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2022 ICT年会|工联院鲁春丛:5G+工业互联网实现“芯、端、网、云、用”五大突破

2021年,“5G+工业互联网”在10大重点行业形成20个典型应用场景。2022年,我国将实施制造业数字化转型行动计划,完善多层次工业互联网平台体系。5G与工业互联网的融合将加速数字中国、智慧社会建设,加速中国新型工业化进程,为中国经济发展注入新动能,为疫情阴霾笼罩下的世界经济创造新的发展机遇。
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2022年1月6日,由通信世界全媒体举办的2022 ICT行业趋势年会以“数智产业新时代,高质量发展新未来”在北京举办。中国工业互联网研究院院长鲁春丛受邀出席,以“5G+工业互联网发展趋势”主题发表了精彩的演讲。

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5G“三个特征”引发工业互联网突破

“我国5G正式商用两年半来,取得了网络领先、产业领先、应用领先的新优势。产业基础高级化、产业链现代化水平持续攀升,不断拓展数字经济新空间。”鲁春丛表示,“5G作为基础性技术、聚合性技术、融合性技术,正在推动数字产业化、产业数字化的快速发展,而工业互联网将为5G发展开辟广阔空间。”

首先,5G网络发展领先。我国已经建成全球最大规模5G独立组网,建成5G基站超过139.6万个,覆盖所有地级以上城市;基础电信企业共建共享持续深入,共建共享基站超过56万,节约建设成本超千亿元;用户市场快速发展,5G终端用户达到4.97亿户。

其次,产业能力领先。5G标准必要专利继续保持领先,欧洲电信标准化协会(ETSI)声明的5G标准必要专利中,我国企业的声明量继续保持全球领先;5G系统终端发展领先,全球5家主流系统设备厂商中我国有2家,芯片设计能力处于国际领先水平,全球前10名手机厂商我国企业占7家。

再次,我国应用创新也是全球领先。鲁春丛介绍称,在消费领域,5G+大数据+人工智能+AR/VR等组合催生新消费模式;在生产领域,“5G+工业互联网”在建项目超过1800个,覆盖22个重点行业领域;形成柔性生产制造、设备预测维护等20个典型应用场景;在民生领域,5G应用创新案例数量已超1万个,特别是在教育、医疗、铁路涌现了很多丰富的场景。

鲁春丛强调,5G正在引发工业互联网新的突破,特别是5G作为基础支撑、聚合创新、融合引领的作用愈发凸显。

5G+工业互联网实现五大突破

5G和工业互联网的融合创新将成为赋能各行业数字化、网络化、智能化转型升级的重要驱动力量,在网络强国、制造强国、数字中国建设中发挥重要作用。

鲁春丛表示,我国的5G+工业互联网发展取得了显著进展。中国的工业制造业具备完整的产业链、多元的行业生态、广阔的市场纵深,特别是大量处于工业2.0到3.0阶段的传统产业企业加快数字化、网络化、智能化改造进程,也将为5G提供丰富的应用场景,开辟更为广阔的发展空间,支撑5G不断发挥着商用价值,释放发展红利,向更高质量、更高水平加快迈进。

“5G作为基础性技术、聚合性技术、融合性技术,正在推动数字产业化、产业数字化的快速发展,重点体现在“芯、端、网、云、用”五大方面的突破。” 鲁春丛如是说。

突破一:“芯”的突破

5G带动芯片的市场规模大幅增长,随着5G基站建设数量不断攀升、5G网络设备和终端设备数量持续上涨,带动基带、射频、处理器等芯片市场规模呈大幅增长态势。

同时,5G带动芯片高水平创新。5G的多模多频特性直接拉动基带芯片向高集成度的SoC芯片方向发展;5G的高频特性为射频芯片中基础材料研发、滤波器、功放等元器件设计提出更高要求;5G核心网用户面设备会引入智能加速解决方案提升数据包处理能力,给智能网卡、FPGA等芯片创造新的市场机会。

突破二:“端”的突破

一方面,5G带动工业模组和终端发展升级。工业行业终端形态各异,目前已经形成5G到现场、5G到网关、5G设备三种接入方式。在鲁春丛看来,目前60%-70%的场景还是5G到现场,希望未来十四五期间从5G到网关发展到5G直接到设备,实现IT、CT和DT的深度融合。

同时,5G与云计算、大数据、人工智能、区块链等新一代信息技术的深度融合,催生传统模组和终端向智能化方向演进,支撑更高级、更复杂的应用;5G推动工业终端向IT和OT相互融合的方向升级,推动工业控制系统加速走向远程集中控制模式。

另一方面,5G带动了工业模组和终端产品的多样化。例如手机、虚拟现实设备、可穿戴设备、工业CPE、车载单元、医疗设备等新终端的大规模商用,促使终端产品规模和种类日趋丰富;终端产品牵引多场景、多形态的5G模组研发生产。

突破三:“网”的突破

5G能够更好地满足工业应用需求。信通院发布的数据显示,2021年三季度我国5G网络下载速率为406.8Mbps,是4G下载速率30.2Mbps的10倍以上,是Wi-Fi下载速率156.9Mbps的2倍以上;5G上行平均速率为49.3Mbps,相比于第二季度的32.2Mbps,提高约53.1%;采用大上行按照8:2的帧时隙配比方案,可达到1G-1.35Gbps,能够满足大部分工业场景需求。

同时,5G将构建工业组网新模式。切片虚拟专网模式,是指企业使用公网5G基站、核心网等基础设施,利用网络切片形成虚拟工业5G专网;混合虚拟专网模式,是指在共享部分公网设施基础上,将用户面功能单元、移动边缘计算服务器部署在工业企业厂区,成为企业专用网络设施;独立专网模式,是指在工厂内建设一张包括基站、核心网等全部设施的5G网络,仅服务企业自身需要。

突破四:“云”的突破

5G加速边缘云商用进程。5G用户面功能UPF下沉实现和数据流量本地卸载,可以将边缘计算节点灵活部署在不同的网络位置,来满足时延、带宽有不同需求的边缘计算服务;5G支持将网络能力开放给边缘应用,实现时延敏感型的工业控制类应用、时延容忍度较高的远程控制类应用、带宽要求较高的视频类应用等业务。

5G核心网通过网络功能虚拟化(NFV)技术实现了云化部署,加速云网融合脚步伐。企业采用NFV,将5G核心网的用户签约数据和策略管理、网络切片管理等功能全部软件化,部署在X86或ARM通用服务器上,后续可以自主软件快速迭代,加速新业务创新和上限。

突破五:“用”的突破

工业和信息化部通过实施“5G+工业互联网”512工程,先后两批次发布了10个重点行业和20个典型应用场景。10个重点行业包括电子设备、石化化工、装备制造、建材、钢铁、港口、采矿、纺织、电力、家电;20个典型应用场景包括协同研发、生产单元模拟、设备预测维护、设备故障诊断、精准动态作业、场区智能管理、企业协同、工艺合规校验等等,应用和产业的相互带动促进了5G产业的繁荣发展。

通过5G技术对人、机、物、系统等的全面连接,构建起覆盖全产业链、全价值链的全新制造和服务体系,为工业乃至产业数字化、网络化、智能化发展提供新的实现途径,助力企业实现降本、提质、增效、绿色、安全发展。

全国已建成“5G+工业互联网”项目超1800个,覆盖22个国民经济重要行业,打造了上万个5G应用创新案例。

聚焦4个方面、10个方向

推进“5G+工业互联网”快速发展

“十四五”时期是我国开启全面建设社会主义现代化国家新征程的第一个五年,也是我国“5G+工业互联网”赋能千行百业,深化融合应用的关键期。鲁春丛强调,虽然我国“5G+工业互联网”迈出坚实步伐,取得了一系列阶段性成果。但是,进一步深化“5G+工业互联网”发展,必须与工业领域特有的技术、知识、经验紧密结合,这一过程难度较大,具有复杂性、长期性,非一日之功、难一蹴而就。

“下一步的工作聚焦四方面,要加强新型基础设施建设,提升产业发展水平,增强应用创新能力,构建良好发展环境。”鲁春丛表示,推进“5G+工业互联网”发展的重点方向有10个。

● 方向1:推动工业企业建设5G全连接工厂,打造示范标杆,探索形成IT和OT网络融合部署方案,进一步推动5G应用从外围辅助环节向核心生产环节渗透。这将为进一步深化“5G+工业互联网”发展,加快应用创新打下坚实基础,也将开辟“5G+工业互联网”发展的全新赛道,预期到2023年在10个重点行业打造30个5G全连接工厂。

● 方向2:探索5G专网建设及运营模式,推广切片虚拟专网和混合虚拟专网,满足大部分企业的建设5G、应用5G的需求,同时开展工业5G独立专网试点,推动新的工业网络组网模式探索和应用。

● 方向3:完善标准体系,加快制定“5G+工业互联网”相关标准,实施标准引领和标准推广计划。

● 方向4:加快共性技术研发,实施技术产品创新突破计划,攻克5G与TSN等新型网络的关键共性技术,提升技术创新能力。

● 方向5:推动芯片、模组、终端、系统设备等关键产品发展,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,鼓励信息技术与工业技术企业联合推进工业5G芯片/模组/网关。加快满足工业生产特殊环境和安全要求的5G网络和系统设备研制。

● 方向6:发挥示范标杆引领作用,结合行业实践打造一批“5G+工业互联网”应用创新示范标杆,培育一批可复制、可推广的新应用、新模式、新业态。挖掘更多典型场景和重点行业应用实践,为企业应用创新提供借鉴参考,预期到2023年,针对重点行业培育30个左右典型应用场景。

● 方向7:构建区域差异化发展格局,开展产业示范基地建设,依托国家新型工业化产业示范基地,推动形成“5G+工业互联网”产业示范基地。鼓励各地建设“5G+工业互联网”融合应用先导区,探索具有地区及产业特色的发展模式,加快赋能各地行业数字化转型。

● 方向8:建设公共服务平台,提供5G网络化改造、应用孵化、测试验证等服务,开展应用咨询及研发培训,提升公共服务能力,预期到2023年,建成8个“5G+工业互联网”公共服务平台。

● 方向9:完善网络安全体系,发展“5G+工业互联网”安全大脑,支持重点城市加快“5G+工业互联网”安全大脑建设,强化网络安全保障能力。

● 方向10:探索适应行业应用发展的商业模式,推进产业各方协同创新、互利合作,推动龙头企业整合创新链、产业链,培育解决方案供应商,加快成熟商业模式推广。

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作者:梅雅鑫

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