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88 2023年2月 第 2 期（第36卷 总第307期）月刊电信工程技术与标准化规 划 与 咨 询随着全球新一轮科技革命和产业变革深入发展，新一代信息技术与先进制造技术深度融合，推动制造业生产方式、组织形态、商业模式等变革与重塑，持续向数字化、网络化、智能化方向跃迁升级。智能制造成为全球各国抢占制造业新一轮竞争制高点的战略选择。智能制造融合 5G、物联网、AI、大数据等信息技术，以端到端数据流为基础，以网通互联为支撑，贯穿于设计、生产、管理和服务等制造活动的各个环节，具有自感知、自学习、自决策、自执行和自适应等功能。智能制造发展程度直接关乎我国制造业质量水平。5G 大带宽、低时延、高可靠和海量连接等技术优势，与智能制造的网络需求高度契合，可以深度融入设计、生产、管理和服务等制造活动的全环节；满足协同设计、远程操控、质量检测、物流运输和安全管理等多种场景的应用；支撑制造企业构建起覆盖全产业链、全价值链的全新制造和服务体系，助力其实现降本、提质、增效、柔性和安全发展。5G在智能制造行业融合应用的环境分析张晓娟，程锋，歧洁（中国移动通信集团设计院有限公司，北京 100080）摘 要 5G与制造业融合应用是推动智能制造发展的重要抓手。5G在智能制造行业融合应用的政策环境持续向好，行业企业围绕制造全环节积极探索应用场景，电信运营商和设备商也已形成较为丰富的技术储备并稳步创新，奠定了扎实的产业供给基础，但总体看仍处于发展初期，应用深度不足、成本过高和标准缺乏等问题突显，需探索形成规模化推广复制路径，加强技术研发以降低应用投入成本，加快构建5G应用标准体系。本文聚焦5G制造融合应用的外部环境，从政策、行业、产业和技术等维度，剖析环境影响，评估优势短板，并提出规模化发展策略建议。关键词 5G；智能制造；融合应用；环境分析中图分类号 TN915 文献标识码 A 文章编号 1008-5599（2023）02-0088-05收稿日期：2022-07-191 5G 在智能制造行业融合应用的政策环境国家大力推动 5G 与智能制造融合创新发展，顶层设计基本形成。近 3 年来，国家发改委、工信部等中央部委陆续出台了一系列政策文件，从宏观政策层面明确了 5G 在智能制造行业融合应用的顶层设计和战略规划，提出要加快实现 5G 等新技术在制造行业领域的深度应用和典型场景推广，为 5G 与智能制造融合创新发展指明了方向。具体政策要点见表 1。2 5G 在智能制造行业融合应用的行业需求当前制造行业聚焦数字化、网络化、智能化升级中的挑战和痛点，正加快利用 5G 改造工业内网，打造 5G全连接工厂，实现泛在感知、数据贯通、集成互联。同时，制造企业积极深化 5G 应用，围绕研发设计、生产制造、DOI:10.13992/ki.tetas.2023.02.00189 2023年2月 第 2 期（第36卷 总第307期）月刊电信工程技术与标准化规 划 与 咨 询运营管理、产品服务等全环节，打造典型应用场景，推动 5G 应用从外围辅助环节向核心生产环节渗透。研发设计环节。一方面，不同地区的科研人员可结合现场实验画面和数据、工业部件等数字模型，利用5G 网络在线协同完成实验流程、设计图纸的修改与完善。另一方面，利用 5G 技术采集生产单元各类数据，建设虚拟生产单元，实现产能预测、过程感知和转产辅助等功能。生产制造环节。一方面通过 5G 技术获得生产现场图像、视频及各类终端数据，设备操控员对现场工业设备进行精准操控，也可按需灵活组建多台设备协同工作体系，实现生产线根据产品需求快速柔性配置优化；现场操作人员通过 AR/VR 眼镜等智能终端获取增强图像叠加，实现装配环境可视化呈现，辅助完成复杂精细的设备装配。另一方面，利用 5G 技术实时采集上下游企业关键设备数据，对委托外部生产的工序进行监控并实时跟踪协同流程。此外，通过内置 5G 模块的仪器仪表，实时采集各类能源消耗数据和污染物排放数据，辅助企业降低生产能耗、减少污染物排放，实现清洁生产。质量检测环节。质检终端利用 5G+机器视觉，对高清图像进行识别与分析，实现产品缺陷实时检测、工艺检测自动告警、自动分拣与质量溯源。故障运维环节。利用 5G 技术实时采集设备运行状态数据，结合 AI、数据挖掘等技术实时分析，实现对设备故障的诊断、定位、报警和动态预测，评估设备健康状态，预判运行趋势，制定维护保养计划。物流运输环节。利用 5G 技术，对 AGV 等物流终端进行调度管理，实现全流程自动化、智能化的物流作业。通过部署基于 5G 网络的扫码枪和智能监控等终端，实现全厂货物盘点、码放、分拣等功能的自动化和智能序号文件名称政策要点发布时间发布单位1“5G+工业互联网”512 工程推进方案打造至少 20 项典型工业应用场景，培育 5G 与工业互联网融合叠加、互促共进、倍增发展的创新态势，促进制造业向数字化、网络化、智能化方向转型升级2019 年11 月 24 日工业和信息化部2关于推动先进制造业和现代服务业深度融合发展的实施意见加快人工智能、5G 等新一代信息技术在制造、服务企业的创新应用，逐步实现深度优化和智能决策2019 年11 月 15 日国家发展和改革委员会、工业和信息化部等3关于推动工业互联网加快发展的通知挖掘 5G 典型应用场景，提炼可持续、可复制、可推广的创新模式和发展路径2020 年3 月 6 日工业和信息化部4关于推动 5G 加快发展的通知加快垂直领域先导应用，突破“5G+工业互联网”关键技术，推动融合创新发展2020 年3 月 24 日工业和信息化部5工业互联网创新发展行动计划（2021-2023 年）支持工业企业建设 5G 全连接工厂，加快典型场景推广，促进应用从外围辅助向核心生产环节渗透。2020 年12 月 22 日工业互联网专项工作组65G+工业互联网”十个典型应用场景和五个重点行业实践介绍了远程设备操控、机器视觉质检等 10 个典型场景和装备制造业、电力行业等 5 个重点行业的实际应用情况2021 年5 月 31 日工业和信息化部7“5G+工业互联网”十个典型应用场景和五个重点行业实践（第二批）展示了生产能效管控、生产过程溯源等 10 个典型场景和家电行业、建材行业等 5 个重点行业的实际应用情况2021 年11 月 18 日工业和信息化部85G 应用“扬帆”行动计划（2021-2023 年）推进 5G 模组与 AR/VR、远程操控设备、机器视觉、AGV 等工业终端的深度融合，加快利用 5G 改造工业内网，打造 5G 全连接工厂标杆，支持 5G 在质量检测、远程运维、多机协同作业、人机交互等智能制造领域的深化应用2021 年7 月 5 日工业和信息化部、中央网络安全和信息化委员会等9“十四五”智能制造发展规划深入实施智能制造工程，推动数字孪生、人工智能、5G、大数据、区块链、虚拟现实（VR）/增强现实（AR）/混合现实（MR）等新技术在制造环节的深度应用2021 年 12 月21 日工业和信息化部、国家发展和改革委员会等表1 5G+智能制造相关政策90 2023年2月 第 2 期（第36卷 总第307期）月刊电信工程技术与标准化规 划 与 咨 询化，以及工业运输的全过程监控。安全管理环节。将巡检机器人、无人机、各类传感器、摄像头等监测设备接入 5G 网络，替代巡检人员进行巡逻值守，自动完成检测、巡航及记录数据、远程告警确认等工作，实现对生产现场的全方位智能化监测和管理。产品服务环节。利用 5G 技术构建全虚拟场景，实现产品细节的沉浸式体验和感受，进行操作技能培训和自由操作联系，叠加远端专家指导数据提供实时操作指导。纵观以上 5G 典型应用场景，共性需求是终端 5G接入能力和 5G 网络能力。终端 5G 接入能力即通过在工业设备、VR/AR、AGV、PLC 等终端上内置 5G 模组或部署 5G 网关，实现终端的网络化，完成信息采集、数据回传和远程操控指令接收等功能。5G 网络能力即5G 网络覆盖率和 5G 网络性能。在 5G 网络覆盖率方面，要求 5G 网络在制造企业全面覆盖，实现人、机、料、法、环、测等各要素的全面连接。在 5G 网络性能方面，要求充分实现大带宽、低时延、高可靠和海量连接性能，完成各应用场景下接入 5G 网络终端的信息采集、传输等通信工作。5G 在智能制造的典型应用场景见表 2。3 5G 在智能制造行业融合应用的产业环境围绕制造行业 5G 典型应用场景的需求，主要从 5G连接能力和 5G 网络能力两个维度分析 5G 在智能制造行业融合应用的产业环境。全球 5G 终端生态持续完善，支撑 5G 智能制造融合应用的连接能力。随着全球运营商持续推进 5G 网络部署，终端厂商加速推出多种类多款 5G 终端。据 GSA统计，截至 2022 年 2 月，全球 186 家设备厂商已发布1 292 款 5G 终端，同比增长 105%。已发布 5G 终端共涵盖 23 种类型，其中手机 643 款、CPE210 款、模组174 款、工业/企业路由器/网关/调制解调器 81 款、制造环节典型应用场景5G 应用需求研发设计协同研发设计端：VR/AR、5G 接入能力；网：5G 网络生产单元模拟端：生产设备、5G 接入能力；网：5G 网络生产制造远程设备操控端：工业设备、摄像头、传感器等、5G 接入能力；网：5G 网络设备协同作业端：工业设备、摄像头、传感器等、5G 接入能力；网：5G 网络柔性生产制造端：数控机床等、5G 接入能力；网：5G 网络；边：边缘计算现场辅助装配端：VR/AR、5G 接入能力；网：5G 网络精准动态作业端：大型机械、工业相机等、5G 接入能力；网：5G 网络生产能效管控端：仪器仪表、5G 接入能力；网：5G 网络企业协同合作端：工业设备、5G 接入能力；网：5G 网络；边：边缘计算质量检测机器视觉质检端：工业相机、激光扫描仪等、5G 接入能力；网：5G 网络；边：边缘计算工艺合规检验端：工业相机、传感器等、5G 接入能力；网：5G 网络；云：云平台；边：边缘计算生产过程溯源端：扫码枪、工业相机等、5G 接入能力；网：5G 网络；云：云平台故障运维设备故障诊断端：传感器、高清摄像头等、5G 接入能力；网：5G 网络设备预测维护端：工业设备、传感器等、5G 接入能力；网：5G 网络；云：云平台物流运输厂区智能物流端：AGV、叉车等、5G 接入能力；网：5G 网络；边：边缘计算厂区智能理货端：扫码枪、工业相机等、5G 接入能力；网：5G 网络；云：云平台全域物流监测端：智能监控终端、5G 接入能力；网：5G 网络安全管理无人智能巡检端：巡检机器人、无人机等、5G 接入能力；网：5G 网络生产现场监测端：传感器、摄像头、监测终端等、5G 接入能力；网：5G 网络产品服务虚拟现场服务端：VR/AR、5G 接入能力；网：5G 网络表2 5G在智能制造的典型应用场景91 2023年2月 第 2 期（第36卷 总第307期）月刊电信工程技术与标准化规 划 与 咨 询热点 55 款、平板电脑款 33 款、笔记本电脑 28 款、车载路由器/调制解调器/热点 11 款、其它终端 64 款。5G 网络基础设施有序推进，为 5G 智能制造融合应用奠定了良好的网络基础。工信部数据显示，截至 2021年底，我国累计建成并开通 5G 基站 142.5 万个，建成全球最大 5G 网，实现覆盖全国所有地级市城区、超过 98%的县城城区和 80%的乡镇镇区，并逐步向有条件、有需求的农村地区逐步推进。我国 5G 基站总量占全球 60%以上。每万人拥有 5G 基站数达到 10.1 个，比上年末提高近 1 倍。全年 5G 投资 1 849 亿元，占电信固定资产投资比达 45.6%。5G 智能制造融合应用的组网模式逐步清晰，三大组网方式基本形成。电信运营商垂直行业 5G 网络建设模式基本相同，包括基于公网切片的 5G 虚拟专网模式、基于用户面下沉的 5G 混合虚拟专网模式和 5G 独立专网模式。其中，中国电信推出 5G 定制网，采用“致远”、“比邻”、“如翼”3 类服务模式；中国移动推出“优享”、“专享”、“尊享”3 种模式；中国联通推出“5G 虚拟专网”、“5G 混合专网”、“5G 独立专网”3 类专网策略。4 5G 在智能制造行业融合应用的技术环境5G URLLC 标准持续演进，不断提升对 5G 智能制造融合应用的支撑能力。当前智能制造 5G 应用主要基于5G R15 增强移动带宽（eMBB）特性，以大带宽传输类融合应用为主。3GPP 于 2020 年 7 月冻结了 5G 第二版本 R16，5G URLLC 特性不断成熟，以低时延和高可靠性匹配控制网络需求，5G 网络端到端时延可达 20 ms，可应用于机器视觉和环境监测等场景。随着 3GPP R17和 R18 标准的推进，5G 网络端到端时延最低可达 4 ms，可满足人机控制界面和多台机器控制协作等场景。5G 与时间敏感网络（TSN）融合是保障 5G 智能制造融合应用的关键，分 3 个阶段有序推进。第一阶段是拼接式融合，主要实现 5G 与 TSN 的互通，即将原有已具备时间敏感网络特性的业务系统（如工业控制网络）与5G 系统进行网络拼接和流量调度协同，通过分段实现业务传输的确定性来提升端到端业务传送质量。第二阶段是 5G 承载网融合。TSN 技术用于 5G 前传网络成为现阶段试点应用方向，以 eCPRI 为接口的 5G 前传网络已经具备了与 TSN 融合部署的技术前提。第三阶段是深度融合。整个 5G 网络系统逻辑上将进一步升级为具备 TSN 特性的桥接系统，承载业务系统流量的远程确定性传送。5G 与 MEC 融合赋能智能制造 5G 应用的边缘智能。5G UPF 下沉到边缘与 MEC 融合部署后，可以在通信网络边缘对数据进行预处理，避免无效数据对网络资源的占用，同时对用户数据进行高速分发，缩短响应时间，支撑低时延高可靠业务应用。另外，ETSI 定义的 MEC支持无线网络能力和运营能力开放，有助于电信行业和制造业等垂直行业的快速深度业务融合和创新。5 环境影响评估与规模化发展建议综合 5G 在智能制造融合应用的政策、行业、产业和技术环境，5G 智能制造融合应用呈现以下优势。一是我国政策支持力度持续加强，5G 智能制造融合应用政策环境持续向好。二是智能制造行业主体 5G 探索热情高涨，围绕制造全环节打造 5G 典型应用场景。三是电信运营商和设备商加速 5G 产品生态打造和 5G 网络能力建设，形成 5G 智能制造融合应用比较优质的产业供给能力。四是 5G 技术标准持续演进和逐步落地，5G智能制造融合应用技术基础扎实且稳步创新。当前 5G 与智能制造融合应用仍处于发展初期，随着 5G 应用探索不断深入，典型应用场景逐步明确，但是 5G 应用规模化发展还存在一定差距，仍面临突出问题。一是 5G 与智能制造融合应用的深度不足。出于对安全风险的担忧，5G 与智能制造的融合主要应用于辅助类业务，尚未充分融入核心生产业务。此外，当前涌现的典型应用场景主要来源于领先企业的点状探索，尚未形成标准化、模块化和精准化的规模化推广路径，其它制造企业面临“不会用”难题。二是 5G 与智能制造92 2023年2月 第 2 期（第36卷 总第307期）月刊电信工程技术与标准化规 划 与 咨 询Environment analysis of 5G application in intelligent manufacturing industryZHANG Xiao-juan,CHENG Feng,QI Jie（China Mobile Group Design Institute Co.,Ltd.,Beijing 100080,China）Abstract The application of 5G in manufacturing is important approach for promoting the development of intelligent manufacturing.This paper analyzes environmental impact on 5G application in manufacturing,and evaluates advantages as well as shortcomings from the dimensions of policy,industry and technology.Also,this paper puts forward large-scale development strategy suggestions of 5G application in manufacturing.we fi nd that increasing policies support the 5G application in intelligent manufacturing,industry actively explore 5G typical application scenarios.Meanwhile,telecom operators and equipment vendors have accumulated rich technology,which lay solid industrial supply foundation.However,5G application in intelligent manufacturing is still in the early stage,facing challenges such as insuffi cient depth,high cost and lack of standards.It is urgent to form large-scale promotion path,strengthen technology research,reduce application cost,and construct standard system.Keywords 5G;intelligent manufacturing;integrated application;environment analysis融合应用的成本过高。我国制造业发展水平参差不齐，诸多企业尤其是中小企业还处于自动化信息化补课阶段，相对薄弱的数字基础导致 5G 应用前期投入成本较高，面临“不敢用”瓶颈。三是 5G 与智能制造融合应用的标准缺乏。5G 智能制造融合应用的标准统筹尚未形成，缺乏芯片/模组、网络、平台、安全体系架构、应用需求、术语定义等基础共性标准和重点解决方案标准。5G 智能制造融合应用的发展是一项系统工程，要充分发挥制造行业主体需求的巨大拉动作用，探索 5G与制造全过程深度融合的应用场景和推广路径，主要有以下建议。一是深化融合应用，探索形成特色规模化推广复制路径；着力构建 5G 安全保障体系，加速 5G 与制造企业核心生产业务的融合，打造典型应用场景；构建“点线面”相结合的试点示范体系，编制典型应用案例集和白皮书，不断强化示范引领，探索形成标准化、模块化和精准化推广路径。二是加强技术研发，降低制造企业 5G 应用投入成本；加速 5G 芯片、模组和网关等研发，推动 5G 模组与 AR/VR、远程操控设备和AGV 等工业终端的深度融合；推动芯片、模组和终端价格进一步下探；聚焦中小微制造企业特点和需求，深入研究 5G 网络部署架构、网络配置、业务部署、网络和数据安全等关键问题，开发轻量化、易维护和低成本的一站式 5G 集成服务。三是加快构建 5G 智能制造融合应用标准体系。系统推进智能制造 5G 融合应用标准研究，加强行业融合终端和网络建设等标准研制，统筹龙头企业、通信运营商和行业标准化组织等各方力量，合力推动制造行业应用标准的制定与应用落地。6 结束语从政策、行业、产业和技术维度，本文分析了 5G制造融合应用的外部环境。基于环境影响剖析，评估了5G 制造融合应用发展的优势短板，提出了规模化发展建议。5G 制造融合应用的环境持续向好，具备了稳步发展基础，但应用深度不足、成本过高等问题凸显，要实现规模化发展，需从深化融合应用、加强技术研发、加快构建标准体系等方面持续发力。本文研究对 5G 制造融合应用具有一定的指导意义，随着环境变化还需要进一步研究和演进。参考文献1 中国信息通信研究院.中国“5G+工业互联网”发展报告R.北京：中国信息通信研究院,2021.