５Ｇ 环境下工业互联网的创新应用研究

摘 要：基于我国经济发展与制造业转型升级的需要，相关部门高度重视 5G、工业互联网等新型基础设施建设。由于“5G十工业互联网”创新应用能够产生倍增效应，并为我国发展和推进“中国式现代化”建设创造有利条件，因此文章针对 5G 环境下工业互联网的创新应用展开探讨。通过分析互联网联合 5G 技术创新应用的价值，明确“5G十工业互联网”的主要作用范围，再通过分析“5G十工业互联网”应用场景，明确主要应用方向与创新路径。最后，结合目前“5G十工业互联网”应用取得的成果，就如何进一步创新作出阐述。

关键词：5G 时代：工业互联网 ：创新应用

中图法分类号：TP311文献标识码：A

１ 引言

２０２１ 年２ 月１８ 日，相關部门印发《工业互联网创新发展行动计划（２０２１?２０２３ 年）》，提出要进一步提高工业互联网新型基础设施建设数量与质量，助推产业综合实力得到全面提升。同年７ 月，相关部门联合印发《５Ｇ 应用“扬帆”行动计划（２０２１?２０２３ 年）》，指出要在２０２３ 年实现我国５Ｇ 应用发展水平的显著提升，基于ＩＴ，ＣＴ，ＯＴ 的深度融合打造新生态，从而保障重点领域５Ｇ 应用在深度和广度两个层面都实现实质性突破。不仅如此，相关部门还多次对５Ｇ、工业互联网等新型基础设施建设作出批示。在“中国式现代化”建设的战略目标下，“５Ｇ＋工业互联网”是保障行业产业活力与持续发展的重要基础。基于此，本文对５Ｇ 环境下工业互联网的创新应用进行了深入探讨。

２ 工业互联网联合５Ｇ 技术创新应用的价值

２．１ “５Ｇ＋工业互联网” 是新型基础设施的关键支撑

随着我国各行业产业基于“中国式现代化”目标持续推进内部建设转型升级，“５Ｇ＋工业互联网”赋能行业产业创新发展，并拓展行业产业发展新空间，打造新业态、新模式，助推行业产业加快升级传统基础设施等应用价值，进一步凸显出来［１］ 。“５Ｇ＋工业互联网”成为新型基础设施的关键与代表。随着现代科技的不断进步，目前我国工业互联网已经成为新一代信息通信体系的主导，并且可以作用到实体经济，促进其效益增长。尤其是工业互联网汇集了移动通信、大数据、人工智能等领域的先进成果，基于“５Ｇ＋工业互联网”推进新型基础设施建设，可以充分满足各领域革新基础设施建设的多样化需求。此外，“５Ｇ＋工业互联网”可以实现在推进新一代信息网络建造的同时，推动实体经济高质量发展，从而达到双向驱动的效果。

２．２ “５Ｇ＋工业互联网” 为经济社会发展增加动力

根据相关部门印发的《“十四五”数字经济发展规划》，指出目前相关行业产业的阶段性目标与重点推进任务，主要围绕以下几个方面：其一，实现基础设施的智能升级；其二，建设完备的工业互联网基础设施；其三，加快推动我国数字产业化；其四，完善５Ｇ、人工智能、工业互联网等重点产业供应链体系。这４ 个项目的建设相互影响、相互促成、相互作用，保证了基础设施实现全面有效的智能升级。这离不开“５Ｇ＋工业互联网＋人工智能”等重点产业之间形成完整、完善的供链体系，而工业互联网基础设施的建设质量与规模，又会对供链体系和基础设施智能升级产生较大影响，同时“５Ｇ＋工业互联网”赋能我国数字产业有助于经济效益增长。因此，“５Ｇ＋工业互联网”可以作用于农业、服务业、数字产业等多个领域，以催生新业态，为经济社会发展增加动力，还能进一步刺激市场释放更多活力。

３ “５Ｇ＋工业互联网”应用场景分析

３．１ 融合创新的产业主体

基于新型基础设施的规划与应用设计，从“５Ｇ＋工业互联网”的供需方对其实际应用进行分析，发现制造业企业是主要需求方，供给侧则由技术、平台、应用３ 方面同时主导。一方面，制造业企业要实现对传统基础设施建设的智能化、数字化升级，还要保障生产、销售、物流、售后服务等活动的正常推进与持续优化，这就需要“５Ｇ＋工业互联网”的支撑，即技术、平台、应用完全契合制造业企业的转型需要。而“５Ｇ＋工业互联网”集聚高速率、低延时、大连接、智能化、通信多样化等特点和优势［２］ ，是目前能够实现构建新型基础设施的关键。另一方面，“５Ｇ＋工业互联网”在技术层面实现了移动通信运营商与设备商的业务衔接，为制造业企业提供了其生产、建设所需的网络设备和重点产品；而在平台层面，“５Ｇ＋工业互联网”实现了系统集成商、平台运营商、解决方案服务商功能的多效整合，可以为制造业企业提供满足各项业务需求的“一揽子集成服务”；在应用层面，“５Ｇ＋工业互联网”实现了软件产品提供商、内容服务商之间的高效对接，可以为制造业企业提供多种产品和完备的信息服务系统。

３．２ 革新工业生产与管理

“５Ｇ＋工业互联网”的典型应用场景主要分布在工业生产设备改造、工业生产全流程管理等层面。“５Ｇ＋工业互联网”目前已经实现了ＡＩ 感知、远程控制、预警分析、品质溯源等技术［３］ ，并且相应的应用场景已经基本构建完成，可以正式投入大规模生产中应用。其中，基于感知控制的“５Ｇ＋工业互联网”应用场景，是基于新型信息通信网络建设，在生产设备中融入传感器、通信模组等，以监控生产过程，通过将感知到的生产设备信息数据经由５Ｇ 网络通信传输至平台控制版面，并基于大数据技术、云计算技术等演算、推导出合适的处理方案，然后由操作人员检验与下传指令，对生产设备运行进行调整。在品质管理方面，企业生产制造借助“５Ｇ＋工业互联网”，实现将工厂生产产品的全量数据高效传输至数据库，以及时发现产品质量问题并完成问题溯源，从而提高故障问题定位精准度。

４ ５Ｇ 环境下工业互联网的创新应用

４．１ “５Ｇ＋超高清视频”

多地响应国家号召积极推进新型基础设施建设，打造“５Ｇ＋超高清视频”的产业基地，并加快打造超高清视频产业链，促进技术升级和商业模式优化。目前，超高清视频的突出成果有：春晚８Ｋ 直播、元宵“５Ｇ＋８Ｋ”烟花秀、裸眼３Ｄ 影片等。其不仅提升居民多样化的生活体验，而且有效提高居民生活质量，还实现了相关技术商业价值的显著提升，为地方市场经济迸发活力进行了科学催化。基于“５Ｇ＋超高清视频”在目前阶段的发展目标，地方产业需要重点把握“４Ｋ／８Ｋ＋”新业态的任务，打造具有区域特色和示范带动效应的超高清视频产业发展高地［４］ 。基于此，四川省有关部门对相关企业单位提出，要灵活应用“百城千屏”活动创新超高清视频产业发展，重点革新高清户外大屏的建设，如裸眼３Ｄ 显示屏投屏展览等，保证对外（需求方）输出优质内容，同时推进超高清视频应用场景模式创新。对此，建议将民族传统优秀文化同３Ｄ 建模、动画演示、裸眼３Ｄ 影片进行有机结合，如利用年轻人喜爱的汉服文化，通过历史探索等主题设计３Ｄ 仿真动画，通过裸眼３Ｄ 影片进行户外投屏展示，衔接地方文化旅游产业推出系列产品，从而拓宽打造“新业态”的活动渠道。

４．２ “５Ｇ＋ＡＲ ／ ＶＲ”

“５Ｇ＋ＡＲ”“５Ｇ＋ＶＲ”的技术成果也十分多，目前比较亮眼的前沿技术成果代表为杭州灵伴科技设计的一体式工业ＡＲ 头环Ｘ?Ｃｒａｆｔ。这款ＡＲ 智能设备同时配备了“语音＋手势交互” “北斗／ ＧＰＳ 双模定位”“５Ｇ 通信模组”“本安一区防爆”等技术，并且设计了ＩＰ６６ 级别的防尘防水及防摔功能，可谓是一个小型的多功能智能化平台，其中融入了ＡＩ 和ＡＲ 等新科技，有效地提升了人员生产力水平。该设备的产出与应用为电力行业作业提供了多重保障，也助力其他领域的技术人员发散思维创新多种产品设计。因此，建议制造业企业基于客户需求，以具备实质性，以及契合多元需求的創新产品丰富客户的选择，才能保证其内部基础设施建设革新与生产活动经济效益增长实现“两手抓”。例如，南昌市可以利用好自身ＡＲ／ ＶＲ 科技基地的优势，推进“ＶＲ·未来”产品革新，基于“５Ｇ＋ＡＲ／ ＶＲ”突出ＡＩ 互动设计，利用人工智能技术进行多样化的人机互动，并搭载面向居民生活的创新型产品，由ＡＩ 主导为受众带来契合其个性化需求的生活体验。比如，将“５Ｇ＋ＡＲ／ ＶＲ＋ＡＩ”衔接新能源汽车产品创新设计，通过用户在ＶＲ 场景中的体验，利用ＡＩ进行全方位的数据信息收集，然后依据相关数据创新新能源汽车产品及其功能。

４．３ “５Ｇ＋无人机”

“５Ｇ＋无人机”的应用研发也是瞩目热点，如“５Ｇ＋低轨卫星以及５Ｇ＋高空无人机项目”，成功研制了低轨卫星信关站、机载基站、地面站等设备原型样机，还有“全自主５Ｇ 网联无人机（机巢）”项目，赋能城市综合管理。其中，“全自主５Ｇ 网联无人机（机巢）”产品有助于解决城市管理、环境巡查、应急救援、文物保护等无间隙巡查值守问题，不仅能够最大限度节省成本，还能有效降低巡检、救援搜索等工作的难度与强度，保证了城市综合管理工作的效率与质量。“全自主５Ｇ 网联无人机（机巢）”具有精准起降、数据交换存储等特性［５］ ，以其文物保护功能为例，建议加强无人机拍摄技术，将超高清视频技术与之进行有机结合，进一步提升对文物贴近拍照和摄影测量的功能效果，同时融入热成像、红外扫描仪等技术，对实景环境进行监控与因素分析，尽量做到全方面透视测绘。后台连接ＡＩ 控制，基于传输回来的信息技术与图片摄影，进行物品自动化生成与多维度３Ｄ 展示，并分析列举成分，从而有利于文物保护工作人员深入了解文物的完整程度，并对已经受到破坏的文物进行数字化存档和制定详细、科学的挖掘计划。

４．４ “５Ｇ＋远程控制”

“５Ｇ＋远程控制”的应用主要集中在全自动化生产管理等方面，具体应用场景包括各类矿产开发、钢铁材料生产、带电作业等。目前，前沿的技术成果与应用模式有：国网青岛供电公司研发的“５Ｇ＋带电作业机器人”远程控制系统；“５Ｇ＋ＡＲ”远程辅助下，实现天车、加渣机械臂的远程设备精准操控；５Ｇ 煤矿井下网络，对爆破全过程的高清监测与控制。

“５Ｇ＋远程控制”的应用设计常常会与ＡＩ 技术、ＡＲ 技术、ＶＲ 技术、机器视觉等进行联合，通过叠加各类技术的功能效果来保障安全作业、高效作业和精准作业。基于目前已有成果，建议考虑优化基于“５Ｇ＋ＡＩ＋远程控制”的医学机器人设计，面向临床一些常见的但操作要求较高的微创手术等，由医学机器人主刀，医护人员辅助操作与现场监管，并安排专员对每场手术进行控制平台监测，以确保手术过程的科学顺利。这不仅能够进一步保障临床手术的成功率与工作质量，以及实现高精度的手术操作，还能进一步提高医护人员资源利用率，这一点主要体现在可以将一场手术的医护人员进行合理缩减，提高手术室排班率，确保每一位病患都能得到及时的科学治疗。与此同时，也可以将“５Ｇ＋ＡＩ＋远程控制”引进医院消毒供应中心，让更多医护人员保留在临床一线工作，在减少消毒供应中心的人力资源消耗的同时，还能依托客观数据完善消毒供应工作。

４．５ “５Ｇ＋云化ＡＧＶ”

目前，大型物流仓储企业已经在其工厂内引入ＡＧＶ，以代替传统的人工配送材料和成品分拣作业。但由于现阶段ＡＧＶ 调度还是依托于Ｗｉ?Ｆｉ 通信方式实现运行，而Ｗｉ?Ｆｉ 通信基于自身特性存在易干扰、切换和覆盖能力不足的问题，因此在一定程度上限制了ＡＧＶ 的更高效运行［６］ 。对此，广和通公司基于５Ｇ 模组赋能云化ＡＧＶ 革新了应用模式，不仅实现了对物流各个环节、环境更加高效、直观、准确的数据获取，还依托物流运输、商品装捡等工作收集到的数据，进一步优化了用户端、管理端以及作业端的衔接工作。除此之外，该模式下还能充分利用５Ｇ 高并发特性，做到在同一工段、同一时间点开展更多的ＡＧＶ 进行协同作业。但是，“５Ｇ＋云化ＡＧＶ”仍然面临“应用受限于与设备深度融合需求”的问题。因此，建议加快推进“５Ｇ＋云化ＡＧＶ”应用产业生态建设，建立制造业、运营商、设备商跨部门协作机制，从而破除行业壁垒，引导产业链各方深入合作，推动制造业５Ｇ 应用标准的开发制定，为产业发展提供保障服务。

５ 结束语

５Ｇ 环境下工业互联网的创新应用，是顺应时代发展和契合市场需求的必然结果。当前，基于“５Ｇ＋工业互联网”推进新型基础设施建设， 加快打造新业态，全面提升制造业生产质量，是激发社会经济活力，推进我国“中国式现代化”建设的重要基础，也是保障制造业企业转型升级，实现经济效益增长的中心支撑。因此，各行业产业要积极创新“５Ｇ＋工业互联网”应用，实现“５Ｇ＋工业互联网”赋能企业发展、行业建设。

参考文献：

［１］ 朱海涛．徐工集团５Ｇ＋工业互联网创新应用建设组网解决方案研究［Ｊ］．江苏通信，２０２１，３７（１）：６８?７３．

［２］ 祝思雨．５Ｇ＋８Ｋ：战略标本催生超高清创新应用［Ｊ］．互联网经济，２０２０，（１２）：７２?７５．

［３］ 山东移动携手卡奥斯共建５Ｇ＋工业互联网示范区［Ｊ］．智能城市，２０２０，６（１４）：１０５．

［４］ 郭兆晖．５Ｇ 时代的工业互联网创新应用［Ｊ］．互联网经济，２０２０，（７）：４６?４９．

［５］ 本刊编辑部．５Ｇ＋工业互联网：智造“乘数效应”［Ｊ］．产城，２０２０，（１）：１８?１９．

［６］ 邬贺铨，肖正强，邹慧，等．加快５Ｇ 时代江西信息产业融合发展的建议［Ｊ］．江西科学，２０２０，３８（１）：１?６．

作者简介：

欧阳波（１９８９—），本科，工程师，研究方向：信息技术。