编者按：

当前，信息通信技术与制造业深度交叉、耦合共生势不可挡，工业互联网已经成为推动新一代信息技术与制造业相融相长的关键力量，是深化供给侧结构性改革、推动实体经济做大做强做优的重要引擎，是释放数据要素价值、促进数字经济浪潮中数字产业化和产业数字化长足发展的有力抓手。近年来，政、产、学、研、用各方在技术发展创新、融合应用普及、产业生态培育等方面积极探索，推动我国工业互联网取得一系列阶段性成果。

5G作为新一代信息通信技术领域的基础性、引领性技术，将全面构筑数字基础设施，打通信息流动渠道，成为经济社会转型发展新引擎。而5G对社会的最大变革就体现在对各个垂直行业赋能的行业级应用，尤其是5G+工业互联网对制造业的赋能，将成为我国经济高质量发展的重要驱动力。

本期《自动化博览》为读者梳理了近期中国工程院院士邬贺铨、中国工程院院士李培根、中国工程院院士张平对5G与工业互联网融合发展、创新应用的精彩观点，以飨读者。

中国工程院院士邬贺铨：5G面向工业互联网的创新与赋能

工业互联网从企业联网、门户网站等形式，逐步发展出园区联网、机器联网、产品联网等新形态。目前我国工业互联网进入攻坚期，需要从5G企业网入手，从标准起步、底层出发，向深度发展，体系化推进，开创工业互联网发展新格局。

5G的广覆盖、大带宽、低时延、高可靠性等特质适于在工业互联网应用。例如其大带宽、低时延的特点，可以使物联网所感知的数据能够在第一时间传送上云进行分析，并第一时间反馈、执行。5G促成新一代信息技术无缝融合，打造了数据从采集、传输、处理、分析到决策的全过程，发挥数据作为生产要素的作用，支撑工业互联网发展。

在5G工业模组方面，目前5G在企业的应用多为IoT类的机器视觉和远程控制，场景大多分散孤立，在有PLC等工控设备的制造业现场，5G的应用被边缘化。受限于PLC标准碎片化，协议欠开放，因此尚未真正在主生产流程发挥核心作用。

5G工业模组不能只作为工控设备的一种选择，而是应该取代PLC等传统工控设备，并融合边缘计算、智联网、区块链、IPv6、TSN等技术及安全功能，成为新型工业网关。如果有必要，还可以增加光接口，兼具工业PON网关作用。5G新型工业网关不仅提供现场级功能，还可含过程控制与生产管理级、网络与业务应用级功能，推动工厂内网向扁平化、IP化、智能化发展，实现IT与OT的无缝融合。

5G能适应工业互联网的需要，但是工业互联网也会给5G提出新要求。在消费端，5G的大带宽体现在从网络到用户的下行阶段；而在企业网则恰恰相反，由终端上行到网络的方向对大带宽有着紧迫需求，这就需要我们克服技术难题，利用诸如载波聚合等技术进一步提高上行能力。

从基站到核心网上需要传送的工业互联网业务十分多样，大、小颗粒很多。因此需要一个城域传输网（MTN），基于切片分组网（SPN）提供基站至核心网间多层次多颗粒度的传送承载。例如在最底层用FlexE将MAC层速率适配到大数据包的交叉链接，使其拥有匹配业务信号与光网络的能力，在其他层实现基于IPv6的灵活业务调度。以IPv6作为5G+工业互联网的网络层协议，不仅地址丰富可认证溯源，而且可在IPv6扩展报头上显示业务对信道性能的需求，网络据此可以针对性地安排路由。

工业互联网是企业数字化转型的抓手，5G赋能工业互联网，成为高质量发展的引擎。与此同时，工业互联网为5G开拓了广阔的应用空间，也对5G的持续创新提出更高要求。

中国工程院院士李培根：从三个视角看工业互联网的深化应用

无论从广度还是深度上看，工业互联网在制造业的应用还有很大的发展空间。

一是从过程孪生角度看，目前很多应用还停留在浅层次，没有实现物理过程的深层次应用。数字孪生、过程孪生，不只是针对产品，还针对使用者。比如汽车的数字孪生模型不只是汽车本身的，还包括使用情况，使用者什么时候踩的刹车、踩刹车时车是什么情况，这些数据实际上就是过程孪生数据。每辆车的运行过程都不一样，其数字孪生模型都是独特的。

制造业里有很多工艺过程，如果实现数字孪生，我们就能更好地控制过程。例如在船舶发动机制造领域，焊接占日常生产工作的70%，通常情况下，焊接好的构件调到专门的质检车间后，如果发现深层次质量问题，与焊接行为本身已经脱离了3~15天，很难知道原因是什么，因为过程不能溯源。而现在，在焊接过程中我们可以高频采集工艺参数，进行数据分析，实时控制焊接质量，把本来是事后的质量监测变成实时的在线监测和控制，对质量控制意义重大。如果没有数字孪生，如果不对焊接的过程有深入认识，我们就做不到这一点。

二是从低碳角度看，我国对世界承诺，力争2030年前实现碳达峰，2060年前实现碳中和。但是，双碳问题不仅仅是节约能源的问题，人类生活的所有活动都可能存在碳足迹，企业活动的各个环节也存在碳足迹。以可乐为例，每生产一罐可乐，从原材料到生产销售，一直到可乐罐子的回收都存在碳足迹，和碳排放密切相关。我们要降低碳排放，就要分析企业的碳足迹，如果没有数字技术的支撑，我们很难做到这一点。工厂、车间节能是非常重要的，方方面面都要做到低碳，例如大型设备的包装，有的是用木头，原来是一次性使用，现在要考虑共享使用这些包装，就一定要有数字化技术的支撑，先做到信息共享。

低碳还有一个重要方面，就是智能电网和新能源，包括太阳能。很多企业考虑在厂房上建太阳能设施，自己发电自己用，如果有多余的电还可以送出去。因此，能源互联网开始受到关注，能源互联网平台涉及5G、人工智能和区块链等技术。

三是从数字化供应链角度看，制造企业对这个问题的重视还很不够。企业的竞争不仅仅是同行企业之间的竞争，更是供应链生态的竞争。在工业互联网时代，一个好的供应链系统、生态系统一定要有数字技术的支撑，其根本就是数据可视化。建立了数字化供应链之后，因为信息透明，哪怕是供应链的上游，也可以及时看到需求端的信息，这样才能应对及时。对于企业而言，供应链里的采购是最基本的环节。企业都希望控制成本，但是绝大多数企业控制的是可见成本，如原材料成本、运输成本等容易看到和感知到的成本。但是还有一些成本是隐性的，不容易感觉到甚至意识不到，比如说时间成本、缺货成本等。如果我们有数字化供应链，有足够的信息和数据，就能够更清楚地看到隐性成本，这样就有利于企业争取更多利润。

中国工程院院士张平：5G成为工业互联网核心组成部分

5G成为工业互联网的核心组成部分，正在催生更多的需求和服务，5G在工业互联网领域的应用值得期待。

当前我国5G技术发展仍处于起步阶段，业界要在打造低时延、高可靠、高安全的无线网络方面继续努力，同时还要探索良好的商业模式。目前，5G在柔性制造场景中得到了广泛的应用，包括传感器、机械臂、装配车间等都得到了良好的推广和应用，但是仍需进一步推进。

5G应用也面临不少挑战。过去，无线网络主要做的是人与人之间的信息接收，而工业互联网时代，则是面向机器的自主感知，这两者的差别是巨大的。

当前我国工业互联网的发展还存在较大发展空间。从网络层面上看，无线感知和控制、通信仍是分离的。未来的工业应用场景，尤其是人工智能、自动驾驶、区块链、物联网等技术的应用，对时间敏感提出了新的要求，需要云、边、端的算力资源支撑计算密集型业务的实时高效处理。

工业互联网的信道建设也是应该关注的重点。工业互联网的建设要充分考虑工厂和普通环境的差异。工厂环境中往往布满金属反射体，机器会受电磁干扰，从而影响生产装配。与此同时，信道本身的特点、穿透损耗增加、反射强度增加、电磁噪声等也会给生产带来影响。因此，业界要关注工业互联网的信道建设，尤其要关注路径损耗、阴影衰落和参数。

传统的满足人与人之间通信需求的协议，不再适用于工业互联网的发展。传统的通信协议主要是基于人与人之间的沟通场景，这种协议在机器时代是不适用的，业界需要变革协议方式。在这个过程中，尤其需要关注一些难点，比如传统的架构层级是固化的，层级高、流程长、核心网时延大等特点为改造带来了很大的挑战。同时感知、通信、控制各波段是分离的，今天面向工业互联网的建设需要，时序问题需要重新考虑，要进行有效的感知、排序。这需要变通我们的架构以及交互协议，需要传感一体化的网络，这是未来很好的方向。

对于未来的技术演进，业界要合力打造“感-传-算-用”一体化的无线网络架构，以及可灵活配置、可信的交互协议，满足工业互联网安全、可靠、确定时序的要求，让5G和工业互联网更好地为各行各业的数字化转型赋能。

（原文摘自《人民邮电报》，经编辑加工整理）

摘自《自动化博览》2021年12月刊