智能制造中5G的作用预期与思考

胡静文

摘要：工业互联网，是工业生产作业全流程、各环节与互联网平台和技术有机结合而成的一种新型生产架构。互联网技术的工业互联网高质量发展的根本支撑，5G作为新生代无线网络通信技术，相比3G、4G具有大流量、高传播速率、低延时等显著优势，能够充分满足并实现“万物互联、实时共享、多场景应用”等，将5G技术充分合理地应用到工业互联网中，是加速加快推进工业现代化发展的必然之举，也是重要途径。基于此，本篇文章对智能制造中5G的作用预期与思考进行研究，以供参考。

关键词：智能制造；5G作用；预期与思考

引言

前三次工业革命是由机械化、电气化、自动化等科技革命引发和推动的,目前正在进行的第四次工业革命是智能产业的标志,信息技术在推动智能产业发展中发挥着重要作用。信息技术提出了促进现代工业现代化和转型的任务,在这个过程中,工业互联网是信息化与工业化融合的典型代表,是工业生产、产业升级改造、实现智能制造的关键技术手段。近年来,5G以其高可靠性、低延迟、低功耗和支持大规模连接的特点,对促进工业互联网的发展具有重要意义。5G与工业互联网的融合将不可避免地带来更深层次的行业变革。然而,5G也打破了传统工业互联网的封闭性,使更多的工业设备暴露在公共网络中。与传统互联网相比,5G+工业互联网场景中的网络攻击更加多样化和复杂化,用于对抗传统互联网的网络安全方法远远不能满足高风险和复杂多变的工业生产应用的需求。

1 5G关键技术

5G技术的核心支撑是SBA（基于服务的架构）、CUPS（控制与用户面分离）和网络切片。SBA基于云原生构架设计，是对IT领域的“微服务”理念的借鉴和升级，也是5G全面赋能垂直行业的压舱石，以SBA为基础可以灵活设计差异化网络切片，搭建适合不同行业通信服务需求的行业专网，同时便于快速组建轻量级边缘计算网络。CUPS可以有效解决网络用户面功能的“中心化”囚禁问题，既便于灵活部署于中心数据网，又能够建构边缘数据中心，最终实现可分布式部署。网络切片技术，就是基于不同应用场景的精准服务供给，依靠网络切片，5G技术能够广泛覆盖并差异化满足各行各业、各领域中的具体业务需求，普遍适用于车联网、大规模物联网、工业生产自动化、远程医疗、VR/AR等，避免资源浪费并创造更大价值。

2工业互联网5G网络建设模式

国际电信联盟(ITU)确定了5G的三种主要应用场景:大规模机器通信(mMTC)、增强型移动宽带(eMBB)和超高可靠、低延迟通信(uRLLC)。超高可靠的低延迟通信(uRLLC)主要面向工业管理、自动驾驶、远程医疗等垂直行业的应用需求。对延迟有很高的要求。5G可以分为NSA(独立网络)和SA(独立网络),目前大势所趋。SA工业企业部署5G网络的主要模式有三种:虚拟专用网络(在公共网络之外),混合虚拟专用网络(用户界面功能降至企业一侧),独立专用网络(公司创建的5G专用网络)。5G虚拟专用网络:利用5G切片等技术,为企业用户提供定制的网络质量专用信道服务,从而在用户和企业之间提供逻辑隔离。5G混合虚拟专用网络:通过UPF(用户面部功能)在企业内部部署,以提供高度实时和安全的本地企业数据存储。5G独立专用网络:与公共网络隔离,为企业创建5G专用网络,数据不进入公共网络。通常情况下,大中型企业通常会选择5G混合专用网络进行网络升级。

3当前面临挑战

3.1创新能力相对薄弱

企业在实际应用“5G+工业互联网”过程中，中大型PLC仍由德国西门子等国外企业主导，工业协议众多、设备互联互通难度大，自主技术和品牌发展受限。传统人才体系难以保障企业创新和快速发展需求，具备信息通信和具体行业知识的复合型人才储备不足。

3.2融合应用有待提升

工业互联网、“5G+工业互联网”等已在工业企业中进行应用探索，但是面对各行业复杂的应用场景，工业企业数据存储能力不足，通过现有数据挖掘出的价值有限，企业现有的工业机理模型不足以满足智能化生产需求。新技术在企业内应用试验验证周期相对较长、试错成本较高，商业模式尚不清晰，企业应用新技术的积极性有待提高。

4智能制造中5G的作用预期与思考分析

4.15G+工业互联网实现柔性生产制造

通过将5G模组内置于现有工业互联网的自动化设备生产线中，实现主要机器设备的有效入网，为自动化生产打好基础，同时结合5G无线网和边缘计算，可实现和强化柔性生产。在此之前，应基于5G网络应用平台，结合大数据、云平台等加强生产领域的前沿技术、行业市场供需信息及自身生产条件等信息采集与深度分析，进而科学制定生产计划，指导调整产品设计方向和方案、相比以往的刚性生产，5G+工业互联网支持下的柔性生产模式，能够帮助工业制造企业，乃至整个制造行业，准确分析产品功能和市场需求，便于实现精细生产和精准运营，进而节约生产资源，降低研发制造成本。

4.2集聚发展优势，建设世界一流企业

第一,注重推动数字化转型。积极配合国家计划,促进数字化转型和制度机制优化的有机整合,改变商业模式,推进变革过程,促进组织变革和业务转型,努力创造智力生产焦点。为了应对产业母产业的薄弱环节,产业和产研联合力量进行联合攻击,发挥创新联动的主导作用,力求构建以产业互联网为纽带的价值链协同发展模式,形成产业链、产研创新链。第二,激活数据元素的潜力。基于企业的实际需求,我们与多方保持着积极开放的合作关系,不断深化数据采集、建模分析、应用开发、资源规划、监控和管理等方面的业务应用,为企业提供优质的数据支持服务。未来,中国将努力确保企业机密相关数据的隐私保护和安全,解决工业互联网属性多样化、连接对象高度多样化、应用场景复杂度高、服务需求高度分化等问题,加快数字化升级,缩短应用场景的落地时间,积极不断优化五种应用类型、建模、智能制造、扩展服务和产业现状。创造八大新机遇,如群体智能解决方案、合理管理能力、生命周期服务能力、创新整合能力、产业生态化能力、国际化能力、虚拟设计建模能力、智能制造再思考能力等。推动更多典型情景应用于主要生产环节,力争实现从智能制造向精细化、精细化、信息岛向通用化转变,加快各领域一体化和渗透。积极推进数字权重、知识创造力和数字创造力建设,坚持稳中求进工作大方向,全力发展国有企业的战略支持,为加快建设强国、建设新发展模式、全面建设社会主义现代化国家作出重要贡献。

结束语

综上所述，5G技术与工业互联网的有机融合，推动了工业朝着现代化、智能化的方向发展。由于5G技术的开放性特征改变了原本工业生产的封闭性环境，增加了工业联网设备遭受各类网络攻击的风险。因此，需要结合5G技术的特征与工业互联网发展的需求，积极采取有效的防控措施，提升“5G+工业互联网”的安全性。在智能工厂全要素互联及IT、CT与OT融合趋势驱动下，需要打破传统的封闭体系架构，实现工业控制系统内部的扁平化、设备及软件的国产化和专有设备的通用化，以支持内部数据的高效流转，控制功能的全局化，由预测性维护转向制造过程的智能决策和柔性控制，实现工业与互联网的真正融合。由于新架构完全颠覆了传统的封闭式体系架构，其必然会面临不少技术难点，同时也会带来新的挑战和机遇。其中，控制功能的虚拟化和云化、多域异构网络的高效互通及融合、管控安全及端到端的信息安全是必须攻克的难关。原封闭体系内数据的高效流转、控制的云化和网络的一体化，使得控制及网络数据也参与到数据处理中，数据呈现多维化、系统化趋势，数据处理方面多了很多新的机遇，同时网络、控制及计算资源可以一体化分配和融合，使得工业系统整体上更为高效和灵活，也为管控提供了基础。

参考文献

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