肖芳晏
辽宁邮电规划设计院有限公司，辽宁沈阳，110179
第五代移动通信技术（5th Generation Mobile Communication Technology，以下简称5G通信技术）凭借高宽带、低时延、大连接的功能特征，逐渐与各行各业以及不同专业领域深度融合，它的应用范围非常广阔，与以往技术相比也应用功能更加强大。5G通信技术的应用，将人与人之间的连接，延伸到人与物以及物与物之间，可谓达到了万物互联的程度。在5G通信技术的众多应用中，工业互联网是其中最关键的应用场景，因为这是下一次工业革命的主要根基。自1979年之后，我国第二产业产值的权重不断攀升，生产制造业的规模持续扩增。但人工成本在逐渐增加，劳动年龄人口逐渐下降，传统的以“劳动力多、劳动工具简单、劳动投资低廉”制胜的劳动密集型加工方式，正在向着“种类丰富、产量适中、以需求为导向”的加工方式转变[1]。在不久的将来，生产制造业的核心将会是以需求为导向的生产模式，而优秀的工业互联网发展环境是柔性化生产的根基。
工业互联网是第四次工业革命的根基，它不是互联网在工业领域的直接应用，而是有着极其丰富的内涵与扩展。网络是指工业中万物的连接，而智能建立在数据化、自动化的基础之上。随着大数据、云计算以及物联网技术的大范围应用，直接革新了工业制造系统的架构，并且在建立新的工业数据平台的同时，持续革新了社会对工业互联网的理解。工业数据平台能够迅速将零落的工业大数据整合起来，然后经过分类应用与精细化管理，使得工业制造的智能化层次不断深化，应用范围不断增加。大数据与云计算在工业互联网中的应用，为用户导向的产品生产、智慧设计以及以状态为依据的维护打下了坚实的基础。
万物互联与智慧互联是工业互联网的标签，万物互联的基础是信息数据的有效传递，而智慧互联则是使工业生产过程更加智能化。在互联过程中，信息传输速率起着至关重要的作用，依赖于智能处理和成型控制，这也意味着现阶段工业互联网应用仅局限于工业方向上。在未来的一段时间内，必须致力于将工业互联网的应用扩展到全行业之中，并使工业互联网变成通信链中不可缺少的环节，实现应用电子商务系统以及数字网络与消费者完成沟通。工业互联网能实现高品质、高效率以及高收益的小批量生产亦或者是单独制造需求，做到按照客户需求特别定制[2]。因此为了使制造业尽快满足市场多样化、个性化的需求，应该尽快将工业互联网的应用扩展到全行业之中。
5G通信技术是新一代宽带移动通信技术，是实现人机物互联的网络基础设施，是最新一代的蜂窝移动通信技术，也是继第四代移动信息系统（LTE-A、WiMax）、第三代移动通信技术（UMTS、LTE）和第二代手机通信技术（GSM）之后的升级。5G通信技术的性能目标是获得高速宽带、实现超高可靠低时延通信以及超强连接。5G通信技术的深入探索与商用，将会逐渐影响工业互联网的发展。第五代移动通信智能终端的发明，对工业互联网应用带来了重要改变。第五代移动通信智能的处理器运算能力十分突出，存储容量巨大，操作系统流畅，而且智能终端的软件以及硬件都具有较高的标准化。在第五代移动通信网络下，工业互联网的远程服务可以通过大数据技术以及云计算技术的智能终端来提供支撑，这项技术能够使客户不受时间地点的限制，按照需求管控工业互联网的运行流程，实时了解机械设备的运行状况，与此同时，还能够为客户的个性化需求提供创意支撑。下面列举两项影响较大的领域。
（1）5G环境下的工业互联网，能够推进企业数字化革新。在革新过程中，制造业企业应该深入开发制造过程中的数据价值。企业在这个进程中应该具有挖掘与分析数据、各种数据关联性的识别以及深挖数据价值的能力，而应用大数据技术可以切实满足这些需求。然而现阶段，部分企业的互联网操作系统不连贯，其数据存在孤岛问题导致流通困难，而5G通信技术与工业互联网的产生以及融合，能够及时解决数据孤岛的问题。随着工厂的设备以及传感器、数据交互量级的持续增多，具备高带宽以及超高可靠低时延等特点的5G通信技术可以在边缘计算、实时传输与数据采集等方面发挥较大作用，而且能够通过工业互联网平台，完成生产制造工厂与用户以及材料供应商等的实时数据交流[3]。
（2）基于5G环境下的工业互联网促进制造企业聚焦用户需求生产变革，实现以用户需求为导向的生产方式的核心条件是建设快速自组织生产线。现阶段，有些生产工厂，设备之间以及设备与系统间大多采用硬连接的方式，而硬连接有着移动不便、不方便整理、存在安全隐患等弊端。如果将硬连接改为使用无线网连接，不但可以随意移动、无线路缠绕的麻烦，而且还能够降低安全隐患，所以应用基于5G环境下的工业互联网在提升生产组织及生产成效方面优势显著。无线网络承载工业互联网，在满足随意移动以及转动的条件下，还能够随着要求的改变而重新部署生产线，而无线网不必重新接线也大大减少了支出。在无线网络技术的选取上，商用的传统无线网因为拓展性能差、网速慢、抗干扰能力不强等弊端，在工业领域的利用率只有3.89%，其他的无线连接方式的利用率则更低。而5G通信技术具有的高速宽带、超高可靠低时延通信、超强连接等优点，刚好能够满足工业生产的需要，能够符合用户需求导向的生产[4]。
从上述内容可以得知，基于5G环境下的工业互联网搭建了全方位信息生态系统，该系统能够联系生产的全部流程，做到了不受时间、地点等因素的限制，时刻可以进行信息交互，而且基于5G通信技术环境下的工业互联网可以使任何差异化特征的业务都得到满足。5G通信技术与工业互联网的有机融合，可以加快传统制造业转变为以用户需求为导向的个性化定制的速度。该技术的应用，也是促进工业快速发展的核心因素，能够助力中国制造转变为中国创造，使中国引领下一个时代的制造业，成为真正的制造强国。
5G通信技术的海量机器类通信、增强移动宽带以及超高可靠低时延通信等优势，与智能制造中的众多场景，比如增强现实、虚拟和现实相互结合的技术类型、工业视觉等，联系紧密。5G通信技术特有的按需组网方式可以使硬件介质连接成的网络分离成许多端到端的虚拟网络，大幅度提升了互联网的利用率。
3.1 基于5G通信技术的智慧工厂
现阶段，有些企业已经在工厂内完成第五代移动通信网络覆盖以及边缘计算技术的布置，实现了生产车间的完全贯通，以及增强了现实远程巡检、生产材料应用全过程管控等，达到了5G通信技术在工业场景的深层次应用。基于5G通信技术环境下的智慧工厂，大大降低了生产线的人工介入，减少了不可控的因素。最关键的是应用信息化先进手段，彻底完成了全流程的资源整合，极大地保证了产品质量，提升了生产效率。
3.2 基于5G通信技术的智慧港口
5G通信技术的核心特征与港口的业务需求也十分相符，这项技术应用在港口的生产控制中，能够远程操控设备，使得岸桥吊执行集装箱的吊装命令，并实现智能化运输，操作延时降低到了毫秒级，完全符合工控标准，又能实现港口无死角视频实时传输需求，使得港口自动化成为可能。有5G通信技术作支撑的智慧港口，港口中自动驾驶的运输车能够应用实时视频监控、远程遥控驾驶、路况与车况协调等功能，在各个仓库中通过GPS、北斗卫星等先进定位手段，完成精准送货、取货以及精准停靠等动作。与此同时，智慧港口能够使用5G通信技术将港口实施情况、资源调配等众多信息回传移动电子商务终端以及港口云，从而应用本地化物联网完成监管工作。5G通信技术与港口实际业务应用融合，对降低港口安全风险、实现智能升级改造、实现运输全过程管理大有裨益[5]。
3.3 基于5G的工业增强现实/虚拟和现实相互结合
工业增强现实/虚拟和现实相互结合能够在生产流程与监控流程、生产任务分步指引以及可视化作业/运维及远程协助等场景应用。增强现实/虚拟和现实相互结合的应用对于网络的要求非常苛刻：通常增强现实/虚拟和现实相互结合设备对灵活性要求很高，所以要求将处理功能转移权限到云端，而增强现实设备功能只有显示与连接，增强现实设备和云端要通过网络相连，并利用网络抓取实时数据流。比如增强现实眼镜的显示内容要与运动状态一致，不然会导致失步等问题，所以要求增强现实反馈的时间不能大于19.89ms，这就要求数据传输全过程的总体时间不能大于19.89ms，不算屏幕刷新以及云端数据处理的耗时，要求无线网络的往返时间不大于9.9ms才可以达到标准，这种高要求现阶段只有应用5G通信技术才能达到[6]。
无线通信传感器等在工业互联网领域的应用，为监视与收集工业生产全流程的数据提供了便利，比如设备参数、材料配比、进展流程、环境情况以及人员等。在工业互联网的不断推进的进程中，每一个环节都应该科学、合理、严谨，无论多么细小的瑕疵都能够引发大问题，所以要应用低时延的5G通信技术，将数以万计的传感器连接起来，以便能够提升生产过程的精确度。通过5G连通的数以万计的传感器组成了触觉，视觉，声学等功能，为工业生产全流程赋智、赋能，达到能够掌握工业生产全流程信息、监控生产全流程的质量、保证产品“零瑕疵”出厂的目标。在5G通信环境下，机器人应用的领域及范围越来越广泛，利用5G通信网络，机器人能够迅速完成接收的指令，但完成指令的前提是配置足够数量的传感器，比如阿尔法机器狗，它要求配置180个视频摄像头和1199个CPU才可以完成实时指令。以我国目前的发展水平以及制造能力，要将数量极大的处理器安装在所有的云端机器人上是不现实的，但是5G通信技术在工业互联网的普及，能够促进国产芯片的快速发展。5G通信技术能够将其内部的复杂信息处理过程上传至云端处理，然后再将处理过的数据回传给机器人，这样就不需要为机器人配置大量的处理器，可以大大地降低应用成本[7]。
有一些风险较高的生产制造业，在生产过程中发生过较多的人身伤亡事故，可以将基于5G通信技术的智能设备应用到生产制造流程之中，用机器取代人力，从根本上降低人身伤亡事故的发生。比如，在矿山挖掘或者是石油、天然气等资源的开采与冶炼过程中，应用智能设备获得生产现场的数据并回传到远程控制终端，从而实现生产设备的远程控制，这样就可以减少人员参与，有效地降低了安全生产风险。近年来，物流行业在不断发展，物流行业的管理也越来越复杂。现阶段，随着网购深入人们的生活，人们的生活方式在不断改变着，大众对物流行业的依赖程度也越来越高，每年双十一，人们网购的金额在几十亿元，这其中牵扯到的物资流通几天内便有近亿件，给物流行业带来很大压力，同时也要求物流行业尽快发展。而人们对物流的追踪需求，又要求货物从入库到出库装车再到最后配送全过程都要可查询，那么物流运送的全流程便都要用到网络，而将5G通信技术融入物流行业中，不仅可以降低网络布置成本、使货物分拣速度得到提升，还能够实现货物的全过程追踪，大大地提高了物流行业的货物处理速度，减少了人力付出，从而降低了物流成本。
5G通信技术对工业互联网的影响是巨大的，其影响不只体现在高宽带、低时延通信、大连接等方面，它对工业互联网的影响不但包含了改变业务类型、颠覆基本原理、革新工业工程以及许多未知的领域，也有极大可能建立全新概念的工业互联网应用方向。5G移动通信网络是国家近年来通信类项目的发展重点，5G技术的不断进步，能够促进工业互联网的蓬勃发展，助力国家的极速发展，因此5G技术的发展是挑战，更是机遇。
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