5G+工业互联网，开启全连接工厂新时代

        2022年8月，工信部发布《5G全连接工厂建设指南》（以下简称“指南”），这是继《5G应用“扬帆”行动计划（2021—2023年）》后在5G赋能行业方面的又一重要指导意见。《指南》明确提出建设“产线级”“车间级”“工厂级”全连接工厂，形成生产单元的广泛连接、信息（IT）运营（OT）的深度融合。

        在实现全连接工厂的诸要素中，5G和工业互联网是最核心的要素。其中，工业互联网直接为企业IT&OT业务系统服务，而5G网络则是工业互联网运行的重要保障。

工业互联网在高速发展的同时面临巨大挑战

        在近年来数字经济大潮推动下，工业互联网发展迅速，据树根互联预测：工业互联网平台连接设备将由2021年的7600万台增长至2025年的1.8亿台，对应工业互联网连接设备市场规模约360亿元。同时平台系统解决方案将为工业互联网解决方案服务商带来更多的增量收入。

        在规模发展的同时，工业互联网平台建设也凸显出一些问题。

        当前工业互联网的典型应用以单一环节的数字化改造为主，没有形成统一的建设方案，“单点”业务还可能会进一步为企业数字化转型带来更多信息孤岛。此外，传统企业的IT、OT网络往往由不同厂家建设，并由独立的部门分别管理，在企业内部也形成了一道道“墙”，企业数字化改造仍处在初级阶段。

        目前企业生产域网络仍然以工业以太网为主，复杂的有线连接对于企业网络部署和柔性化改造都是一大压力。

        绝大部分企业不具备生产现场边缘上云的能力。智能制造的流程和规模越发复杂，越需要各系统间数据的融合和开放，在工业核心的OT域，当前主流工业控制都是传统厂家成熟的系统，系统间不能兼容和互通。对于企业来说，最有价值的资产是数据，目前“七国八制”的数据现状，使得企业难以将数字资产积累下来，难以进行流程优化和迭代改进。

5G赋能工业互联网

        5G的引入，可以极大地解决工业互联网目前所面临的问题：从连接层面看，可实现“人机料法环”的应连尽连，统一孤岛数据；从网络层面看，5G全新的组网架构，媲美工业以太网的高可靠性、高稳定性的网络，保障了工业核心OT域的生产要求；5G天然具备云边协同能力，企业可以自主部署应用，改变工控厂家数据“七国八制”的局面。

        无处不在的5G网络，可以实现全连接工厂“人机料法环”生产要素应连尽连，第一次用统一的解决方案将生产过程的各系统连接在一起，成为工业数字化全面转型升级的基础。生产要素的应连尽连包括人员的连接、自动化设备的连接（机械臂、数控机床等）、物料的连接、制造管理控制系统的连接、生产环境数据的连接等。

5G提供多层次全连接组网

        “5G全连接工厂”明确定义了工业互联网的连接层次，包含“工厂级”“车间级”“产线级”三级。

        在传统工厂的网络建设中，往往首先建设的是“工厂级”的“园区网”，该网络的特点是：解决了工厂IT网络和部分生产网络上云的问题，网络覆盖范围比较广，大多数情况下，园区网络与公众用户网络是共享的。

        随着连接的领域向“车间级”“产线级”拓展，以共享方式为主的“园区网”就不再适用，在车间和产线级，最需要解决的问题是OT域的可靠连接以及本地的算力部署的“现场网”。另外，与“园区网”尽可能由一张网解决所有连接问题不同，“现场网”是针对特定的OT域业务定制的，有多个不同种类的OT域场景，就会有多张定制的“现场网”。

        5G网络提供了丰富的组网框架，针对“园区网”采用兼容运营商网络的组网方式，在园区内下沉UPF；针对“现场网”采用一体化超融合组网方式，在车间/产线本地完成组网（见图1）。

5G无线通信技术更具灵活性、可靠性

        工业互联网通信协议目前业界主要有三种技术：现场总线技术、工业以太网技术及无线技术。对比三种技术，现场总线技术具有较高的可靠性，工业以太网技术具有较大的传输速率，无线技术具有较便携灵活的部署方式。

        现场总线技术主要提供现场传感器件到控制器、控制器到执行器或控制器与各输入输出控制分站间进行数据通信的支持。

        工业以太网遵从TCP/IP框架，具有接口简单、协议开放、可靠性高、传输速率快、互通便捷等优势。

        以5G为代表的无线通信主要优点是不需要布置供电线路，而且能够连接更多监测和控制点。5G和TSN结合，将TSN部署于控制器到现场设备之间，可实现控制信号的高质量确定性时延传输；将TSN部署于控制器之间，实现协同信号的高精度同步传输；将TSN部署于IT网络与OT网络之间，可实现生产数据向信息系统的上传以及控制管理信息向生产设备的下发。

5G算网协同，为全连接工厂灵活定制算力

        得益于5G网络的开放性，5G网络天然具备“云、边、端”的协同算力。工业企业在一次性投入建设5G网络的同时，也可以同时部署靠近企业生产现场的算力。企业依据“工厂级”和“车间+产线级”不同场景的算力需要，可灵活选配5G网络的算力资源，将最适合的业务系统就近部署，最大程度减少因网络迂回带来的时延损失。与此同时边缘算力部署位置在企业园区内，从管理域上划分属于企业管理范畴，可以按照企业的安全策略统一管理算力资源及上层应用，减少了数据安全的风险。

        在工业互联网具备了灵活的算力条件后，对于企业的OT域核心业务，将会有更多的选择，可以不仅仅局限于既有工控企业的封闭系统方案，更有机会可以使用新兴的开放系统方案，从而可以不断积累生产数据，持续优化和提效。

5G+工业互联网，催化产业新蓝海

        在全连接工厂拉动下，5G和工业互联网协同发展，不仅提升了工业互联网的价值和渗透率，更能促进整个全连接工厂新兴产业链的发展。

工业设备上云

        设备上云是工业互联网发展的必然选择。根据工信部对“十大双跨”工业云平台设备平均接入数的统计，平均接入设备数从2018年的57万台增长到2022年的140万台，年复合增长率超150%。

        工业边缘计算网关在底层将现场设备封装成web服务，通过工业网络联接到工业数据平台中。边缘网关+云平台组成的云到端的平台型解决方案，越来越成为企业数字化转型的主流，由此可以解决传统数据管理带来的数据孤岛问题。

工业网关在增长的同时可获得高溢价

        根据工信部数据，我国2020年重点工业互联网云平台连接设备数约为6200万台；根据《“十四五”国家信息化规划》，得益于5G网络的深入建设，工业互联网上云设备数将由2020年的13.1%上升至2025年的30%，达到1.81亿台，增速可观。

        工业通信设备与商用通信设备应用场景不同，其部署场景较为苛刻。因此，工业通信设备在元器件、产品用材、稳定性、配套软件选型方面相比通用设备有一定差别，同样规格的工业通信设备是通用设备价格的2~3倍，工业终端可获得更高的溢价。

工业控制，自主可控

        目前工业互联网市场主要被国外品牌所占据，市场占有率达43%，头部企业包括西门子、罗克韦尔、Belden（百通赫斯曼）等。传统工业控制企业深耕行业多年，客户黏性强，铸就了较高的市场壁垒；通过为工业客户提供整体解决方案，使得工业客户端到端应用被锁定在产品生态内。国内公司致力于构建开放系统打破垄断，但多数企业仍处在初创期，市场占有率较低。

        5G技术使得网络架构更加扁平化，给工业互联网新兴厂商带来发展机遇。初创公司可以基于5G网络构建云化PLC系统，通过5G工业网关传输PLC控制指令，打破传统功控系统的垄断。基于5G的无线控制系统可节约布线工作量的40%，基于5G网络的云端PLC+本地IO联动的系统，可以使工控系统硬件整体节约30%。

        中兴通讯是5G网络全球领导者之一，目前已携手全球90多个运营商、500多个合作伙伴开展了广泛的5G创新应用探索，形成了大量行业创新应用用例。在数字化转型、“全连接工厂”的建设大潮中，中兴通讯始终是运营商和行业企业最有力的合作伙伴。