5G+工业互联网产业发展白皮书（2022）

TD产业联盟 TelecommunicationDevelopmentIndustryAlliance 专题研究系列 5G+工业互联网 产业发展白皮书 （2022） 北京电信技术发展产业协会 （TD产业联盟） 2022年10月 目录 一、5G+工业互联网概述1 （一）5G概述1 （二）工业互联网概述2 （三）5G+工业互联网概述3 1.终端层4 2.网络层5 3.平台层5 4.应用层6 （四）应用必要性和优势7 1.5G网络是工业互联网创新发展的关键使能技术7 2.工业互联网是5G标准演进和应用落地的重要场景8 3.5G+工业互联网将加速中国新型工业化进程8 二、我国5G+工业互联网产业发展情况10 （一）网络基础更加坚实10 1.5G网络建设快速推进10 2.5G组网模式基本形成11 （二）政策环境持续向好12 1.国家产业政策更有针对性12 2.产业发展目标基本确定16 3.地方政策形成特定格局17 （三）融合发展恰逢其时18 1.产业经济发展基础良好18 2.产业体系建设更加完善19 3.产业应用主体热情渐长19 （四）应用探索走深向实20 1.融合应用探索不断深化20 2.部分应用场景已可规模化复制20 3.标准化工作加速推进21 4.全连接工厂探索达成初步共识22 5.先导区建设多点开花23 （五）创新生态趋于完善24 1.关键技术积极布局24 2.终端模组供给加速24 3.创新氛围大幅提升25 三、5G+工业互联网应用场景26 （一）研发设计环节26 1.5G+协同研发26 2.5G+产线模拟27 （二）生产运行环节30 1.5G+远程操控30 2.5G+设备协同31 3.5G+精准作业32 4.5G+柔性生产34 5.5G+辅助装配35 6.5G+生产溯源37 （三）检测监测环节38 1.5G+机器视觉质检38 2.5G+工艺检测39 3.5G+设备监测40 4.5G+无人巡检43 5.5G+生产监测44 （四）仓储物流环节45 1.5G+智能物流45 2.5G+智能理货48 （五）运营管理环节49 1.5G+能效管控49 2.5G+企业协同50 3.5G+虚拟服务51 四、5G+工业互联网行业赋能52 （一）电子设备制造业52 （二）装备制造业53 （三）钢铁行业54 （四）采矿行业55 （五）电力行业56 （六）石化化工行业57 （七）建材行业58 （八）港口行业60 （九）纺织行业61 （十）家电行业62 五、5G+工业互联网应用展望63 （一）问题与挑战63 1.工业企业数字化基础和5G产业应用支撑能力仍有差距 ................................................................................................63 2.5G网络服务和技术能力尚未完全满足工业应用需求64 3.5G+工业互联网融合发展有待进一步创新65 （二）应用展望66 1.5G+工业互联网产业进入深耕细作阶段66 2.5G全连接工厂将进入规模建设期67 3.5G+工业互联网融合生态创新再度升级68 参考资料：69 一、5G+工业互联网概述 （一）5G概述 5G作为新一代移动通信技术，具有大容量、高速率、低时延和高移动性等特征，是加速传统产业转型升级、实现数字经济蓬勃发展的重要驱动力，已成为各国战略竞争制高点和未来社会发展、信息化的关键使能技术。5G将赋能各行各业，助力实现智慧城市、环境监测、智能农业、工业自动化、医疗仪器、无人驾驶、智慧教育等行业的深度融合。 3GPP定义了5G三大场景：增强型移动宽带（eMBB，EnhanceMobileBroadband），能够在人口密集区为用户提供1Gbps用户体验速率和10Gbps峰值速率，在流量热点区域，可实现每平方公里数十Tbps的流量密度。海量物联网通信 （mMTC，MassiveMachineTypeCommunication），不仅能够将医疗仪器、家用电器和手持通讯终端等全部连接在一起，还能面向智慧城市、环境监测、智能农业、森林防火等以传感和数据采集为目标的应用场景，并提供具备超千亿网络连接的支持能力。低时延、高可靠通信（uRLLC，ultraReliable&LowLatencyCommunication），主要面向智能无人驾驶、工业自动化等需要低时延高可靠连接的业务，能够为用户提供毫秒级的端到端时延和接近100%的业务可靠性保证。 全球5G产业发展处于应用推广初期阶段。5G商用网络发展不断加速，全球5G商用网络超过224张，5G基站部署量超过308万个，5G用户数超过9亿，为5G规模应用发展 打造坚实基础。5G行业应用拓展整体仍处于初期探索期，欧美日韩等国发布若干5G融合应用政策，在信息消费市场及垂直行业应用市场积极开展试点示范应用，我国引领全球5G融合应用发展并初见成效，在政策布局、行业融合、产业落地等方面都取得重要推进成果，个人用户端应用及行业融合应用发展齐头并进，大多数行业领域已经实现了从“0到1”的突破，部分领域实现小规模应用。 （二）工业互联网概述 工业互联网（IndustrialInternet）是新一代信息技术与制造业深度融合，以工业企业为主体，以工业互联网平台为载体，连接人、数据、机器，规模化供给智能化服务与产品，推动工业企业向数字化、网络化、智能化转型，是建设现代化经济体系、实现高质量发展和塑造全球产业竞争力的核心载体，是第四次工业革命的关键支撑。 工业互联网的本质和核心是通过工业互联网平台把设备、生产线、工厂、供应商、产品和客户紧密的连接融合起来，可以帮助制造业拉长产业链，形成跨设备、跨系统、跨厂区、跨地区的互联互通，从而提高效率，推动制造产业实现数字化、网络化和智能化升级。工业互联网体系包括通信基础网络、综合平台及工业互联网安全三大要素，工业通信网络是工业互联网实现互联互通的基础，工业互联网综合平台是服务工业企业多样化需求的核心承载，工业互联网安全是工业企业参与的重要保障。 全球工业互联网产业已进入市场推广期。中美日韩等国家高度重视工业互联网并融入国家发展战略，目前世界大多数国家已完成工业互联网产业基础概念普及，对于工业互联网核心理念、最终目标、发展方向、技术路线等方面达成共识，头部企业形成自己的标杆案例并对行业赋能，部分行业形成工业互联网领域标准化的产品及解决方案，全球迈入工业互联网应用推广阶段。我国工业互联网发展较快，在政策布局、平台建设、企业发展、行业应用等方面取得良好进展，但是整体仍处于发展初期阶段，仍面临制造业企业总体信息化水平不高、工业数据采集不足、通信协议互通性差、工业互联网平台和生态体系仍不成熟、工业互联网标准不完善、商业模式不清晰等问题。 （三）5G+工业互联网概述 “5G+工业互联网”是指通过以5G、AI为代表的新一代信息通信技术，构建与工业经济深度融合的新型基础设施、应用模式和工业生态。通过5G技术对人、机、物、系统等的全面连接，构建起覆盖全产业链、全价值链的全新制造和服务体系，为工业乃至产业数字化、网络化、智能化发展提供了新的实现途径，助力企业实现降本、提质、增效、绿色、安全发展。 5G技术下的工业互联网体系架构可以分为终端层、网络层、平台层和应用层。得益于5G技术带来的大数据分析、低时延和高速率的能力等，让终端层得以实现快速、持续和 全面的信息获取能力，让网络层实现安全可靠和实时的信息传输能力，让平台层实现高效、智能和准确的信息处理能力，让应用层实现多样化和人性化的信息应用能力。 1.终端层 图15G+工业互联网架构 5G+工业互联网终端设备类型较多，各行业主要接入设备也各不相同，总体来说，主要5G工业终端类型包括5G工业路由器、5G工业网关、5G工业传感器、5GDUT配网终端、5G工业传感器、5G摄影机、5G工控机、5G工业AR/VR、5GPLC、5GAGV小车、5G无人机和5G机器人等。 工业设备的5G化改造主要有两种方式：一是采用外接5G终端/网关的方式，完成设备的5G化改造。5GCPE适用于现场有移动和旋转摆动设备，有无线连接需求的工业场景，5G工业网关适用于在工厂边缘侧对于数据有汇聚、处理需 求，作为边缘网关的应用场景；二是使用内置带有5G功能的芯片、模组、传感器等的工业设备。伴随着5GURLLC技术的发展，5G模组将提供类似于传统工业模组的功能，工业现场设备（如IO/变频器/PLC等）可内置集成5GURLLC模组，实现从传统工业模组向5G模组平滑过度。 1.网络层 5G+工业互联网网络主要包括工业内网和工业外网。具体包括OT网络、IT网络、5G公网、5G专网和标识解析等。5G作为无线网络技术的一种，在工业生产中可替代多种工业无线网络技术，工业领域中的视频、声音、质量较高的图片、海量的文字数据和时延、可靠性要求较高的指令信息等数据都可以通过5G网络传输。5G对其他工业无线网络技术可替代性分析如表1所示。 表15G与其他工业无线技术比较分析 无线类型 优缺点 应用场景 5G可替代性 WIFI5 生态丰富，但安全性较差、接入数量有限 物流配送生产管理办公部分生产设备 5G可满足 UWB 定位精度高，但建网成本高 车间智能感知精准配送 5G支持高精度定位 ZigBee 低速、低功耗、低成本 各类传感器 5G、NB-IoT可满足 Bluetooth/BLE 低功耗、可交互 部分短距设备 5G、NB-IoT可满足 行业私有2.4G 低功耗 私有协议，有干扰性、兼容性缺点 5G、NB-IoT可满足 数据来源：工业互联网联盟 2.平台层 5G+工业互联网平台层核心内容包括工业互联网平台系 统、5G云化基础设施和工业APP等。工业互联网平台由数据智能平台、物联网平台和应用使能平台构成。5G云化部署的对象包含设备功能、生产控制系统、工业软件、企业信息化管理系统及软件等。云化功能的特征有具有远程调用、资源共享、高算力性能等需求的功能，如云化AGV、云化机器人、云化PLC、云化SCADA、云化MES、云化机器视觉检测平台、云化企业资产管理系统等。工业APP类型有能耗优化类APP、故障诊断类APP、生产管理类APP和智能安防类APP等。 3.应用层 2021年，工业和信息化部发布了“5G+工业互联网”典型应用场景，根据应用环节不同，分为研发设计、生产运行、检测监测、仓储物流和运营管理等关键环节。研发设计环节类包括5G+协同研发、5G+产线模拟等2个应用场景，可提升企业网络协同研发设计及与现场作业交互能力。生产运行类包括5G+远程操控、5G+设备协同、5G+柔性生产、5G+精准作业、5G+辅助装配、5G+生产溯源等6个应用场景，可提升生产运行柔性、敏捷能力。检测监测类包括5G+机器视觉质检、5G+工艺检测、5G+设备监测、5G+无人巡检、5G+生产监测等5个应用场景，可全方位保障生产质量与安全。仓储物流类包括5G+智能物流、5G+智能理货等2个应用场景，提升货物配送效率，保障货物与人身安全。运营管理类包括5G+能效管控、5G+企业协同、5G+虚拟服务等3个应用场 景，促进生产数字化、绿色化，推动产业链上下游贯通。具体场景说明，请参见本报告第三章节。 （四）应用必要性和优势 1.5G网络是工业互联网创新发展的关键使能技术 工业互联网作为第4次工业革命的关键支撑，已成为全球产业竞争新焦点。从宏观经济看，根据国际货币基金组织(IMF)数据通级，2020年全球经济增长率预计为-4.4%，2025年将下行至3.5%，其中发达经济体、新兴经济体平均增速将分别下行至1.7%、4.7%。各国政府将工业互联网作为传统工业改造、未来产业竞争力塑造的共同选择。5G和工业互联网作为“新基建”领头羊而被我国政府高度重视，也是我国塑造国际竞争新优势的着力点。 ITU定义的5G三大应用场景中的低时延高可靠和海量机器类通信主要面向工业等实体经济行业需求设计，5G特性能够满足工业互联网连接多样性、性能差异性、