为何说“5G+工业互联网”大有可为？

物联网智库 原创

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导  读

物联网智库开展了5G+工业互联网发展水平评估,通过向工业企业调研,采集信息和数据,形成评估结果。既可以为企业在应用5G+工业互联网时提供方向性的建议,也可以为外部观察者提供量化参考指标,并最终以《5G+工业互联网发展评估白皮书》的形式呈现。

5G作为新一代通信技术,其广连接、大带宽、高可靠的技术能力能够与工业互联网深度融合,以满足工业生产个性化定制、柔性制造等需求。5G+工业互联网以信息化为基础,以网络化、智能化为核心,实现信息流、物流、资金流、业务流、价值流有机的统一和集成,能够实现灵活响应、快速反应特性的全盘解决方案。

在5G赋能之下的工业互联网是传统制造企业升级智慧化工厂的核心发展路径,5G作为新一代通信技术网络拓展了工业互联网的应用场景。

工业互联网的重要基础是通信基础网络,5G作为新一代通信技术网络对于工厂无线通讯发挥着重要作用,5G与Wi-Fi、有线的关系是基于工业场景互补融合关系,而不是替代关系。例如在工厂AGV物流、AR远程辅助指导、机器人自动化、无人叉车等有线部署难、连接数要求高的移动场景,5G拥有巨大优势。

5G赋予了工业互联网更多场景落地的有效性,例如5G+MEC边缘智能可以很好地解决工业企业数据隐私安全、异构网络融合等核心痛点。5G技术亦可以赋能工业互联网,在设备远程维护、设备实时数据采集、工厂设备远程管理、机器视觉产品检测、多方协同等领域能够很好地发挥5G技术优势,有效的推动现有工厂实现智能化生产、网络化协同、个性化定制及服务化延伸等应用。

5G+工业互联网方面的应用现处于标杆打造阶段。一方面,5G+工业互联网与现存制造厂商自有网络融合难度较高;另一方面,5G+工业互联网产业尚未成熟,相关产品及解决方案仍需要完善,现有5G+工业互联网网络部署成本相对较高,工厂客户建设负担大。

值此背景之下,物联网智库开展了5G+工业互联网发展水平评估,通过向工业企业调研,采集信息和数据,形成评估结果。这既可以为企业在应用5G+工业互联网时提供一个方向性的建议,也可以为外部观察者提供量化参考指标,并最终以《5G+工业互联网发展评估白皮书》的形式呈现。

这部白皮书依照工业企业在部署使用5G+工业互联网的核心关注领域,提出了设备层面、应用层面与效益层面三大核心层次,面向工业企业提炼总结了10大核心能力,依据能力制定了相对完整的评估指标与模型。5G+工业互联网发展成熟度评估项目已经邀请数十家企业参与讨论、调研、评估验证,白皮书当中也会对调研评估的模型数据进行详实论述与分析。

5G+工业互联网发展尚处萌芽期

本次5G+工业互联网发展评估项目,主要通过邀请工业企业填写问卷的形式开展调研。调研回收有效调研问卷18份。提供有效调研问卷的18家企业中,有10家离散类工业企业,8家流程类工业企业。

从整体评级来看,18份有效调研样本中,L5级企业0家,L4级企业2家,L3级企业4家,L2级企业9家,L1级企业3家。由于单项能力评分较低而降级的企业共3家,其中2家为L3降至L2,1家为L2降至L1,3家都因为应用层面分数偏低而降级。

企业整体发展评级呈正偏态分布,多数企业集中在L2级,右长尾主要是少数头部企业达到较高发展水平。整体来看,5G+工业互联网发展尚处于早期,成熟度偏低。但由于5G+工业互联网标杆项目打造进展较顺利,有部分头部企业5G+工业互联网发展水平较高,达到L4。

2020年5G+工业互联网整体能力发展评级分布(单位:家)

目前,没有企业达到L5级。L5级企业的5G+工业互联网发展成熟,拥有完备的基础设施和丰富的应用能力,并取得了较为明显的效益。

11．1%企业处于L4级。这类企业通常已具备完善的基础设施,并开展了多项应用探索,并取得了一定收益。

22．2%企业处于L3级。这类企业处于基础设施搭建较为完善,正展开一些应用探索的阶段,效益开始有所体现。

50%企业处于L2级。这类企业正处于不断完善基础设施的阶段,同时开始了少数重点应用项目的探索,整体尚未有较明显的效益或者效益集中在个别应用方面。

16．7%企业处于L1级。这类企业刚开始建设5G+工业互联网基础设施,应用探索少,整体效益不明显。

2020年5G+工业互联网发展评级分布(单位:%)

2020年5G+工业互联网整体能力评分情况(非评级)

5G+工业互联网发展评估模型包含设施层面、应用层面和效益层面三大核心要素。

设施层面

44．4%的企业在设施层面处于L3级。L2和L3级企业合计占比72．2%,是当前工业企业主要所处的5G+工业互联网设施建设水平。L1和L5企业占比都为11．1%。总体来看,企业当前的5G+工业互联网设施建设水平正处于已达到部分可用水平,并逐步完善的阶段。

设施层面评级分析(单位:%)

应用层面

处于应用层面L1和L2的企业都为38．9%,合计77．8%的企业在应用层面处于较初级的水平。同时,目前没有企业在应用层面的发展水平达到L5。因此,应用层面的探索整体滞后于设施层面,处于初期。

应用层面评级分析(单位:%)

效益层面

目前,企业在效益层面的发展水平相对均衡,但总体偏低。有16．7%的企业已达到L5级,但是处于L3、L2、L1级的企业分别占比27．8%、33．3%、22．2%。

效益层面评级分析(单位:%)

整体来看,各企业5G+工业互联网设施层面发展水平分布相对集中,多数集中在L2和L3级,仅有少数头部企业设施部署已较完善,及少数企业网络覆盖、5G连接刚刚起步,因此评分的极差大。应用层面发展水平集中,整体偏落后,大多集中在L1和L2级,数据极差和样本标准差都是三大核心层面中最小的。个别头部企业凭借完善的设施部署,快速开启了各应用场景的探索。效益层面发展水平集中度低,数据样本标准差最大,主要因为部分类型工业企业还未找到最适合的应用方向,导致效益不彰,而在部分工业场景却效果显著。同时,大多企业在5G+工业互联网效益层面的发展水平还处于L2和L3,提升空间较大。未来,随着设施和应用的成熟,整体效益将更加显著。

单项能力发展水平评级分布

此外,本次调研还针对5G+工业互联网在离散型工业和流程型工业的发展进行了分析。

离散型工业和流程型工业的5G+工业互联网发展方面有明显差异。整体来看,离散工业的5G+工业互联网发展水平两级分化较严重,流程工业企业则相对集中。

流程工业企业的5G+工业互联网发展水平较为集中,87．5%的企业集中在L2和L3级,12．5%企业处于L1级,没有企业达到L4级。流程工业企业的5G+工业互联网探索稳步推进,但相对保守。

离散工业的发展水平呈现出两极分化,少数企业达到L4,但仅有一家企业处于L3,50%企业仍集中在L2。头部离散工业企业进展快,5G+工业互联网发展已达到较好水平,但多数企业仍处于较初级水平,设施建设不完善,应用探索滞后。

5G+工业互联网的多场景应用

目前工业企业已在实际工业场景中探索出多项5G+工业互联网应用。企业在研发设计环节,基于5G网络,结合VR/AR技术,实现虚拟的、多方的远程协同,以及帮助解决实时的工业制造问题。在生产制造环节,在低时延网络环境下,展开精准远程控制,云端机器人、AVG使用,物料实时调配等。在运维服务方面,高清视频实时监控、无人巡检等也成为保障高价值、高贡献设备和确保良好生产环境的重要能力。

在提供有效调研的18家企业中,分别有83．3%和66．7%的企业正在做实时监控和机器视觉的应用和探索,这两类视觉相关的能力是当前应用最广的5G+工业互联网能力,这主要得益于5G网络的大带宽和低时延特性,以及AI算法的进步。排在第三位的是远程控制能力,有61．1%企业在做相关应用探索,但是在实际工业生产过程中,由于环境复杂、出错成本高等因素,返控和实施控制仍非常困难。

主要5G+工业互联网技术应用场景的已使用企业数量(单位:家)

经调研,已有或有规划开展产线工业控制系统(PLC/DCS)通过5G网络云化部署的企业仅有50%。有所部署的企业部署率多数在20%以下,部署率超过20%的企业仅有11．1%。5G网络目前在工业控制环节的应用率低,主要因为对于全年开机数千小时,停机损失极大的大型工业企业来说,5G当前99．99%的可靠性仍然需要提高。此外,当前许多工业场景对PLC控制的时延要求是不超过8毫秒,然而目前大部分5G网络时延仍在20毫秒以上。因此,5G在工业控制方面的使用仍需要5G网络能力的提升作为基础。

被调研企业中,所有企业都表示有5G+工业互联网的投入规划,但50%的企业表示投入金额不定,这主要因为当前5G+工业互联网应用市场的商业模式尚不清晰,有意投入建设的企业并不能很好的把握投入规模和节奏。典型的问题是5G在工厂中应用的资费标准至今并不明确。工厂场景5G应用产生的流量巨大,如果按照现行标准流量费来收取,工业企业很难负担,而如果收费标准过低,运营商将面临网络建设投入回收周期过长的窘境。相比之下,所有企业都表示有明确的工业互联网投入的预算金额,没有明确金额的企业仅为27．8%。