测系统，为制造行业提供数字化质检方案，给工业装上不会疲劳的“眼睛”和“大脑”，是国内半导体显示行业第一个真正落地的人工智能应用。相对于传统的人力工作，采用该方案检测效率大幅提高，替代一半以上的人力，识别速度提升5到10倍。
科技助力高质量发展
“您有新的设备故障保修通知，请及时处理。”这是煮糖厂员工刘先生手机上收到的短信。帮助他发现故障问题、提升维修效率的，是一款由航天云网数据研究院（广东）有限公司研发的“设备维保管家”工业APP，该APP是航天云网打造的食品饮料行业数字化特色产业集群互联网平台产品之一。据了解，该平台功能覆盖食品饮料行业生产、供应、销售等环节，能助力食品饮料企业实现数字化转型升级。
“食品饮料工业普遍面临生产效率低、管理难度大、产品可追溯机制缺乏等问题。”航天云网数据研究院（广东）有限公司副总经理王宇介绍，“利用工业互联网平台的数据治理体系，可以实现全流程环节数据的汇聚融合，帮助行业高质量发展。”
新一代信息技术在推动绿色低碳方面也发挥重要作用。以节能环保产业为例，海澜智云工业互联网平台以节能减排为核心，为企业提供综合能源管理、智慧系统节能、安全环保监管、数字化智慧工厂搭建等一站式解决方案。例如，该工业互联网平台提供的“中小企业智慧能源管理解决方案”，可以对企业碳排放、环保、安全等数据进行实时监测预警，提升企业用能效率，带动节能环保行业的快速转型升级。
“相比传统建造模式，我们通过智慧建造技术，进一步优化建筑设计，提升建筑品质，让施工更高效，同时也响应国家号召，积极控制施工过程中的碳排放。”中国建筑第八工程局项目经理潘志专说，该局雄安商务服务中心二期项目在建设过程中用到了多种数字化高科技工具，包括中建八局建筑信息模型平台、雄安监理APP、数字雄安建管平台和基于区块链技术的建造小程序等，通过智慧建造技术掌握碳足迹，让环保零超标。
提供定制化解决方案
随着新一轮科技革命和产业变革迅速发展，工业互联网对拓展数字经济空间、推动传统工业转型升级起着重要作用。日前，工信部公布《2021年新一代信息技术与制造业融合发展试点示范名单》，着力推动信息化和工业化深度融合，助力工业经济向数字经济迈进。那么，工业互联网将如何进一步发展呢？
“工业互联网方兴未艾，还有很长的路要走，这需要相关参与主体做好战略预判与准备。”海澜智云科技有限公司总经理徐国平接受采访时说，“从工业互联网平台公司角度来说，拓宽创新维度，是行业发展的先决条件。信息技术与制造业的融合，一方面是对厂内生产和管理方式的重塑，另一方面，对工业数据的深度挖掘应用和对产业链条全要素的重组整合，需要平台探索新的商业运营模式。”
除了拓宽创新维度，工业互联网平台还需要深入到行业场景，提供不同的定制化解决方案。“过去大家都在谈怎么做平台化、标准化，但是近来逐渐意识到，工业互联网必须进一步下沉，在场景中去实现平台的价值。”格创东智首席执行官何军说，“跟‘下沉’相关联，另一个新趋势是‘更垂直’。过去几年国家大力推动数字化平台，现在开始推动垂直行业平台，这也是因为各行各业差异太大，所以要在重点行业里把平台做得更深。”
有业内人士指出，制造业生产环境复杂，人、机、物互动场景多，各细分行业的具体特征有所区别，还需要既懂技术又懂行业的人才来打造适用的解决方案。
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工业互联网与智能制造是啥关系
云计算、大数据、物联网、区块链和人工智能等新一代信息技术的迅猛发展，在推动信息产业为先导的新经济蓬勃发展的同时，加速了与经济社会各领域深度融合的进程，促进新业态、新模式、新产业加速成长。工业互联网应运而生，促进制造业加速向数字化、网络化、智能化方向发展。
工业互联网是啥？
工业互联网的概念最早是由美国通用电气公司（GE）于2012年在白皮书中提出的。白皮书指出：
工业互联网汇集了工业革命和互联网革命的进步，有望推动经济增长，提供更好的就业机会，提高人们的生活水平；
图片来源：Pexels网mockupeditorcom摄
工业互联网的三大元素是智能机器、高级分析和工作中的人；
工业互联网的核心是利用“智能设备”采集数据，“智能系统”通过数据挖掘分析及可视化展现，形成“智能决策”，指导生产和工艺优化，提升设备的运转效率，减少停机时间和计划外故障。
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工业互联网在中国的发展
工业互联网的概念提出后，得到了多个国家的政府和产业界的积极回应。
工业互联网的崛起
中国政府高度重视工业互联网发展，相继出台了一系列的政策文件，推动工业互联网健康、快速发展。
此后，中国经历了从“智能制造2025”“互联网+先进制造业”到“工业互联网”，坚持走新型工业化的道路，以信息化带动工业化、以工业化促进信息化，借助产业链完备、应用场景丰富、应用主体众多的比较优势，构建新型工业生产制造和服务体系，推动质量变革和效率变革，满足制造业高质量发展的客观要求。
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智能制造是啥？
智能制造是基于新一代信息通信技术与先进制造技术深度融合，贯穿于设计、生产、管理、服务等制造活动的各个环节，具有自感知、自学习、自决策、自执行、自适应等功能的新型生产方式。
图片来源：pexels网alex-knigh摄
智能制造包括产品智能化、装备智能化、生产智能化、管理智能化及服务智能化。智能制造具有以智能工厂为载体、以生产关键制造环节智能化为核心、以端到端数据流为基础、以全面深度互联为支撑四大特征。
制造业是国民经济的主体，是立国之本、兴国之器、强国之基。智能制造是落实我国制造强国战略的重要举措，加快推进智能制造，是加速我国工业化和信息化深度融合、推动制造业供给侧结构性改革的重要着力点，对重塑我国制造业竞争新优势具有重要意义。智能制造是“中国制造2025”的主攻方向。
工业互联网和智能制造的关系
智能制造的实现主要依托两方面的基础能力：
一个是工业制造技术，包括先进装备、先进材料和先进工艺等，是决定制造边界与制造能力的根本；
另一个就是工业互联网，即基于物联网、云计算、大数据、人工智能等新一代信息技术，充分发挥工业装备、工艺和材料潜能，提高生产效率、优化资源配置效率、创造差异化产品和实现服务增值。
工业互联网是实现智能制造的关键使能技术，为智能制造提供了关键的共性基础设施，为其他产业的智能化发展提供了重要支撑。
图：工业互联网与智能制造的范围
随着“中国制造2025”等一系列国家战略相继推出，工业互联网成为中国制造业发展的重要方向和建设制造强国的重要抓手，加速“中国制造”向“中国智造”转型，推动实体经济高质量、高效率发展。
本文摘编自《工业互联网导论》一书，内容有删减，标题为编者所加。
工业互联网导论
张忠平刘廉如编著
北京：科学出版社，2021.1
ISBN978-7-03-067206-3
责任编辑：赵丽欣
内容简介
在智能制造、网络制造和服务型制造等新型制造模式不断涌现的背景下，工业互联网应运而生，成为全球竞相抢占的战略制高点。工业互联网作为新型关键基础设施，以及新一代信息技术与制造业的融合产物，支撑着制造业数字化转型发展。
本书分别从工业互联网的起源和发展历史、网络互联、标识解析、边缘计算、平台、核心技术、工业大数据、工业App等多个方面对工业互联网进行了阐述，并给出了实际的应用案例。
本书适合作为高等院校计算机、通信、物联网工程、电子机械、自动化等专业的高年级本科生、研究生的教学用书，也可以作为从事工业互联网的开发人员和科研人员的参考资料。
本书目录
目录
第1章工业互联网概述001
1.1起源和发展动力001
1.1.1起源001
1.1.2发展动力003
1.2定义、内涵和价值003
1.2.1工业互联网的定义003
1.2.2工业互联网的内涵004
1.2.3工业互联网的主要特点005
1.2.4工业互联网的价值008
1.3工业互联网与智能制造的关系009
1.4参考架构010
1.4.1美国工业互联网参考架构010
1.4.2德国工业4.0参考架构011
1.4.3中国工业互联网参考架构012
1.5技术体系013
1.5.1网络体系013
1.5.2平台体系014
1.5.3安全体系015
1.5.4应用体系015
1.6标准体系016
1.7产业链全景图018
第2章工业互联网网络互联019
2.1概述019
2.1.1工厂内部网络020
2.1.2工厂外部网络023
2.2工业现场总线024
2.3工业以太网027
2.4时间敏感网络031
2.5工业无源光网络033
2.6工业SDN035
2.7专用工业无线039
2.7.1WIAPA039
2.7.2WIAFA041
2.7.3ISA100.11a043
2.7.4WirelessHART046
2.7.5技术对比048
2.8移动通信网络049
2.9工业互联网网络应用案例051
2.9.1工厂内部网络（有线）应用案例051
2.9.2工厂内部网络（无线）应用案例053
第3章工业互联网标识解析056
3.1概述056
3.2工业互联网标识解析体系架构058
3.2.1简介058
3.2.2功能视角059
3.2.3资源视角060
3.2.4角色视角060
3.2.5部署视角061
3.2.6管理视角062
3.3工业互联网标识编码技术063
3.3.1Handle063
3.3.2OID067
3.3.3GS1070
3.3.4Ecode073
3.3.5EPC075
3.3.6UID078
3.3.7CID080
3.4工业互联网标识载体技术081
3.4.1被动标识载体081
3.4.2主动标识载体085
3.5工业互联网标识异构互操作技术089
3.5.1基于Handle的异构互操作089
3.5.2基于Ecode的异构互操作091
3.5.3基于OID的异构互操作093
3.6工业互联网标识应用场景096
3.6.1标识解析在智能化生产中的应用096
3.6.2标识解析在个性化定制中的应用097
3.6.3标识解析在网络化协同中的应用097
3.6.4标识解析在服务化延伸中的应用099
3.7工业互联网标识解析应用案例099
第4章工业互联网边缘计算103
4.1边缘计算概述103
4.1.1边缘计算的发展历程103
4.1.2边缘计算的定义与价值105
4.1.3边缘计算发展面临的挑战106
4.1.4边缘计算的发展现状108
4.1.5边缘计算的应用领域110
4.2工业互联网边缘计算需求和价值111
4.2.1工业互联网对边缘计算的需求111
4.2.2边缘计算对工业互联网的价值112
4.3工业互联网边缘计算架构114
4.4边缘计算关键技术与落地形态119
4.4.1边缘计算网络119
4.4.2边缘安全120
4.4.3边缘智能121
4.4.4落地形态123
4.5边云协同在工业互联网中的应用126
4.5.1边云协同总体能力与参考架构126
4.5.2工业边云协同场景129
4.6工业互联网边缘计算应用案例131
第5章工业互联网平台134
5.1工业互联网平台的内涵134
5.1.1工业互联网平台的要义134
5.1.2工业互联网平台体系架构135
5.1.3工业互联网平台的能力137
5.2工业互联网平台的技术路线139
5.2.1工业互联网平台的关键技术139
5.2.2基于云原生的平台架构141
5.3工业互联网平台产业全景及应用场景143
5.3.1工业互联网平台产业全景143
5.3.2工业互联网平台应用场景144
5.4国内外典型工业互联网平台146
5.4.1国外典型工业互联网平台146
5.4.2国内典型工业互联网平台149
5.4.3国内外工业互联网平台对比153
5.5工业互联网平台应用案例154
第6章工业互联网App158
6.1工业App的内涵158
6.1.1工业App定义158
6.1.2工业App特征159
6.1.3工业App种类159
6.1.4工业App模式160
6.2工业App的外延161
6.2.1工业App与工业软件的关系161
6.2.2工业App与工业互联网平台的关系164
6.3工业App体系框架165
6.3.1工业维度166
6.3.2技术维度167
6.3.3软件维度167
6.3.4工业App标准体系168
6.4工业App的开发169
6.4.1工业App的开发路线图169
6.4.2工业App的关键技术170
6.4.3工业App的开发进阶171
6.5工业App应用案例180
6.5.1机械加工行业工业App应用案例180
6.5.2空压机行业工业App应用案例184
6.5.3锅炉行业工业App应用案例187
第7章工业大数据191
7.1工业大数据内涵与价值191
7.1.1工业大数据的定义、分类与特征191
7.1.2工业大数据的价值194
7.2工业大数据产业发展现状195
7.2.1政策支撑195
7.2.2标准支撑197
7.2.3工业大数据的应用场景199
7.3工业大数据参考架构201
7.3.1业务架构201
7.3.2平台架构202
7.3.3技术架构203
7.3.4数据架构206
7.3.5实施架构206
7.4工业大数据关键技术207
7.4.1工业大数据技术架构实现207
7.4.2工业大数据平台209
7.4.3工业大数据采集技术209
7.4.4工业大数据存储和管理技术209
7.4.5工业大数据分析技术210
7.5工业大数据分析211
7.5.1工业大数据分析框架211
7.5.2工业大数据分析方法和建模215
7.6工业大数据治理219
7.6.1数据治理内涵219
7.6.2数据治理模型和框架220
7.6.3数据确权221
7.6.4工业数据分级分类管理222
7.6.5数据质量治理223
7.6.6数据安全管理225
7.7工业大数据应用案例227
第8章工业互联网安全231
8.1概述231
8.2工业互联网安全体系233
8.2.1控制安全233
8.2.2设备安全235
8.2.3网络安全236
8.2.4应用安全237
8.2.5数据安全238
8.3工业互联网安全技术238
8.3.1关键技术238
8.3.2技术体系241
8.4工业互联网安全标准244
8.4.1国外标准进展244
8.4.2国内标准进展245
8.5工业互联网安全应用案例247
8.5.1某城市污水处理厂安全解决方案247
8.5.2某风电集控中心安全解决方案250
第9章工业互联网核心技术253
9.1人工智能253
9.1.1概述253
9.1.2人工智能对工业互联网发展的价值254
9.1.3人工智能关键技术256
9.1.4人工智能在工业互联网领域的应用场景260
9.1.5人工智能在热电厂的应用案例261
9.2区块链264
9.2.1概述264
9.2.2区块链对工业互联网发展的价值265
9.2.3区块链参考模型和关键技术266
9.2.4区块链在工业互联网领域的应用场景269
9.2.5区块链在智慧供应链的应用案例271
9.35G272
9.3.1概述272
9.3.25G对工业互联网发展的价值274
9.3.35G关键技术274
9.3.45G在工业互联网领域的应用场景277
9.3.55G专网在汽车制造行业的应用案例278
9.4数字孪生279
9.4.1概述279
9.4.2数字孪生对工业互联网发展的价值284
9.4.3数字孪生技术和标准体系286
9.4.4数字孪生在工业互联网领域的应用场景291
9.4.5华北电力某热电厂数字孪生工厂案例295
参考文献299
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