5G+工業互聯網觀察——應用篇
5G與工業互聯網的結合是5G應用的重要領域，前一篇《5G+工業互聯網觀察——政策篇》我們對5G+工業互聯網的相關政策進行了整理和分析，本篇繼續從應用的角度整理目前的典型場景和重點行業，并進行簡單的分析。
（一）
工業互聯網應用場景分類
工業互聯網是行業數字化轉型的重要方法論和模型，通過將“人、機、物、系統”等進行全面連接，構建起覆蓋全產業鏈、全價值鏈的全新制造和服務體系，為工業乃至產業數字化、網絡化、智能化發展提供了實現途徑。那么工業互聯網具體都有哪些應用呢？信通院根據對國內外一千余個案例的統計分析，將工業互聯網的應用分為6大類、26小類應用：(1)產品工藝研發：用戶交互、產品設計與仿真、產品試制與驗證、工藝與輔助制造。
(2)生產過程管控：排產與調度、物料管理、設備管理、質量管理、能耗與排放管理、安全生產管理
(3)經營管理模式：采購管理、庫存管理、物流配送與運輸管理、財務與人力管理、營銷與客戶管理、運營管理決策
(4)運維服務：設備資產運維、產品后服務
(5)多環節協同優化：生產管控一體化、供應鏈一體化、產品全生命周期管理
(6)新模式新業態：協同設計與眾包眾創、制造資源共享與配置、C2M與規模化定制、金融物流等跨領域融通、基于平臺的新型交易
根據對國內外應用情況的對比分析，信通院提出以下觀點：從相同點來看：生產管控、經營管理、運維與服務幾大模式是國內外共同追逐的熱點，但其中：國外基于較高的數字化基礎，在生產管控和經營管理領域開展大數據建模的深層次優化，我國兼顧數字化補課；設備運維服務中，國外高價值設備+復雜分析應用顯著領先我國。
從不同點來看：國外在數據驅動的產品工藝研發環節應用全部領先我國；國內在共享制造、個性化定制、產融創新等模式創新方面更為活躍。
（二）
5G+工業互聯網典型應用場景和行業實踐
《“5G+工業互聯網”512工程推進方案》成果發布：2021年5月，發布第一批10個典型應用場景在5個重點行業的實踐(1)協同研發設計：包括遠程研發實驗和異地協同設計兩個環節，關鍵技術包括5G、AR/VR、數字孿生技術等。(2)遠程設備操控：利用5G、自動控制、邊緣計算等技術，實現現場高清視頻的回傳，并將控制指令快速、準確、可靠的發送給工業設備，實現遠程操控。
(3)設備協同作業：通過5G網絡實時采集設備運行軌跡、工序完成情況等相關數據，實現設備協同工作方式優化。
(4)柔性生產制造：通過5G替換有線的連接，實現設備連接無線化，減少布線成本，同時支持快速產線重構和優化。
(5)現場輔助裝備：利用5G、AR/VR、Pad等，采集現場圖像、視頻、聲音等數據，回傳云端處理生成輔助信息下發，提升現場操作人員的裝配水平。
(6)機器視覺質檢：利用5G將工業相機采集物料/產品信息回傳，利用AI進行分析，實現物料/產品的缺陷檢測。
(7)設備故障診斷：利用5G實時采集設備狀態數據、運行數據和現場視頻數據進行全周期監測，并利用數據挖掘、AI技術進行故障判斷和預測性維護。
(8)廠區智能物流：利用5G支持AGV、AMR、叉車等，實現產線配送和智能倉儲等。
(9)無人智能巡檢：通過5G將巡檢機器人、無人機等采集的現場視頻、語音、圖片等各項數據回傳，利用人工智能技術進行分析。
(10)生產現場監測：利用5G將生產現場的環境、人員動作、設備運行等監測數據，回傳至生產現場監測系統，對生產活動進行高精度識別、自定義報警和區域監控。
以上10個典型應用場景同時在5個重點行業得到應用和實踐：
(1)電子設備制造業：華為、海爾、格力、中興等利用5G技術積極實踐柔性生產制造、現場輔助裝配、機器視覺質檢、廠區智能物流等典型應用場景，顯著提高了生產制造效率、降低了生產成本、提升了系統柔性，為電子設備制造行業實現數字化轉型進行了有益探索。
(2)裝備制造業：中國商飛、上海外高橋造船有限公司、三一重工、福田汽車等應用5G技術積極探索協同研發設計、設備協同作業、現場輔助裝配、機器視覺質檢、廠區智能物流等典型應用，取得明顯成效，為裝備制造行業的高速發展注入新動力。
(3)鋼鐵行業：華菱湘鋼、鞍鋼、寶鋼、馬鋼等應用5G技術積極探索遠程設備操控、機器視覺質檢、設備故障診斷、生產現場監測等典型應用場景，覆蓋鋼鐵生產全流程，取得了提質降本增效、綠色發展的顯著效果，推動了產業升級及行業轉型。
(4)采礦行業：新元煤礦、千業水泥、龐龐塔煤礦、鮑店煤礦等利用5G技術積極實踐遠程設備操控、設備協同作業、無人智能巡檢、生產現場監測等典型應用場景，成效顯著。
(5)電力行業：中核集團、國家電網、南方電網等利用5G技術，實踐在發電環節的現場輔助裝配、輸電環節的無人智能巡檢、配電環節的設備故障診斷、用電環節的生產現場監測等典型應用場景，取得了明顯成效。
2021年11月，發布第二批10個典型應用場景和5個重點行業的實踐：
(1)生產單元模擬：基于5G網絡實現生產數據的實時采集，利用數字孿生、人工智能等技術建設虛擬生產單元，模擬、仿真、分析物理生產單元運行過程，實現產能預測、生產優化和精確管控
(2)精準動態作業：5G結合北斗定位能力，對生產設備的位置和姿態精準測量，根據生產需要實時動態調整，提升作業精度和自動化水平。
(3)生產能效管控：利用5G大連接技術能力，實現對海量能效數據、排放數據的秒級采集，結合人工智能技術分析，優化生產能效，實現節能減排。
(4)工藝合規校驗：5G+機器視覺+人工智能，采集實際生產工序各項數據和操作行為，與標準工藝流程對比分析，實現對配料錯誤、危險操作等自動告警。
(5)生產過程溯源：5G與區塊鏈、工業互聯網標識結合，將生產過程中人、機、料等信息掛了，實時追溯產品批次、品質等信息，輔助動態調整工業參數，提高產品質量。
(6)設備預測維護：將生產設備接入5G網絡，實時監控設備性能和狀態，結合歷史數據實現設備運行趨勢的提前預判，故障的提前預警。
(7)廠區智能理貨：部署基于5G網絡的掃碼槍，工業相機等信息采集終端，識別貨物標識、外觀、尺寸等信息，實現廠區貨物盤點、碼放、分揀、倉儲的自動化、智能化。
(8)全域物流監測：利用5G實時監測和分析大范圍物流運輸途中車輛、貨物、人員等音視頻信息，保障冷鏈、保稅品、危化品運輸安全。
(9)虛擬現場服務：5G+AR/VR，構建產品展示、售后服務、技能培訓等環境，優化客戶體驗。
(10)企業協同合作：綜合運用5G、邊緣計算、大數據實現產業鏈上下游企業設備聯網，數據、產品、服務等要素產溝通流動，促進產業鏈企業協作優化、供需匹配。
以上十個典型應用在5個重點行業得到實踐：
(1)石化化工：新華粵石化、星火有機硅、中海油、揚子石化等企業將5G技術廣泛應用于生產單元模擬、生產能效管控、設備預測維護、全域物流監測等場景，顯著提高了企業的生產效率，優化了生產要素配置，提升了企業安全管理水平，為行業的數字化轉型起到了積極促進作用。
(2)建材行業：良瓷科技、海螺集團、陜西聲威建材、泰山玻纖等企業利用5G技術開展了生產單元模擬、廠區智能理貨、生產過程溯源、精準動態作業等典型應用場景的實踐，確保產品質量穩定，提升了生產效率，效果明顯。
(3)港口行業：媽灣港、青島港、黃驊港、天津港等港口利用5G技術積極實踐生產單元模擬、生產能效管控、精準動態作業、廠區智能理貨等典型應用場景，提高了港口作業效率，降低了人工成本，取得了明顯成效。
(4)紡織行業：雅戈爾集團、艾萊依集團、恒申集團、新鳳鳴集團等企業利用5G技術，開展了生產單元模擬、工藝合規校驗、生產過程溯源、企業協同合作等典型場景的實踐，極大提高了行業的數字化水平。
(5)家電行業：老板電器、美的洗滌電器、海爾集團、創維集團等企業應用5G技術積極探索生產單元模擬、精準動態作業、虛擬現場服務等典型應用場景，顯著提升企業數字化、智能化水平，推動企業生產模式和產業組織方式創新，實現提質降本增效，提升企業競爭力。
實際上，除了工信部發布了兩批共20個典型應用場景，以及在10個重點行業中的實踐案例之外，各工業先進省份如浙江省發布30個5G+工業互聯網創新應用案例、江西省25個5G+工業互聯網典型應用和案例等。
（三）
5G+工業互聯網重點行業和價值場景
基于以上20個典型應用場景，對應工業互聯網6大類應用劃分，我們做了以下對應關系：|
工業互聯網應用類別
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5G+工業互聯網應用場景
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產品工藝研發
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協同研發設計、精準動態作業
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生產過程管控
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遠程設備操控、設備協同作業、現場輔助裝配、機器視覺質檢、生產現場監測、設備預測維護、生產過程溯源、工藝合規校驗、生產能效管控
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經營管理模式
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廠區智能物流、全域物流監測、廠區智能理貨
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運維服務
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設備故障診斷、無人智能巡檢、虛擬現場服務
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多環節協同優化
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生產單元模擬
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新模式新業態
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柔性生產制造、企業協同合作
|
可見，5G+工業互聯網應用場景涵蓋了全部6類，在生產過程管控中應用場景最多，也符合工業互聯網本身的應用熱點。
從行業來看，十個重點行業如下：電子設備制造業、裝備制造業、鋼鐵行業、采礦行業、電力行業、石化化工行業、建材行業、港口行業、紡織行業、家電行業。這十個行業和《5G全連接工廠建設指南》給出的重點建設行業完全一致。
可見，經過幾年的探索實踐，5G+工業互聯網發展的重點行業已經逐漸聚焦到7個工業制造行業和港口、電力、礦山3個泛工業場景。
從應用的角度來看，5G+工業互聯網融合創新有以下幾個特點：
(1)技術層面5G和人工智能、AR/VR的結合緊密，后兩者技術衍生的應用均需要5G提供的大帶寬連接能力和移動部署特性。
(2)5G是目前所有無線技術中，同時支持大連接、高帶寬和移動性的比較好的技術，在工業生產管控環節能夠得到更好應用。
(3)遠程操控類場景需要高可靠的通信服務，5G是目前無線技術中更佳的選擇。
結合當前5G+工業互聯網應用的情況和5G技術本身的成熟度來看，我們認為比較具有價值的場景主要有以下幾個方面：
(1)5G+機器視覺質檢：利用機器視覺的質檢是人工智能領域最大的應用領域，因此有大量的需求，而5G在舊產線改造或者新產線柔性部署中具有很好的優勢。
(2)5G+大規模工業數采：通過對設備的運行數據采集，結合產品產能、質量等數據，可以對生產工藝優化、品質管控、排產等起到很好的效果，而5G支持的大帶寬傳輸和柔性化部署能滿足大多數場景的部署要求。
(3)5G+AGV產線/工廠物流：高度自動化的工廠需要有智能的物流體系，通過AGV、AMR、叉車等無人送貨小車將物料、半成品、成品配送到工位和倉庫能大幅提高生產效率，而移動場景是5G的優勢領域。
(4)5G+AR輔助：裝配、維護、生產安全監控等各個環節都可以借助AR輔助來提高效率、降低危險事故的發生，5G和AR的結合能充分發揮5G的移動性、高帶寬特性。
當然，5G+工業互聯網的創新應用還在快速發展過程中，隨著裝備的5G升級、5G自身性能的提高，會有更多的價值場景涌現，幫助實現行業的數字化轉型。
審核編輯 ：李倩
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