信息通信技术应用与工业数字化

贾佳 罗兰

（工信通（北京）信息技术有限公司，北京 100036）

0.引言

习近平总书记指出，数字化转型已成大势所趋，并引领着新一轮工业革命。根据《数字中国发展报告（2020年）》，我国数字经济总量已达41万亿元，跃居世界第二，成为引领全球数字经济创新的重要策源地。自2010年以来，我国制造业增加值已连续11年位居世界第一，占全球比重接近30%。作为世界上工业体系最为健全的国家，在500种主要工业产品中，我国有40%以上产品的产量居世界第一，“中国制造”在全球产业链供应链中的影响力持续攀升。在利用信息化技术促进产业变革的工业4.0时代，我国采取一系列举措，促进数字技术与实体经济深度融合，积极推动制造业数字化、网络化、智能化。目前已建成全球最大规模光纤和移动通信网络，5G基站、终端连接数全球占比分别超过70%和80%，重点领域关键工序数控化率已达52.1%，数字化研发设计工具普及率已达73%，制造业数字化转型全面提速。其中，信息通信基础设施作为数字经济发展的基石，直接影响制造业网络能力的提升、信息“无障碍”的推进、数字鸿沟的弱化和数字经济红利的释放。

1.信息通信技术发展现状

信息通信技术日趋成为一个集合的概念，涵盖通信、电信、计算机、软件、中间件等，及在此基础上形成的技术集成与整合系统。数字经济时代背景下，以信息通信技术为主形成的新型基础设施是新一代信息技术发展和应用的重要载体，是各类业务和消费者之间的“桥梁”，也是衡量一个国家或地区经济社会发展水平、综合竞争力及现代化程度的重要标准。一方面，信息通信技术作为一项基础设施，亦能够成为其他基础设施建设的支撑；另一方面，信息通信技术是跨领域合作、协同与融合的重要桥梁，是产业数字化转型的重要支撑，特别在工业领域中，信息通信技术的采用直接影响传统厂房、设备、系统的数字化进程。

从类型上看，信息通信基础设施主要包括信息接入系统、移动通信室内覆盖系统和卫星通信系统三大板块[1]。

信息接入网是连接核心网和用户网的纽带。根据接入网的传输介质不同，可以分为无线接入和有线接入。无线接入网从接入设备类型可分为微波设备无线直放站、射频拉远技术等；有线接入目前通常可分为双绞线接入、光纤接入和混合接入3种方式。无源光纤网（PON）是目前最流行的宽带网络接入技术。千兆无源光网络带宽更大，带的用户更多，效率更高。工信部于今年3月发布了《“双千兆”网络协同发展行动计划（2021—2023年）》，提出要持续扩大千兆光网覆盖范围，推动基础电信企业在城市及重点乡镇进行10G-PON光线路终端（OLT）设备规模部署，持续开展OLT上联组网优化和老旧小区、工业园区等光纤到户薄弱区域光分配网（ODN）改造升级，促进全光接入网进一步向用户端延伸。目标用3年时间，基本建成全面覆盖城市地区和有条件乡镇的“双千兆”网络基础设施，实现固定和移动网络普遍具备“千兆到户”能力，到2023年底，千兆光纤网络具备覆盖4亿户家庭的能力，10G-PON及以上端口规模超过1000万个，千兆宽带用户突破3000万户。但实际操作中，因无源光纤网实现起来更复杂，所以成本也更高。

移动通信室内覆盖系统现有方案主要包括室外覆盖室内、传统无源DAS、新型有源室分3种建设方案。目前在用户体验需求、5G应用场景以及技术创新之下，室内信号覆盖的空间分布特性研究与实践日渐普遍。目前常用的室内覆盖方案包括以天线阵列的形式呈现的室内基站天线以及室内分布系统两大类，室内分布系统为合路器、室内分布天线及耦合等多个微波器件的系统性整合，如图1所示。目前市场对室内覆盖系统的关注点在于宽频带、小型化及低成本等综合度量指标，室内小基站系统凭借其结构简易、频段灵活的优势，已成为实现室内覆盖的更优选择。

图1 移动通信室内分布示意图

卫星通信是利用卫星中的转发器作为中继站，通过反射或转发无线电信号，实现两个或多个地球站之间的通信。卫星通信系统可以划分为空间段和地面段。其中卫星空间段是整个通信系统的核心组成部分，主要包括空间轨道中运行的通信卫星，以及对卫星进行跟踪、遥测及指令的地面测控和监测系统；卫星地面段则以用户主站为主体，包括用户终端、用户终端与用户主站连接的“陆地链路”以及用户主站与“陆地链路”相匹配的接口。我国目前的卫星通信系统主要有卫星广播通信、卫星宽带互联网和卫星移动通信3种类型。经过多年的发展，我国已形成了比较完善的卫星产业链，主要包括上游卫星制造、卫星发射、卫星地面设备等材料设备，中游数据接收与处理，以及下游应用端，卫星通信、卫星导航、卫星遥感等，具体应用于卫星电视、广播、国防、交通等方向。产业链规模较大的代表性企业主要集中在北京、广东、上海、江苏、四川、湖北等地区。目前，北京具备相对完善的卫星产业链布局，是卫星应用产业链代表企业最多的地区。

2.信息通信技术在工业数字化中的应用

数字化时代，信息通信技术成为一种新型基础设施，贯穿于生产制造的各个流程，结合技术更迭，不断促进资源优化配置。传统制造企业是以大规模制造和销售为主，价值增值围绕产品生产的线性流程产生、扩展和延伸。在这个过程中往往产生模块割裂和信息不对称，共享程度较低。信息通信技术的不断更迭，大大降低了信息互通的成本，在提升生产和决策效率的同时，又不断优化和促进信息通信基础创新。

2.1 信息接入网在工业数字化中的应用

我国制造业体系庞大，门类较多，企业生产制造流程、工序及环境较为复杂，另一方面，制造业价值逐步向产业链两端延伸要求较高的工控精度，在这种情况下，生产设备的稳定性容易受到威胁。光纤传输具备的柔韧性，更好的解决上述问题，随着纳米材料、精密加工等技术的发展，光纤传输性能将逐步提升，光通信将成为下一步光纤网络发展的重要支撑。伴随技术更迭，硬件设备不断推陈出新，工业环境对数据交互流量的需求越来越大，表现在对硬件设备和传输速率的要求上，例如在工业监测环境中，需要较多高质量传感器，还需要实现远距离实时传输，传输介质还需适应较为恶劣的工厂环境。特别是在一些强腐蚀性、强电磁干扰及高温的工业环境中，光纤通信的优势就显现出来，可一定程度替代基于电缆的传感网络，实现远距离、大容量、弱干扰等目的。基于光纤的传感组网架构设计，在物联网的广大应用场景中应用更为广泛[2]。

2.2 移动通信室内覆盖系统在工业数字化转型中的应用

在室外网络不能保证建筑物内部的信号覆盖，例如基站距离较远，信号不能进入厂房，则需要在厂房内布置室内无线网络系统，且需要集成更多的无源设备和天线。同时，工业数字化及智能工厂等场景要求数据扁平化，对信息传输、到达、下达生产指令、分发、库存调配等各环节要求高度协同，基于信息通信技术的物联网络可以较好的实现上述需求，在结构扁平、低耦合、数据质量等方面不断创新[3]。通过安装移动通信室内覆盖系统，5G将有足够的信号覆盖范围，有望推动数字化进程，从孤立系统链接到大数据集成。随着5G的不断扩展和传感器接入互联网，高速度收集、感知和传输数据实现，越来越多的工业用途也将出现，增强现实辅助、机器视觉、脑机接口等新技术促进工厂的智能化率将逐步提升。

2.3 卫星系统在制造业数字化转型中的应用

目前，我国卫星通信领域以政府采购为主导，行业应用上以广电领域直播和多媒体为主流。伴随物联网在工业中的应用，天基物联网带来的市场空间广阔。《国家民用空间基础设施中长期发展规划（2015—2025年）》规划指出固定通信卫星和移动通信卫星并重发展，强化地面系统建设。天地一体化信息网络由天基骨干网、天基接入网、地基节点网组成，并与地面互联网和移动通信网互联互通，建成“全球覆盖、随遇接入、按需服务、安全可信”的天地一体化信息网络体系。建成后将使中国具备全球时空连续通信、高可靠安全通信、区域大容量通信、高机动全程信息传输等能力。

3.信息通信技术推动工业数字化存在的问题

现有研究及实践中，信息通信技术的采用能够显著提高制造业企业创新绩效已经成为共识，但在采用信息通信技术提升工业企业生产经营效率的过程中也存在一些值得注意的问题。

第一，以信息通信技术为基础的智能化软硬件产品及系统存在技术短板。信息通信技术的在工业中的应用大多结合物联网、云计算、人工智能等新技术，涉及设备及厂房的升级改造，其中在5G工业芯片等一些关键硬件、软件及平台技术上，与发达国家相比鸿沟仍然存在，这也是产业链向两端延伸的壁垒[4]。

第二，信息通信技术对数字化的正向作用需要多方协同。信息通信技术作为一项基础设施投资，存在投资效应的延迟，需要工业企业原有组织管理、人力资本、企业文化相关投资的协同和配合，才能加速数字化转型红利的释放，进一步提升企业生产经营效率。一方面是企业本身内部的数字化生态体系的协同，另一方面是企业外部、上下游以及整个产业链的数字化生态体系的建立，内外部协同程度的提升才能真正释放数字化带来的资源配置效率红利[5]。

第三，信息通信技术的应用成本较高。为充分释放5G技术优势，对5G基站数量、密度、技术等方面均提出较高要求。与4G相比，5G的建设周期长、成本高，特别是当前我国处于4G、5G并行时期，投资压力巨大。同时，在工业中人工智能的应用需要强大的算力支持，这对控制器等硬件的技术要求很高，支持高算力的控制器件价格昂贵，还有支持高敏感、高精度的传感器件同样如此。

4.相关建议

数字经济时代的到来和深化，信息通信技术为中国制造业转型升级和智能制造赋能，助力实现中国制造业高质量发展。整体来说，一是要加速形成企业内部数字化转型体系生态，整体提升制造业企业内部数字化能力。由于信息不对称带来高昂的交易成本，是生产流程效率低下、管理弊端凸显的重要原因，在信息通信技术的高效应用下，传统工业企业部门之间的边界被逐步打破，组织内部资源要素进一步实现优化配置，信息共享程度加深，资源利用效率显著提升，工业企业部门间协作成本降低，生产与职能部门之间相辅相成的作用得以优化。因此，信息通信技术更迭应用的同时，配套数字化系统的硬件、软件产品及企业各部门各流程的配合协同均需考虑在内，按照产品全生命周期业务过程，对研发、工艺、制造、检验与维修服务等阶段全方位覆盖，达到企业内部应用正向循环，相互促进。二是要配套企业外部数字化生态体系的建设，形成企业内外部数字化生态体系的良性互动。工业企业内外部数字化生态体系主要体现在产品价值网络的搭建上，借助信息通信技术，不断优化整合价值链、供应链、产业链，以用户体验为核心，提升生产、经营、流通速度，调整竞争策略，打通价值创造、传递和协同，最终实现价值交付。这个过程需要上下游合作企业、甚至整个产业链数字化水平的整体提升[6]。三是考虑到企业实际，要进一步结合金融创新，构建多层次、多渠道、多元化的资金支持机制，帮助企业应对资金问题。在应用信息通信技术以及在此基础上架构的物联网、工业互联网等新技术时，不乏一些企业顾虑较多，在改变现有生产模式流程等带来的接受程度以及改造效果方面的顾虑上，更多来源于资金投入的顾虑。因此需要有关部门加大支持，采用补贴、减税、租金等方面的措施，降低企业在资金方面的顾虑，调动企业积极性，提升工业企业数字化转型效率。