工业互联网+5G,能否让占比八成的“哑”设备开口说话?

  小型工业专用5G网络在欧洲引起了大家的兴趣,据媒体报道,宝马、大众等汽车制造商向德国BNA(联邦网络局,掌握德国的频谱)表示,他们有兴趣自己建设并运营本地5G网络,不仅用于无人驾驶,还会用于工厂的生产制造。如果说德国企业对5G表现的激进是由于制造业发达、运营商网络升级迟缓的不相匹配产生;而中国则是另一番景象——运营商的5G部署节奏不断加快,但却为5G应用场景、商用模式不清晰而苦恼。

  八成以上的工业设备尚未联网

  数据采集是工业互联网平台的基础,工业互联网平台首先要解决的问题是连接工业中的人、机器设备和业务系统,但是设备连接在工业现场并不是一件容易的事情。

  赛迪智库信息化中心工业互联网研究室主任袁晓庆博士对《中国电子报》表示,当前,我国规模以上工业企业里,80%以上的机器设备都是没有联网、不会说话的“哑”设备,只有20%的设备联了网、会说话,但是这些设备遵循不同的通信协议,存在严重的“语言障碍”,成为制约工业互联网平台建设的“卡脖子”之处。

  一方面我国制造业总体水平处于2.0向3.0过渡阶段,老旧设备多、数字化水平低。2017年我国规模以上工业企业生产设备数字化率为44.8%、数字化设备联网率为39.0%,需要通过加装传感器等方式实现设备联网,导致工业互联网平台数据采集难、成本高、效率低。

  另一方面20%的设备联网了,但通信协议不统一。近30年来,全球各类自动化厂商、研究机构、标准化组织围绕设备联网推出了成百上种现场总线协议、工业以太网协议和无线协议,协议标准众多且相对封闭,工业设备互联互通难,严重制约了设备上云,亟需构建能够兼容、转换多种协议的技术产品体系。

  “从工业互联网角度看,通信是一个很重要的瓶颈,工业互联网与传统互联网最大的区别是连接设备,设备之间的数据通信对时间要求很高,4G通信只能满足一部分工程,对实时要求高的工程就比较困难,同时4G在大量数据的传输上也有很多不足之处。”福州大学先进控制技术研究中心主任、福建中海创集团首席专家兼中海创集团研究院院长郑松在接受〈中国电子报〉记者采访时说。

  但我国工业企业对5G的了解显然还不够深入。“我们现在只是通过媒体知道5G的特点,从这些特点来看对工业互联网是一个福音,5G可以传输更多的数据、速度比4G快100倍、连接数也可以更多,这使工业互联网的路能够更好走。”

  5G三类场景将对工业互联网全覆盖

  如何使更多的工业企业认识5G的优势?

  今年6月份,工信部在《工业互联网发展行动计划(2018-2020年)》中提出,组织信息通信企业通过改造已有网络、建设新型网络等方式,建设低时延、高带宽、广覆盖、可定制的工业互联网企业外网络。建设一批基于5G、窄带物联网(NB-IoT)、软件定义网络(SDN)、网络虛拟化(NFV)等新技术的测试床。

  从这个计划来看,5G在工厂的应用将先从企业外网开始,其实这也与当前工业互联网的需求相符合。

  郑松说,目前中海创集团研究院做了两个测试床,两个测试床最大的特点是实现了异构设备的集成。“我们把有代表性的不同厂家的控制器放在一张测试床中,通过我们开发的通用网关产品,连接不同的控制设备,意味着通用网关可以和不同的设备通信,获取它们的数据,通过通用网关使设备可以互联互通。”郑松说,“在通用网关上我们还部署了边缘计算环境,利用边缘计算环境,使不同设备之间在工厂侧能够实现数据的协同,完成数据的处理、能耗的累加等一般数据处理工作。通用网关要上连云平台,将数据传到云上,这个通道使用的是公众互联网。”

  尽管目前这个测试床在传输上还没有遇到问题,但为保证工业数据上传完整,郑松采用了本地大缓存来做保护。“公众互联网和我们以前在工厂里的局域网不同,最怕的是断网,所以我们做了168小时(7天)的缓存能力,这牺牲了产品一部分的性价比。”郑松说。

  如果5G可以为他开通一个专有通道,在数据传输的时实性、完整性、数据吞吐量上能够达到像做工业控制时采用的局域网一样的性能,就不用去考虑工业互联网平台在传输中遇到的困难了。

  对了解5G的电信运营商来说,其实他们可以做得更多。

  中国IMT-2020(5G)应用组副组长、CSA TC5移动核心网副组长、中国电信北京研究院网络技术与规划部标准副总监夏旭对《中国电子报》表示,作为国内国际主流运营商,我们希望能够充分利用5G所带来的业务灵活性,真正实现全接入制式、全业务范畴的支撑,实现3GPP所定义的5G三类场景对工业互联网业务场景全覆盖。

  爱立信的“5G商业潜力”调研数据显示,实时自动化将是5G最大的用例组,到2026年可为电信运营商带来1010亿美元的收入。爱立信与德国Fraunhofer生产技术研究所针对MTU Aero Engines喷气式发动机部件的生产能力开展了5G用例测试,利用5G毫秒级的低时延能力控制飞机发动机扇叶的打磨工艺,因为航空发动机对高温、高热、稳定性、精度以及扇面的整洁度要求都非常高,以前打磨一个合格的涡扇盘需要4个月以上的时间,现在缩短到3至4个月。

  5G可解决工业互联网客户核心关切

  5G如何能够更好地服务于工业互联网?一些工业企业提出应该是“工业互联网+5G”,主导权应该在工业企业。现在发生在德国的正是如此。

  夏旭说,国内外的龙头工业企业都在积极参与5G通信标准工作,希望能够更加掌控5G标准制定的路线和走向。对此,全球广泛的运营商和业界共识是运营商的长板优势就是通信服务,应该让“合适的人做合适的事”。

  同时,运营商也应该积极加大与跨行业的工业企业合作,围绕5G与工业互联网的关键网络技术,积极开展5G工业富终端关键技术、性能、形态、互操作及兼容性的测试验证,加快5G芯片和行业终端研发,推动产业具备成熟设备能力,开展5G与工业互联网的创新应用及解决方案研发。

  我国工业的现代化程度与德国相比是滞后的,这也导致我国工业企业现在的重点、需求与德国企业不同。从我国工业互联网全局来看,工业企业中沉睡着大量的联网和通信需求。但同时在基础设施、标识体系、工业互联网平台的建设等方面,都处于成长期,在大量设备还没有上网时,对5G的内发需求不足。

  针对工业互联网平台,郑松说,测试床在解决工业互联网的基础研究上是非常重要的手段,它使工业互联网软件、工具成为完整的技术体系,能够把共性的、抽象的工业场合在测试床中表现出来。郑松告诉记者,明年还会做一个大型的测试床,解决大数据、设备异构问题,可以为正在讨论的很多问题都找到答案,这一测试床会在明年9月结项。但中国明显在提速,他表示,现在有一种形式逼人的感觉。

  在工业互联网标识体系上,有机构统计,全世界能够上网的设备达到600亿台左右,远高全球70亿人口的人际通信量。这么多设备都上网,需要像邮件地址一样的标识,以便在工业网络上两个设备可以“握手”,工业互联网的意义也在于此。但将传统互联网中IP地址的概念引申到超巨量的设备中,是否可行还存在疑问。

  因此在基础建设上,5G在工业互联网中发挥作用很可以需要更长的时间才能够看到,要想加快进程,这需要工业企业与通信企业相向而行。

  “运营商提供5G极致化的网络联接是工业互联网成功的基础。而其前提则是真正理解工业互联网客户的刚需,真正让5G技术解决工业互联网客户的核心关切。”夏旭说。

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