智能制造与通信技术 “5G+智能制造”：运营商与工业企业相向而行的探索与实践|智能制造|上海羊羽卓进出口贸易有限公司

“5G+智能制造”：运营商与工业企业相向而行的探索与实践

通信世界网消息 （CWW）在新一轮科技革命和产业变革的浪潮中，智能制造已成为推动制造业高质量发展的核心引擎。随着5G技术的快速发展与普及，5G与智能制造的深度融合正逐步成为推动制造业转型升级的关键力量。在这一背景下，运营商与工业企业相向而行，共同探索5G在智能制造领域的应用，对于推动全球供应链的重塑与升级、促进全球经济的持续增长，具有不可估量的重要意义。

智能制造：传统制造业转型升级的必由之路

智能制造作为新一代信息技术与先进制造技术深度融合的产物，具备独特的自感知、自学习、自决策、自执行、自适应等能力，不仅重塑了制造业的生产流程与模式，更成为推动全球制造业转型升级的关键力量。近年来，各国政府纷纷将智能制造提升至国家战略高度，力求在这一领域抢占先机。

中国作为世界制造业大国，对智能制造的发展尤为重视。早在2002年，中国便提出了“以信息化带动工业化，以工业化促进信息化”的战略方针，为智能制造的发展奠定了信息化与工业化融合的基础理念。2012年，中国进一步明确了“走中国特色新型工业化、信息化、城镇化、农业现代化道路”的发展方向，强调信息化与工业化的深度融合，为智能制造的加速发展铺设了更为宽广的道路。进入新时期，智能制造被赋予了更加具体且意义深远的使命——“以智能制造为主攻方向推动产业技术变革和优化升级”。这一战略定位不仅明确了智能制造在推动制造业转型升级中的核心地位，还指出了“以‘鼎新’带动‘革故’、以增量带动存量”的具体路径，旨在通过智能制造的全面应用，推动制造业产业模式和企业形态的根本性转变，进而促进中国产业整体迈向全球价值链中高端。

在全球范围内，智能制造已成为各国竞相提升制造业竞争力的关键抓手。德国于2019年2月发布了“国家工业战略2030”，旨在巩固并提升德国的工业领先地位，通过实施一系列必要且可行的国家干预措施，加强对产业结构调整的引导与支持。2022年10月，美国推出了“国家先进制造业战略”，该战略聚焦于开发并应用前沿制造技术，致力于培育一支高素质的先进制造业技术人才队伍，并着力增强制造业供应链的弹性与生态系统的韧性。这些战略举措无一不彰显出，智能制造已成为全球制造业转型升级不可逆转的趋势。

智能制造的基本原则及体系框架

根据我国现行标准GB/T4754-2017划分，制造业包括食品工业、纺织服装工业、造纸印刷业、石油和化学工业、冶金工业、非金属制品业、金属制品业、机械制造业、运输设备、电器设备、电子设备、仪器仪表等31个行业。

工业和信息化部、国家发展改革委等部门于2021年联合印发的《“十四五”智能制造发展规划》（以下简称《发展规划》），强调智能制造应坚持融合发展原则，并提出加强跨学科、跨领域合作，推动新一代信息技术与先进制造技术深度融合，这为运营商与工业企业在智能制造领域的探索与实践提供了指导方向。《发展规划》还指出，到2025年，70%的规模以上制造业企业基本实现数字化、网络化，建成500个以上引领行业发展的智能制造示范工厂。

从结构层次来看，智能制造可分为5层。设备层执行生产任务并上传现场数据；产线层将现场数据进行预处理并向上层汇报；工厂层接收处理后向企业层反馈生产情况；企业层运用生产管理软件进行分析处理后向下层下发工作计划，再依次传导至设备层，对生产设备进行有效控制与检测。设备、控制、车间与企业层形成“由点到线再到面”的递进关系。协同层旨在形成综合的数据平台，实现单一企业与其所处商业生态环境中其他参与者的实时互通，这更利于全产业链优化发展（如图1所示）。

图1 智能制造层次结构

运营商与工业企业相向而行的架构基础

“5G+智能制造”的生态体系可以参照5G toB的生态体系，基于相关利益方的不同角色定位，划分为行业用户、系统集成商、行业应用开发者、行业云服务商、运营商等（如图2所示）。

图2 “5G+智能制造”生态系统

在生态系统中，各参与方扮演着不可或缺的角色，形成了紧密相连、相互依存的行业生态链。具体而言，工业企业位于行业用户层，是这一生态体系的需求源头；系统集成商负责为工业企业设计并实施整体性解决方案，确保技术的有效落地与应用；行业应用开发者专注于为工业企业提供高度定制化、产品化的行业应用，涵盖软硬件的设计、开发与制造环节；行业云服务商则构建起连接应用与服务的“桥梁”，不仅为工业企业和系统集成商提供云计算基础设施、支持行业应用软件运行的相关服务，还为行业应用开发者提供云端开发交易平台。

运营商作为生态体系中的基础设施提供者，其核心职责在于提供稳定、高效的5G网络连接服务，涵盖网络产品的设计、部署以及后续的运维保障。目前，随着数字化转型的深入，运营商的角色也在不断演进，逐步从传统的通信服务提供者向综合信息服务科技企业转变，并积极参与到行业云服务、系统集成等多个领域，进一步丰富了生态体系的服务内容与价值创造。

这种角色上的交叉与融合，特别是运营商与工业企业之间日益紧密的跨层合作关系，不仅打破了传统角色界限，还为双方相向而行创造了架构性基础。

运营商与工业企业相向而行的探索实践

需求与网络

新时期的工业生产逐步从“以产品为中心”转变为“以用户为中心”，这需要更加智能、柔性的生产方式。在“5G+智能制造”的探索过程中，运营商与工业企业相向而行，共同推动5G技术在智能制造领域的落地应用。一方面，运营商依托其在通信网络领域的优势，为工业企业提供高质量的5G网络及服务，满足智能制造对通信提出的高要求；另一方面，工业企业可结合自身生产实际，提出具体的应用需求，与运营商共同开发5G智能制造解决方案。

5G和5G Advanced技术为智能制造提供了强大的技术支撑。相较于消费者市场，工业企业对于网络的需求呈现出显著的专业性与特殊性，它们更为关注上行速率、时延、可靠性、抖动控制及精准定位等关键指标，以应对工业制造过程中的复杂性与实时性要求，确保数据传输的准确性与效率。

在工业制造环境中，网络不仅要同时处理结构化与非结构化数据，还需应对实时与非实时工业大数据共存的挑战，这对网络技术的兼容性和处理能力提出了更高要求。同时，为适应生产线布局的快速调整与优化，现场网络还必须具备灵活性和可重构性。

鉴于制造业内部细分领域的多样性，不同应用场景和服务对网络的需求千差万别。因此，运营商面临着为制造业不同场景定制网络分类与分级能力的紧迫任务。该任务的核心在于精准把握OT（运营技术）需求，并将其有效转化为CT（通信技术）领域的网络能力标准，从而构建一个坚实且灵活的SLA（服务等级协议）框架。

为实现这一目标，需要将工业企业的多样化需求与运营商的网络能力进行精准对接，推动智能制造与5G通信技术融合发展。

平台与应用

运营商与工业企业通过共同构建高效的工业互联网平台，实现设备、数据、应用的全面连接与智能协同。以中国联通为例，其积极构建工业互联网平台，以设备管理能力为核心，不断增强工业大数据分析和数字孪生能力。平台根据生产现场的实际需求，支持云、边按需部署，赋能工业企业构建敏捷、智能的服务和应用，推动生产过程实现智能化升级。

中国联通的工业互联网平台不仅打通了各类工业协议，实现了“人、机、料、法、环、测”等生产要素的“能连尽连”，还开放标准化能力及应用服务，协同包括工业企业在内的各产业生态应用建设单位，共同丰富“应用超市”，为工业企业提供全面的数字化转型支持。

在应用领域融合方面，通过工业互联网平台逐步向“多技术融合、一系统管理”演进，促进信息技术与工业企业的交叉融合，并推出各种定制化融合应用，增强工业企业的生产管理效能，打通生产、销售、服务等环节，实现以市场需求为导向的精益化生产模式。如中国联通围绕生产制造、仓储物流、节能减排等关键工业场景，打造了多款APP，为工业企业提供了低门槛、易运维的数字化转型服务。通过这些探索与实践，运营商与工业企业正相向而行，共同推动工业企业数字化转型深入发展。

未来展望：依旧任重道远

运营商与工业企业在“5G+智能制造”领域的探索与实践仍任重道远，面临着多方面的挑战。首先，大量企业尚未完成基础的设备数字化改造，面临数据流通难、设备联网率低等问题。其次，尽管工业5G芯片、模组以及网关的价格已呈现下降趋势，但仍高于工业企业的预期，对工业企业进行大规模网络部署构成了阻碍。最后，工业企业的5G行业应用呈现碎片化特点，同时极其复杂的生态系统也对工业企业的能力积累以及商业闭环的形成带来巨大挑战。

在进一步提升终端设备供给能力、推进提质降本增效的背景下，面对挑战，运营商、工业企业乃至整个生态系统应围绕智能制造这一核心，相向而行、整合资源，实现协同发展。例如，对5G有深入理解的应用方，可以致力于提升基于现有解决方案自服务能力的二次开发技能，并探索与供给侧各主体之间“链式协同”的新合作模式。通过精准分工和高效协作，供给侧有望降低定制化方案带来的分散投入，而需求侧也能更好地满足自身灵活调整、自主可控等需求，从而逐步实现更高水平的合作共赢。

GSMA在2023年“MWC巴塞罗那”启动Open Gateway项目，旨在为工业企业、云服务商及开发者提供标准开放的API接口，以及跨运营商标准化的互联互通能力，让生态伙伴能够更有效地调用运营商网络能力，推动产业生态系统各方相向而行。

同时，业界还应持续推动工业5G应用的标准化能力构建，对项目中孵化的各种能力进行沉淀及标准化，使其成为可复制、流通的标准产品，从而促进“5G+智能制造”案例的规模复制推广。总的来说，行业可以从解决方案标准化、生态标准化以及行业应用规范标准化三个方向发力。

展望未来，“5G+智能制造”作为推动工业转型升级的重要力量，其深入发展与广泛应用离不开运营商、工业企业等各方的共同努力和持续探索。为了实现这一目标，各方应相向而行，通过具体行动整合资源、协同创新，共同开启工业发展的新篇章。

*本篇刊载于《通信世界》8月10日*

第15期总949期

新型工业化李培根院士：数字孪生将定义下一代智能制造

近日，习近平总书记就推进新型工业化 作出重要指示，指出“新时代新征程，以中国式现代化全面推进强国建设、民族复兴伟业，实现新型工业化 是关键任务”；提出“要把高质量发展的要求贯穿新型工业化 全过程，把建设制造强国同发展数字经济、产业信息化等有机结合，为中国式现代化构筑强大物质技术基础”。面对新时代、新使命、新定位，行业如何把握发展大势、推进技术创新、走新型工业化发展道路？作为通信领域的权威媒体，通信世界全媒体特推出“加快推进 新型工业化” 系列报道，通过汇聚ICT和工业领域的专家、学者声音，深入探讨新型工业化的发展模式，推动新型工业化实现高质量发展，进而赋能中国式现代化征程。

智能制造是全球产业技术变革的主要方向，是未来国际竞争的制高点，作为制造强国建设的主攻方向，智能制造是制造业实现质的有效提升和量的合理增长的有效途径，对于加快发展现代产业体系、巩固壮大实体经济都具有重要意义。

近日，中国工程院院士李培根 表示，下一代智能制造最鲜明的特点是数字孪生的应用，数字孪生不仅仅是产品、设备的数字孪生，还包括车间、工厂，以及供应链的数字孪生。

数字孪生深入，发展趋势渐明

伴随着智能制造逐步发展，企业也逐渐实现自身数字化转型。李培根认为，企业数字化转型不仅仅是互联、信息集成，还需要虚实融合；现在常提的工业4.0，其中很重要一点也是虚实融合，而虚实融合最典型的体现就是数字孪生。

数字孪生在产品、设备中的应用，无论是波音公司开展数字孪生和数字主线应用实践，提出的基于模型企业（MBE）“钻石模型”，还是具体到一个学校的数控机房，都是指通过建构数字孪生模型从而获取数据或是机器运行过程中的动态，借助运行动态进行调控从而实现智能化生产。

具体到车间、工厂以及供应链中的数字孪生，李培根认为，车间、工厂实际需要的是一个数字孪生的工厂平台。数字系统实时记录真实系统的运行情况，分析哪些参数需要调整，并且实时调整来保证质量，保证效果。而供应链数字孪生体现在企业中，企业不仅要有好的供应链系统，还要有数字化供应链。而且不用于早就应用于供应链的传统的、离线独立的仿真，基于数字孪生的仿真是实时的、动态的，能够与物理系统交互连接。

当前，我国工业互联网发展从起步发展期进入到快速增长期，试点应用向规模推广持续迈进。在工业互联网助力智能制造逐渐深入千行百业的背景下，李培根指出，数字孪生的应用、企业上云、工业软件上云的发展形式下，SaaS、PaaS都将成为未来重要的发展趋势 。

智能制造演进，前方挑战犹存

“在智能制造架构演变中，很多企业使用了PLM、MES、ERP等信息系统，但还是存在‘信息孤岛’，互相之间没有集成。随着云计算的发展，信息系统能够集成，但依然存在IT和OT没有很好融合。”李培根表示，未来，随着工业互联网平台技术的发展，以及平台上的人工智能技术、自然语言处理、机器学习的进步，IT与OT的边界将会消失。

李培根介绍，目前，已有工厂通过数字孪生系统采集实时数据，通过数据分析，使得工厂运行在最佳状态。他表示，这个意义非常重大，工厂仿真有三个最基本的目的，即可以快速且全面地获得生产运行数据、定量评估分析工厂性能、找到能让工厂运行最佳的方案。

此外，李培根提到，工厂“CAE”受到制约的状况也不亚于其他产品CAE。华中科技大学朱海平教授团队牵头研发的工厂仿真软件FS(Factory Simulation)就是为了破除这一困境，并且有些应用功能对比同行已经领先。

最后，提及人工智能，李培根表示，制造业是人工智能应用的蓝海，企业中AI大模型还有待远期应用。对此，他建议企业家、学者以及工程师等各界人士应该思考，到底什么能力是AI不能够替代的，我们不能够成为AI工具，而是要利用AI工具去提升自己的创造力 。