工业和信息化部部长苗圩曾说:“未来80%的5G应用场景在工业互联网领域。”11月22日,工信部办公厅印发“5G+工业互联网”512工程推进方案,目标到2022年,突破一批面向工业互联网特定需求的5G关键技术。

5G在个人消费领域已经商用,但在工业领域的应用才刚开始。工业应用对5G有多个特殊要求,如需要确定性、实时性、安全性的通信技术。这些需求的实现并不容易,尚无太多案例。甚至有工业制造企业决定自建5G专网,不采用运营商5G公网,引起业界的路线争议。

而业界领先的组织和企业,则决定先抛弃争议,从标准入手,孵化应用案例。12月24日,华为与机械工业仪器仪表综合技术经济研究所(以下简称仪综所)成立5G工业应用联合创新实验室。

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双方希望根据仪综所在工业行业的丰富经验,产生有实际商业价值的创新5G工业解决方案,并通过国家标准或行业标准的方式,推广到国内工业市场形成规模部署,为“5G+智能制造”的国家工业体系建设战略做出贡献。

但是业界提出疑惑,仪综所与华为为何选择彼此,发力5G工业应用?到底要如何推动实验室的工作?给产业将带来什么影响?就此,记者近期走进仪综所位于北京亦庄的基地,实地采访并参观。

5G+工业价值巨大,但规模应用存挑战

5G 网络的商用部署正在快速展开,很多手机用户已经用上了5G,体验到了更优质的移动互联网服务。据GSA截至今年10月的数据,全球已有103个国家的321运营商投资5G网络,62运营商已部署5G网络,46运营商已发布5G商用,预计年底将超过60张。5G终端发展速度远超预期,终端芯片厂商发布4款5G SoC,超172个5G终端。5G发展速度远超过4G。

5G时代,移动通信从以人为核心的联接延伸向万物互联,成为全行业数字化转型的使能技术。5G大带宽、低时延和高可靠的网络特性,使其成为工业控制网络体系的重要组成部分,也是第四次工业革命的重要基石。

“5G将在全球范围内颠覆传统制造模式和产业形态,推动传统产业转型升级和新兴产业发展壮大。基于5G技术的工业应用将催生全新的工业生产业态,成为驱动工业经济高质量发展的新引擎。”华为无线网络产品线副总裁、首席战略官徐伟忠表示。

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5G是领先的无线技术,可以服务智能制造的多样场景。除了可以用在大量的必须采用无线通信的工业场景(旋转类机械数据采集,或采油、油气管线等生产现场距离过远),5G的低时延特性可以实现运动控制、机器间控制、移动机器人以及带安全控制的移动面板。而5G的高带宽可以实现工业VR/AR(生产运维、技工培训)及高清视频监控等应用。

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但是,针对工业的5G 技术应用,还处于摸索阶段,存在大量问题需要解决。“5G服务工业应用,需满足性能、安全、自治、对接需求。”徐伟忠表示。

对此,仪综所所长欧阳劲松特别介绍,工业制造有个很大的特点,就是工业现场环境一般比较恶劣,比如高温、高湿、多尘、电磁干扰大等。这些都可能导致设备运行和通信质量不稳定从而影响生产制造。

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所以对于工业而言,工业应用传输速率、带宽等不是唯一的决定性因素,而具体决定性因素有三点。欧阳劲松详细介绍,第一,确定性和实时性相辅相成,二者综合表示工业测控网络中的数据传输时间是确定可预测;第二,可用性:在给定条件下,事物在预定时间或时间间隔内处于某个状态并执行所要求功能的能力;第三,安全性,不仅是信息安全,更重要的是功能安全以及两者的融合协调和一体化,来保证工业安全。

合建5G实验室:4方面落地工业应用

面对上述挑战,我们看到全球目前成立了一些相关的5G工业联盟,比如德国电气和电子制造商协会(ZVEI)的基础上正式成立了5G产业自动化联盟,中国移动牵头成立的5G工业互联网联盟。这些联盟大多还是从信息技术出发,缺少实际实验室的相关支撑。

此外我们还看到,有的工业企业选择自建5G网络。比如富士康推出了全球第一款为工业互联网设计的5G小基站,借此实现振动传感器和4K摄像头快速闭环控制品质监控。在德国,西门子在汽车测试中心演示在真实工业环境中基于3.7-3.8GHz频段的首个5G独立模式(SA)企业专网。西门子计划将5G应用在自动导引运输车(AGV)等工业设备。

值得肯定的是,领先工业组织选择与领先运营商以及电信设备商合作,打造实验室进行探索。比如华为与仪综所近期成立5G工业应用联合创新实验室。徐伟忠介绍,联合实验将聚焦工业控制层和现场层通信,解决工业协议对接并形成标准。

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而谈及5G 联合创新实验室主要建设内容,欧阳劲松介绍,仪综所与华为双方在需求分析、技术研究、标准制定、测试床试验验证以及推广应用方面进行分工协作,主要建设内容包括4个方面。

第一,技术研究:5G联合创新实验室将进行5G工业应用场景与需求分析,5G功能安全与信息安全研究、5G与OPC UA融合技术研究。双方目标是通过5G和OPC UA对接,提供完整的工业通信解决方案。

第二,标准制定:5G工业应用的相关标准化工作。双方将支撑相关行业/国家标准制定探索5G在工业的快速部署和应用的可行模式,推动落地。

第三,测试床建设:充分利用仪综所智能制造试验验证平台的已有资源,构建面向设备与设备通信、机器视觉检测等功能的试验验证测试床。通过工业5G性能验证,双方将发现5G在工业控制层和现场层的不足。

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图注:仪综所已建的智能制造试验验证平台资源

第四,推广应用:创新合作模式,共建推广平台,共同开展工业5G、OPC UA等技术的推广活动、学术研讨、企业对接等,推动5G工业应用的示范项目建设,形成一个有中国实际特色的5G工业应用生态。

据记者了解,此次欧阳劲松多次提到的OPC UA,是I 4.0参考架构模型推荐的唯一通信层标准。5G + OPC UA可以提供完整的工业无线通信解决方案。OPC UA和底层通信技术(如5G、TSN)结合,提供由传感器到云端的统一通信方式。

欢迎更多单位加入,已有标准立项

当然,可能很多人就想问,仪综所与华为为何选择彼此成立5G联合实验室?双方有何独到优势能够互补?

据了解,仪综所这家单位不得了:是国家智能制造标准化总体组副组长单位,全国工业过程测量控制和自动化标准化技术委员会(SAC/TC124)秘书处,在工业通信与集成、传感器与仪器仪表、智能制造、工业安全等工业基础技术与行业应用方面具有较长时间的研究与积累,建立有Profibus、profinet 国内最为领先与完备的现场总线/工业以太网测试认证实验室。

谈及双方合作的原因,徐伟忠表示,双方优势互补,开展战略合作,建设5G工业应用联合创新实验室,聚焦我国离散、流程等典型行业,围绕5G 在工业应用开展关键标准、相关技术研究与试验验证和应用推广,可以推动OT技术和IT技术的融合,为我国制造业高质量发展做出应有的贡献。

当然,仅靠仪综所与华为还无法让5G工业应用走向规模商用。所以,该联合创新实验室在成立之初,就欢迎更多企业和研究单位加入。

欧阳劲松所长介绍,仪综所与华为合作的5G工业应用联合创新实验室秉承开放态度,欢迎工业企业、信息技术企业、移动网络运营商、科研院所等加入实验室,就工业应用场景分析、关键技术突破、标准制定、测试床构建、示范应用进行分工协作。

据悉,目前SAC/TC124标委会已经启动了《工业无线蜂窝网络第1 部分:通用技术要求》国家标准的制定。“我们欢迎大家的加入,只有更多地OT和IT领域单位和专家加入,才能更大的发挥5G工业应用联合创新实验室的平台效应。”欧阳劲松表示。

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