专栏 | 从案例谈5G工厂的几点思考

Original 陈传宏工业互联网世界 2024-07-09

文 | 工业互联网世界特约专家陈传宏

2022年9月，工信部发布《5G全连接工厂建设指南》，5G工厂建设从工业向采矿、港口、电力等重点行业延伸。我国“5G+工业互联网”的融合应用也从典型场景逐步向各领域各环节拓展。

近日，工信部发《2023年5G工厂名录》，芜湖5家企业入选。“5G+工业互联网”的应用已深入至企业生产、作业现场，以及研发设计、生产运营、能源管控、检验检测、仓储物流等关键环节，成效日益显现。芜湖美的厨热电器通过5G工厂建设，有效促进了企业数字化转型，累计降低成本3800多万元，管理效率提升40%；芜湖港成为全国内河港口首个5G示范应用典型，大大降低了操作人员的安全风险，单机作业效率提升50%，人力成本降低超60%；芜湖海螺构建基于5G的矿车无人驾驶应用场景，实现端到端数据单向时延小于10ms，建立了全天候工作机制，提高了劳动生产率，驾驶人员减少80%。

在5G工厂建设过程中，三大运营商和铁塔公司发挥了央企的主力军作用，相关重点企业敢于试错，共同探索、推进。由于工业场景复杂多变、要求严，试错成本高、影响大。

近几年，本人也经历一段从“有点担心”到“可以放心”的心理过程，直到今年9月份，陪同部有关司局组织的专家再次去芜湖美的厨热电器调研，我的心终于踏实下来。

我相信，随着5G网络设施不断夯实，5G轻量化技术和产品不断演进、成本的降低，5G规模化产业应用将加速到来。在芜湖5G工厂建设的探索和实践中，我重点撷取其中三个案例，分享给关心的朋友。

5G-A+云化PLC

PLC是企业使用最为广泛的控制装置，是企业数字化建设的基础构成部分，也是产线柔性化改造的关键环节。随着产品定制化需求和产品共线生产的需求，基于PLC控制的传统产线存在换线时间长、维护成本高、工作量大等问题且PLC国产化率低，有“卡脖子”风险。

5G-A即5G增强版,是走向6G的必要过渡,可实现10Gbps的峰值网速，网络可靠性从四个9提升可到五个9甚至六个9。联通芜湖分公司联合美的厨热积极探索5G-A+云化PLC，实施柔性产线项目。通过建设新型5G算力基站，将主控PLC控制模块功能上移至云端，部署云化PLC。同时，引入了TSN（时间敏感网络）技术，实现小于10ms的传输时延和100us抖动控制，支撑云化PLC节拍的精准性。通过2条链路的双发选收（FRER）技术大幅提高了可靠性。

在端侧，5G边缘网关提供丰富的接口，对接工业现场各种产业设备。在边侧，采用了多种内置算力的网络设备（5G算力基站、超边缘算力、超轻核心网等）。实施算网端一体化方案实现了三个转变即算力载体从原来的共有云，下沉到现场，提升业务的安全性；业务部署从原来算、网分别部署转变为一站式部署；通过数据共享和管理平台，大幅提升系统的协同效率。同时简化了工业控制网络层次，传统的ISA—95架构转变为端、边、云的新型架构，实现了产线的柔性化改造。有效的提升了核心控制设备的国产化率，换线成本降低30%，综合生产效率提升23%。“5G-A全柔性工厂创新应用”案例获得第六届“绽放杯”全国一等奖。

5G+工业PON

工业PON技术相比传统以太网交换机技术，是一套全新安全、可靠、融合、先进的工业网络综合解决方案。工业PON＋5G可以构建双千兆全连接，满足千兆带宽、高可靠、低时延、灵活管控等用网需求，是性价比比较高的网络解决方案。工业PON与5G固移融合，相互协同、优势互补。通过工业PON满足有线设备接入需求，采用5G专网承载无线接入设备需求，可以打造高质量企业内网，助力企业数字化转型。电信芜湖分公司依托“网定制、边智能、云协同、X随选”融合协同的综合解决方案能力，联手海螺集团打造5G+工业PON“双千兆”智能工厂。

通过部署工业PON的汇聚网关、5G网络的UPF（可看做数据流转发到用户的网关）与其核心交换机相连接。通过工业级接入网关连接生产设备，并采用TYPE C级别的冗余保护（PON常用的保护技术分四级即A、B、C、D）。工业PON网络提供高可靠、高性能的千兆网络，满足大量固定设备的连接需求，比如数控机床和PLC；5G定制网提供灵活便捷、高性能、大连接的千兆无线覆盖能力，满足移动性设备大带宽、低时延、稳定可靠的连接需求，比如说AGV。双千兆网络满足多业务需求，全业务承载，全厂区随时随地接入，实现生产设备的全连接，使得工厂内部的数据传输更加高效、可靠、安全。

此外，通过光分配网络实现工业设备数据、生产数据等到OLT（光线路终端）集中，与企业IT网络的对接，实现OT和IT融合组网及工业数据的可靠有效传输。工业PON也可应用在工厂级网络的企业办公网中，用于承载企业的管理信息数据，并按需将数据上传至工业网络的骨干节点。通过打造的5G+工业PON双千兆智能工厂，海螺在综合能耗、建维成本等方面有明显的降低。本案例也获得了工信部第二届“光华杯”中部大区赛一等奖、智能制造专题赛二等奖。

5G+量子技术

移动芜湖分公司联合国网供电芜湖分公司、芜湖问天量子建设国内首个采用“5G+量子技术”的芜湖同丰里配电自动化开关站。项目配置量子加密终端、量子加密网关和量子安全服务平台等，采用量子云数据中心安全加密方式，将量子云密钥的生成、分发和通信协商机制与5G通信技术结合，在主站与开关站之间构筑一条大容量、高速率、低延时的量子加密安全隧道，为无线信道加上了一层“金钟罩”，保障数据传输不被窃听、篡改和攻击。此外“5G+量子技术”的应用，相比于采用传统光纤通信，建设费用下降了33%，运维费用也大幅下降。同时，密钥安全性由量子的物理特性保障，密钥完全真随机、更新频率快，降低密码管理风险，且兼容性好，部署灵活。

5G工厂建设是系统工程，也是个长期工程，涉及方方面面。5G全连接工厂想要“高歌猛进”，还需进一步厚植产业发展生态，同时需尽快出台5G全连接工厂规范标准（据了解，标准已进入内审阶段）。

此外，还有一个很现实的问题需解决，就是建设运营模式问题。5G应用从试点示范到大规模产业商用，如何调动相关方积极性，如何平衡利益，实现共赢？

为此，芜湖美的厨热电器和联通芜湖分公司作了有益的探索，芜湖美的厨热电器成为集团内首个制定5G工厂标准的企业；在5G专网建维方面，网络建设由传统的通信运营商自建，转变为双方“共建、共管、共维”。

5G专网建设和应用场景建设均采用以租代建模式，其中5G专网部分的资产属于联通公司，应用场景部分的资产属于业主单位。整个5G专网的运维由联通代维。芜湖联通也由传统的流量提供服务商，转变为5G专网平台的管理者以及解决方案的提供商。

陈传宏，工业互联网世界特约专家。长期从事信息化、工业互联网、信息通信发展等领域的研究推广工作，谋划推动多个国家级、部省级工业互联网项目建设落地。经历3G到5G、企业上网到上云上平台、信息化到工业互联网整个过程，发表多篇专业文章。

编辑：改静

指导：新文

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