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ICT技术显威力,释放工业互联网生态潜力

企业将人员、机器、环境、平台……进行连接,实现生产系统、管理系统、网络系统的深入融合。

文/资深科技媒体人 黄海峰
《华为技术》第89期

目前,全球工业互联网处于格局建立的关键期及规模化扩张的窗口期,发展工业互联网成为各国抢占全球产业竞争制高点、重塑工业体系的新选择。5G、F5G、智能云网(IP)等作为新一代信息技术演进升级的重要方向,工业互联网作为第四次工业革命的关键支撑,两者的结合发展已成为2021年乃至未来几年,国家和产业最为关心的话题。

一方面,国家产业发展政策与“十四五”规划明确提出将继续发展工业互联网;另一方面,ICT技术的不断发展,为社会、各行业及产业的发展,带来了实实在在的巨大价值,在助力实体经济数字化转型的同时,实现了降本增效。

截至目前,我国工业互联网在平台培育、平台应用等方面成果显著,已完成平台建设100余个,连接的工业设备总数达到7300万台套。其中,多种ICT技术显现出巨大的“威力”:企业通过将人员、机器、环境、平台等进行连接,实现了生产系统、管理系统、及网络系统的深入融合。

ICT赋能,工业互联网进入关键发展期

工业互联网产业生态的发展架构为:以网络为基础、平台为中枢、数据为要素、安全为保障,其中,ICT技术是关键底座。2021年1月,在工信部发布的《工业互联网创新发展行动计划(2021-2023 年)》中,更是将“网络体系强基”作为第一项重要任务。

在网络部分,新一代ICT技术具有的高带宽、低时延、安全可靠等特性,让无人AGV小车、AI检测、远程操控等场景的梦想照进现实。那么,相较于4G、Wi-Fi及传统OT网,5G、F5G以及智能云网有哪些优势呢?

5G+工业互联网。众所周知,工厂的设备连接,大多采用工业有线网络及Wi-Fi网络。有线网络不灵活、Wi-Fi时延大等因素,导致多机协同通信面临可靠性、同步性等方面的多重难题。工厂与其在传统工业技术上艰难攻克,不如采用高速、低时延的5G连接,推动生产线的数字化转型。

F5G+工业互联网。以10G PON技术与Wi-Fi 6技术为基石的千兆光网,在家庭市场得到快速发展的同时,也为工业互联网场景下的各类新应用提供了强大支撑。

工信部通信科技委常务副主任韦乐平表示,在传统的工厂网络中,不仅应用环境复杂、电磁干扰多,且产品以国外厂家定制为主,通信协议的“七国八制”,导致了信息孤岛的形成。对传统PON进行适配改造后的标准化产品工业PON,具有工业应用契合度高、国产化程度高、可靠性高等特点,可为企业的数字化奠定坚实的网络基础。

智能云网。传统工业场景使用的MPLS网络,配置复杂,难以为关键业务提供确定性的时延保障,鉴于此,业界提出,对工业外网的建设建议使用IPv6+(SRv6)技术。IPv6+作为面向云时代的智能IP网络技术,可满足灵活组网、业务快速开通、智能选路、简化网络运维、差异化保障等承载需求。

2021年,华为联合中国信息通信研究院等单位共同发布的《网络体系强基展望白皮书》指出,通过“设备网联化、网络IP化”,实现IT与OT端到端的灵活组网,打造万物智联的工业互联网网络基座,让数据上得来、算力下得去,是工业互联网实现叠加倍增发展的必由之路。

为何火热?多个案例树标杆,带来实实在在的价值

目前,产业各方通过协同发展,深度匹配不同场景下的工业物联需求,在智慧制造、智慧园区、智慧港口等多领域,打造出众多成功的ICT+工业互联网案例,帮助企业实现了全方位的数字化转型升级及全方位的智能化发展。下面分享几个表现出色的标杆项目。

三一重工5G全连接工厂

今年6月,知名制造企业三一重工发布了北京首个5G全连接工厂。该工厂在生产制造、视觉管理、智慧物流等八大类共计30余个细分场景中落地了5G应用,贯穿业务全流程的新应用,助力其生产制造实现了“剪辫子”、去机房化、少人化及数据驱动智能应用。

以北京市三一南口产业园为例,工厂通过用视觉导航替代传统的激光导航,实现了多台AGV的协同设置,节约成本达80%以上。在激光下料环节,原来需要十几个人才能完成的工作,借助5G技术只需一个人就可完成,效率提升了10倍以上。

九牧5G智慧园区

今年5月,笔者参观了高端卫浴领军企业九牧集团的5G智慧产业园。从2019年起,九牧厨卫公司与运营商合作,通过5G+MEC(边缘计算)技术,实现了生产设备管理、生产线能耗管理、智慧仓储、自动质检等九大类场景的22项创新应用。

借助创新应用,九牧集团的人工成本节省20%,管理效率提升20%;生产线的产品质量不断提升,产品不良率降低5%;企业各类能耗不断降低,能源用量减少7%,企业运营成本降低8%;产品的研发周期年均缩短15天。

永煤集团F5G矿山

今年6月,永城煤电控股集团有限公司联合华为发布了全国首个商用F5G矿山。F5G通过支撑第五代N00采煤工艺,构建了煤矿各数据系统之间互通的桥梁,提供了全感知、全联接、全智能的体验,为建设安全型、智慧型矿山打下了坚实基础。

具体来看,F5G矿山采用大量“无源”光传输节点替代传统的有源设备,减少了40%的防爆节点,在保障电气安全的同时,节省了防爆设备的投资;而智能诊断功能,可将故障定位的范围精准到米级,减少了约90%的下井时间。

马钢集团IP承载平台

作为我国特大型钢铁联合企业,马钢集团迫切需要打通信息孤岛,针对全流程业务系统建立集中式运营管控中心。为此,马钢集团采用智能云网解决方案,构筑了一张覆盖全公司的IP网络,以实现一网多用、智能选路、时延可承诺等功能。

借此该承载网,马钢集团的各类集中控制系统可对生产线进行远程管理,灵活支持不同生产线、不同子公司的多种业务,加速实现了“4个一律”,即操作室一律集中、操作岗位一律机器人、运维一律远程、服务环节一律上线,满足了集团未来5~10年的业务发展诉求。

宁波舟山港打造智慧港口

2019年4月,全球货物吞吐量第一的宁波舟山港启动了5G智慧港口项目的建设。经过几年的发展,舟山港逐步解决了涉及5G基站、核心网、数通、终端、视频摄像头、PLC工控机等一系列环节的诸多技术问题。目前,宁波舟山港5G网络提供的上限时延均未超过50ms,平均时延更是保持在了10ms左右。

依托5G网络,宁波舟山港实现了龙门吊的远程控制,装卸效率提升了20%,人工成本有望下降50%。最关键的是,龙门吊司机们再也不用像过去一样,坐在离地30多米高的操作室里三班倒地连续作业,而是可以坐在办公室里远程操控,真正实现了“从桑拿房进到了空调房”。

产业生态日趋完善,应用规模发展可期

虽然我国的工业互联网已经取得了可喜的突破和进步,但是我国的数字化产业升级还处于起步阶段,ICT技术与工业互联网的融合,仍需产业各方加强协同、不懈求索。

随着ICT技术及行业应用know-How的快速发展,笔者预测,未来工业互联网将朝向5个方向演进。

一是ICT技术标准、方案等将不断升级。华为高级副总裁、工业互联网产业联盟(AII)副理事长张顺茂曾分析,由于当前工业制造领域使用的通信技术众多、各有不足且相对封闭,因此工业设备很难通过互联互通形成一张可用的网,而全球化的全程全网则更为困难。

对此,领先行业已经采取了积极的行动,比如,智慧港口的通信标准、智慧煤矿的5G建网标准等都在制定和发布过程中。

在技术方案领域,ICT产业则结合工业领域的需求在不断升级。比如,为了满足煤炭行业的应用场景诉求,5G设备必须进行创新并完成防爆改造,以保障将发射功率控制在6W以下,从而符合井下安全生产防爆的要求。今年,中国移动、中国联通5G演进技术5G-Advanced行动计划的推出,极大地增强了5G在上下行体验速率、高精度定位、连接密度及感知等方面的能力,可更好地赋能于“中国制造”的转型升级

二是5G、AI、云等新技术将进一步融合。长期以来,工业互联网的发展一直面临跨产业合作难的问题。为此,业界通过深入OT(工厂运营和操作技术)核心场景,在边云协同、云网协同、全场景AI等方面加速行业的数字化升级,与区块链、AR/VR、全息影像等技术融合创新等模式,一直在积极推进5G/F5G+云+AI+IoT的协同,以支持各类工业场景和应用。

三是工业模组等成本持续降低,产业规模持续扩大。目前,业界已经有了60多款5G模组,但相较于4G模组的1400余款产品种类及价格,5G模组不仅种类偏少,价格也偏高,导致行业终端难以匹配各行业的市场需求。随着芯片、模组及行业终端厂家创新合作的不断加速,5G模组的种类将快速增加,价格也将大幅降低。

四是政府牵头,大型企业推进,产业生态通力合作,共同探索成功道路,不断丰富行业应用。ICT技术与工业互联网的融合发展,对生产环节的专业性提出了更高要求,但针对工业制造流程的某些环节,现有的技术、产品及解决方案尚未形成完整的产业生态。鉴于此,政府、工业企业、ICT企业、ISV以及行业集成商等工业互联网各参与方均在积极行动,以为跨行业的协作、应用创新提供更大的舞台。2018年,工信部开始举办“绽放杯”5G应用大赛,历时三年,参赛项目已从初期的300多个,增长到2020年的4000多个;在湖北,由政府牵头成立了5G产业联盟;各部委、地方政府及行业组织联合建立了多个5G应用创新中心;中国商飞构建了5G产业联盟与AI创新开放平台。

五是业界推动工业互联网应用1-N的发展,并进一步赋能中小企业。大型工业制造企业资金及人才储备充足,推动工业互联网发展的条件相对成熟。但中国还有数千万家中小企业,对于引入工业互联网应用,他们处于心有余而力不足的尴尬境地。

工业互联网, 5G

为此,领先的运营商及工业企业通过持续迭代、升级工业互联网平台,在推动中小制造企业的百万工业设备联网上云的同时,也在不断探索工业互联网数据资源的合作共享及融通机制。以九牧工厂为例,由厦门乐石科技与中国电信联合发布的福建陶瓷工业互联网云平台,不仅可赋能九牧的数字化,还将赋能福建乃至全国陶瓷制造业的提质增效及智慧发展。

面向未来,我们期望各省市政府、产业组织、行业龙头企业携手合作,共同打造好ICT基础设施,联合建设好工业互联网公共服务平台,在促进工业应用创新和融合型人才培养的同时,在生态方面下大功夫,最终超越联接这种传统的商业模式,推动技术与市场更深层次的融合创新,为各行各业的数字化、智能化升级贡献力量。