5G+工业互联网赋能智能制造，还有待进一步深入

来源: 科技 日报

作者: 朱丽

工业革命迈向智能化发展阶段

工业变革经历了前三次机械化、电气化和自动化的革命后，近年来，世界各国都在加紧推动工业革命升级。2012年，美国率先推出“先进制造业国家战略计划”，随后各国也纷纷提出工业制造领域的战略计划——德国的工业40、英国的工业2050……目前在进行的第四次工业革命的显著特征就是工业的智能化。“在向自动化和智能化转变过程中，信息技术起到非常重要的作用。”王健全说，这点可从国家推进工业互联网的各项政策中得到体现。

2020年，国家陆续推出各种政策，推进5G、工业互联网加快发展；2020年4月20日，国家发改委首次明确新型基础设施的范围，5G与工业互联网被列为信息基础设施的重要方向；2021年，国家把工业互联网列为数字经济重点行业；发改委、工信部等国家部委纷纷出台落地实施政策来推动工业互联网的加速落地。尤其是今年初，工业互联网专项工作组印发《工业互联网创新发展行动计划（2021-2023年）》，从基础设施建设、深化融合应用、强化技术创新和重大产业生态、提升安全水平等方面提出了系统全面的部署和落地化要求。

“推动工业互联网发展，目的是赋能智能制造。”王健全说，工业互联网作为信息推动工业变革的典型代表，其典型特征是工业和ICT能力的集成融合和创新，主要表现为数字化、网络化、智能化。其中，数字化和网络化是基础，智能化是目标。

“传统的工业生产的五层金字塔架构在工业自动化阶段起了至关重要的作用。但是在向智能化发展过程中却显示出不适应。”王健全解释说，智能化阶段需要数据的高效流转、网络泛在统一的连接，只有这样才能结合上AI和大数据技术，并借助先进的通用技术推动工业革命向智能化发展。

5G+工业互联网亟待破局

数据的高效流转与安全可控、网络的泛在统一、资源统一调配和管控、运行决策的多维智能化是工业互联网体系架构的主要特征。

“目前5G+工业互联网主要应用于集中监控，5G+AR/VR、高清摄像头，以及AI表面缺陷检测、远程监控和管理等。”王健全说，遗憾的是，目前应用场景基本停留在工业制造辅助环节，几乎没有进入工业自动化控制环节，其原因有以下两点：第一，工业生产环节本身没有开放。传统金字塔架构下，从L0到L5都是国外的设备,层与层之间的连接协议遵循IEC相关标准，但由于IEC现有标准众多，每个厂家都采用自己的标准，这导致不同系统之间的数据无法横向互通；此外金字塔架构本身限制了跨层之间的信息交互；封闭体系打不开，现有的技术就无法深入，这是限制底层设备状态、控制数据无法全面感知和有效流转的主要原因；第二，由于智能制造中，服务的对象是工厂，不同于To C场景，工厂中的人机料法环成为了新的服务对象，特别是对于核心生产控制环节，其要求必须满足低时延、确定性和可靠性的要求，这就要求现有5G等网络技术本身也必须进行性能上的提升和技术上的革新，此外，为了保护既有投资，还必须和现有工业现场网络进行融合。

“可以这样说，目前仅靠5G技术还没法解决工业现场网络的连接问题。智能工厂中，除了有线之外还有大量无线，作为有线连接的有效手段，会带来不确定性，5G和TSN结合是工业网络中比较好的解决思路。”王健全如是说。

工业互联网路在何方

“工业互联网要推进智能制造的进展，必须要打破传统的工业自动化金字塔架构，关键有两点：一就是工业控制核心PLC的软硬解耦，进而按需实现云化部署；第二点就是构建一张端到端的低时延、高可靠、确定性的工业现场网络，进而打造数据可以高效流转的云边端管控架构。”王健全解释道。

金字塔结构打破了，由封闭走向开放，必然就带来安全性问题，而控制从底层走向云端，其带来的安全要求更为重要。“前所未有的挑战是原来封闭的国外体系，要实现开放的架构，必须实现自主可控，用国产的硬件、软件、操作系统来实现控制化。”王健全强调。

“开放自主可控、融合统一，是工业互联网下一阶段的研究重点。”王健全强调，工业互联网本身并不是一个网络，也不是简简单单的工业+互联网，而是ICT网络和工业网络的集成融合创新，是一个新基建的范畴，涉及感知、通信、控制、人工智能等多学科的交叉融合。

工业互联网要真正赋能智能制造，还面临很多挑战工作。王健全建议：一是，跟行业对接要继续深化，相关标准还需要赶快补齐；二是，数据流转要更高速，这就需要我们从感知层跟网络结合。同时，网络开放以后，安全要同步进行考虑；三是，网络基础设施方面，构建统一的标准，实现互通。此外，决策智能化水平还有待提升。

此外，王健全也注意到，囿于工业互联网是新兴的多学科交叉领域，行业面临人才短缺问题。“多所高校在推动解决人才培养问题，北邮、重邮、北科大等高校纷纷成立工业互联网学院/研究院，专门做跨学科人才的培养和科研方面的推动工作。”

行业内主要企业：机器人(300024)、华中数控(300161)、埃夫特(688165)、美的集团(000333)、亚威股份(002559)、远光软件(002063)、科大智能(300222)、智云股份(300097)、东土科技(300353)、华工科技(000988)、科远智慧(002380)

本文核心数据：全球智能制造行业发展历程、全球智能制造行业下属产业市场规模

正朝智能制造系统迈进

制造业的发展同所使用工具的发展是密不可分的，以工具的发明和使用为里程碑，人类经历了石器时代、青铜器时代、铁器时代、蒸汽机时代、电气时代和以计算机为工具的信息时代。随着制造技术的发展，自动化技术在工业化大生产中得到迅速发展。制造业自动化系统也历经了数控机床(NC)、柔性制造系统(FMS)、计算机/现代集成制造系统(CIMS)的发展历程，正向着智能制造系统(IMS)迈进。

伴随信息技术的不断普及，智能制造开始逐步发展。本世纪以来众多发达国家首先认识到去工业化发展的弊端，开始实施新的战略。例如，美国出台了“先进制造业伙伴计划”、德国提出了“工业40”计划、欧盟“未来工厂”计划、英国出台“工业2050战略”、日本“机器人新战略”计划等。这些战略规划能为我国发展智能制造业提供有益的经验借鉴。

2015年5月，我国发布了《中国制造2025》，同样指出要以推进智能制造为主攻方向，构建以智能制造为重点的新型制造体系。可以认为，智能制造是引领“第三次工业革命”浪潮的核心动力，智能制造所涵盖的相关产业将成为未来世界工业发展领域的主导产业。

各国均有制造业智能化布局

全球范围来看，除了美国、德国走在全球智能制造行业前端，其余国家也在积极布局智能制造发展。

从企业专利数量来看，美国、日本的企业在智能制造领域优势明显，国际商业机器公司(IBM)、西门子公司、三菱电机株式会社的相关专利申请数量，分别以1741件、1580件和1081件位列榜单前三。另外，20家中国企业入选全球智能制造专利TOP100榜单，包含17家大陆地区企业和3家台湾企业。17家大陆企业包括国家电网、平安科技、格力电器、华为等知名企业;入榜的台积电、鸿海以及英业达等三家公司均为台湾地区规模较大、发展较为成熟且注重科技创新的公司，在智能制造领域储备的专利数量较多，分别拥有218件、165件和140件相关专利。

下属产业市场规模较大

智能制造产业链涉及的主要细分行业包括工业机器人、3D打印设备、数控机床、工业物联网、工业软件等，近两年产业规模实现快速增长。其中，2021年全球工业软件市场规模初步统计达到4619亿美元，工业物联网市场规模达到767亿美元，2021年全球数控机床产业规模约达到1648亿美元，总体来看，全球智能制造行业具有巨大的潜在市场空间。

智能化将为制造业带来全新变革

目前智能制造正在引领制造业服务化转型，推动制造业生产方式变革的同时促进全球供应链管理创新。在此背景下，以工业机器人为代表的智能制造装备被广泛应用，投资机会良多，吸引了跨国公司持续加大智能制造的投入。

更多本行业研究分析详见前瞻产业研究院《智能制造行业市场前瞻与投资战略规划分析报告》。

智能制造心得体会

在当前信息化快速发展的背景下，工业生产方式逐渐由传统的手工制作向智能化生产与管理转变，智能制造呼之欲出。作为这一新兴领域的从业人员，越来越多的人们开始关注智能制造的意义与价值，本文即将为大家分享我的智能制造心得体会。

智能制造的意义与价值

首先，智能制造可以提高生产效率与品质。对于工业生产流程中重复性高、复杂度大的工作任务，人工生产不仅效率低下，而且难以保证产品品质的稳定性和准确性。而引入智能化的生产设备和管理系统，不仅能够提高产量和质量，还可以极大地减轻员工的工作负担，提高生产效率和舒适度。

其次，智能制造可以节省资源和成本。传统的生产方式中，员工的训练与管理、原材料的采购与储存、生产设备的维护与操作等都需要耗费大量的时间、人力、物力成本。而智能化生产线采用的自动化生产工艺、智能化设备和信息化管理系统，不仅可以降低对人力的依赖和对环境的污染，更重要的是能够从根本上降低生产成本和资源浪费。

智能化制造实践中的问题和挑战

然而，在智能制造的实践过程中，我们也不可避免地遇到了一系列的问题和挑战。首先，传感器技术仍然存在一些物理学上的局限性，比如在复杂环境下精度会下降。其次，当前智能化设备的整合程度不高，由各自的厂商研制的不同类型的设备之间难以协调和联动，导致生产过程的准确性、效率性和可靠性无法保证。另外，信息安全问题也必须重点关注，否则将可能会导致公司的技术和商业机密泄露，威胁企业的利益和声誉。

智能化制造实践中的解决方案和建议

针对智能化制造中存在的问题和挑战，我们可以采取一系列的解决方案和建议。首先，应该加强传感器技术研究，并发展更为高效、精确、适应性强的传感器。其次，应注重打造智能化设备的统一标准和制造商合作体系，以便各种类型的设备之间可以相互协调和交互。另外，我们还应该高度重视数据安全以及网络防护等问题，提高企业的安全意识和保护措施。

智能化制造的未来展望

随着科技不断进步和生产环境的不断变化，智能制造也将迎来更为广阔的未来和深远的影响。未来的智能制造将更加注重数据的集成与智能分析，通过建立更加智能、高效、可靠的工业体系，将彻底重塑传统的生产方式。同时，在自动化和信息化程度持续提升的背景下，无论从生产效率、品质管理还是环境保护等角度看，智能制造都将成为企业的重要发展方向和潜在的竞争优势。

总之，在各行各业对智能化制造越来越重视的今天，作为从业人员，我们应该不断探索智能制造的前沿技术和最佳实践，以期不断推进智能制造的实现，为企业、社会和国家作出更大的贡献。