第一章 “5G+工业互联网”开启第四次工业革命

南美洲亚马孙热带雨林中，一只美丽的蝴蝶停在花簇间，偶然扇动了几下翅膀，两周后，引发了美国得克萨斯州的一场龙卷风……

恰如神奇的蝴蝶效应，当近两年最具人气的两大科技热点——5G与工业互联网相遇时，它们组成了新一轮科技革命的希望之翼，翩然扇动，相辅相成。它们将掀起怎样的风潮，又将给人类社会带来怎样的激荡与变革？

第四次工业革命，来了！

2019年5月22日（当地时间），英国钢铁公司（British Steel）宣布破产，受影响的产业上下游员工超过2.5万名。你可能很难相信，50余年前成立之初，英国钢铁公司的产能约占全英钢铁产能的90%以上，直至破产时，它依然是英国第二大钢铁企业。

制造业巨舰轰然沉没，究竟为什么？供应过剩？需求疲软？创新乏力？还是其他什么原因？一位欧洲制造业专家坦言，一系列因素的集中作用导致英国钢铁行业的生存环境日益恶化。他感叹道，欧洲传统制造业亟须转型，未来出路就在高端制造、智能制造。

两个月后的7月22日，中国宝武钢铁集团有限公司董事长陈德荣轻轻按下平板电脑屏幕上的按键，远在3000米外的宝山基地炼钢3号转炉正式开启远程“一键炼钢”模式。借助5G技术，现场屏幕上实时显示出转炉冶炼的情况：氧枪缓缓降下，转炉内的钢水开始翻滚……不久，这一炉出钢记号为DT0145D1的钢水，其冶炼结果展示在大屏幕上——温度等冶炼指标全部一次完成，碳、硅、锰、磷、硫等钢水成分指标全部在控制标准内。

以前，炼钢要经过摇炉等多道工序，现在通过架构于5G技术和工业互联网上的智能制造创新，远程“一键炼钢”得以实现。“今天，这里离现场3000米，下次我们就能实现距离几千公里的‘一键炼钢’，在上海炼湛江钢铁的钢。”陈德荣对未来信心满满。

无论是英国钢铁巨头的黯然落幕，还是中国钢铁旗舰的创新突破，相距约10 000公里的两个案例向我们传递出明确的信息：一是传统制造业正面临严峻挑战，生死就在一线之间，转型需求异常紧迫；二是智能制造成为传统工业转型升级的突破口，粗放式生产将被智能精细化生产替代；三是现代信息技术与工业技术的“融合创新”将突破人类想象的边界，“几千公里外一键炼钢”等神奇场景有望接入现实。一句话，传统工业的发展已经触及天花板，我们比任何时候都期待转型突破，一场新的革命即将到来。

是的，这场革命被人们称为第四次工业革命。不同于人类历史上前三次工业革命——蒸汽化、电气化和信息化，这是一次以“智能化”为核心的全新产业革命。

自脱离农业社会以来，工业成为人类社会的立国之本、兴国之器、强国之基，其产值贡献和占比成为衡量一个国家经济发展水平的重要指标。在联合国的官方定义中，判断“发达国家”或“发展中国家”的主要标准就是人均GDP及工业部门的产值占比。第四次工业革命将以高速宽带连接为基础，以数据和算力为核心，以工业互联网为平台，开启“工具革命”向“主体革命”的转变，推动生产力主体由“人”到“物”的跨越，最终让智能机器取代人机协作，成为物质财富生产的主导力量。

随着信息通信技术的发展与成熟，具有高速率、低时延、高可靠、大连接优势的5G网络将替代现有的工厂物联网通信技术，构建起工业智能化发展的关键网络基础设施，并与工业互联网深度融合，形成全新工业生态体系，促进制造业全要素、全价值链、全产业链转型升级。

那么，5G真的有这么神奇吗？

5G，真的不一样

5G是4G的下一代演进技术。自诞生之日起，5G就引起了全社会的瞩目，仿佛自带主角光环，无论什么时候，都是人气焦点。如果谁不能谈两句有关5G的话题，似乎就要落后于时代。

5G的魅力究竟何在？人们最直观的感受就是网速更快。1G打电话，2G发短信，3G下图片，4G刷微信、看直播，5G呢？5G网络的速度让4G望尘莫及，用手机下载一部1吉字节大小的高清电影仅仅需要几秒。而这，只是5G的特质之一。

与现在的4G网络相比，5G在速率、时延、连接数三个方面实现了巨大跃升，表现出“高速率、低时延、大连接”三大特点，分别对应国际电信联盟提出的5G三大应用场景：增强移动宽带（enhanced Mobile Broadband，eMBB）、低时延高可靠通信（ultra-Reliable & Low-Latency Communication，uRLLC）和海量机器类通信（massive Machine-Type Communication，mMTC）。

eMBB：5G的最高峰值下行速率可达10Gbit/s，约为4G的100倍，在保证广覆盖和移动性的前提下，可为用户提供更快的数据速率，同时频谱效率更高，可降低电信运营商提供流量的单位成本。

uRLLC：5G的端到端时延为1～10 毫秒，仅为4G的1/5。也就是说，5G的反应速度更快，数据采集更迅速，进而可以实现海量数据的边采集、边计算、边控制，可有效支持无人驾驶车辆、工业控制等应用场景的快速反应需求，让操作更安全。

mMTC：5G每平方公里可以支持的设备连接数达到了100万台。这一数据相当惊人，将使人与物、物与物之间的海量通信成为可能。有了5G，“万物互联”才有实现的可能。

5G的三大特点使其可被广泛应用于工业领域的机器识别、远程运维、移动巡检、产品检测等环节，以及远程医疗、智慧城市等领域，打造出超越人们想象的应用。

值得关注的是，5G还有两大“杀手级”技能，是工业互联网发展的“硬核”基础。一是网络切片。5G的业务范围非常广，不同的业务对带宽等网络资源的需求不同，5G网络可以在实体网络中进行逻辑分类，就像“切片”一样，一部分网络支撑一部分业务，从而为工业等各行业提供部署便捷、性能灵活的专网服务，更好地满足行业用户的定制化需求。二是边缘计算。这个概念比较复杂，可以简单地解释为在“最近端”的用户侧提供云计算服务，主要面向时延敏感型业务和资源消耗型业务，如车联网、工业产品检测、室内定位等。

为满足智能制造发展的需要，工业互联网迫切需要具有高速率、低时延、高可靠、大连接的基础信息网络，4G网络难以支撑，5G网络正当其时。可以说，5G是驱动工业互联网发展的关键使能技术之一，而工业互联网也是加快5G商用规模部署的重要突破口之一。5G与工业互联网的联动，将成为驱动第四次工业革命的强力引擎。

美国高通公司预测，到2035 年，5G将在全球范围内创造12.3 万亿美元的产值及2200万个工作岗位；预计2020—2035 年，5G对全球GDP增长的贡献将相当于一个与印度同等规模的经济体。全球知名咨询公司IHS Markit预测，2020—2035年，5G将贡献0.2%的GDP增长，为年度GDP创造3万亿美元的价值增量。

因为5G的“高能量”，它正成为全球主要国家奋力抢占的战略制高点，各国纷纷加快了5G研发及商用的步伐，以期在未来科技竞争中占据先发优势。一场波及全球的5G竞赛已精彩打响。

2019年4月3日晚23时（当地时间），韩国三大电信运营商KT、SKT 和Uplus（隶属LG）几乎同时宣布5G商用，韩国成为第一个实现5G商用的国家，全球5G商用元年正式开启。有趣的是，为争夺这个第一，韩国临时决定将原本于4月5日启动商用的计划提前，仅仅比美国快了几小时。这充分说明，5G 对韩国很重要。在韩国总统文在寅看来，“建成世界首个5G 商用网络，向全世界展现了韩国的潜力和无限可能性，也宣告韩国正跃升为第四次工业革命中心国家的事实”。4月8日，韩国举行庆祝活动并正式发布韩国“5G+战略”。文在寅出席活动时表示，韩国将打造世界一流的5G 生态圈，通过5G 与各领域的融合创新，自动驾驶、智慧工厂、智慧城市等第四次工业革命的代表性产业将得到全面发展。

韩国打响5G商用第一枪后，美国、瑞士、英国等国家和地区先后开通5G商用服务。在我国，工业和信息化部则于2019年6月6日正式向中国电信、中国移动、中国联通和中国广电发放了5G牌照，并于当年10月31日正式商用5G网络。

在5G赛道上，全球5G技术及产业格局究竟如何呢？

美国国防部2019年的一份报告认为，中国、韩国、美国、日本是5G“第一梯队”；英国、德国、法国位居“第二梯队”；新加坡、俄罗斯和加拿大构成“第三梯队”。美国无线通信和互联网协会2019年发布的分析报告显示，中国与美国在全球5G竞赛中并列第一，其次是韩国、日本和英国。

对于与中国“并列第一”的现实，美国难以忍受。2019 年4月12日，时任美国总统的特朗普在白宫新闻发布会上喊话：“5G 竞赛已经开始，这一仗美国必须赢！我们不能允许其他国家在这个产业上超越美国。”

为何美国如此焦虑，中国5G究竟有哪些优势？

早在2013年，我国就已经悄然布局5G。当年2月，在工信部、国家发展改革委和科技部的共同支持下，IMT-2020（5G）推进组正式成立。经过“政产学研用”各界携手创新突破，我国在5G 技术及产业的多个领域进入全球第一阵营。

据2020年5月德国专利数据公司IPLytics 发布的5G 专利数据，截至2020年3月，中国企业申请的5G SEP^[1]件数位居全球第一，占比约33%。其中，华为名列第一，拥有约15%的5G SEP。截至2020年，中国仍然是全球唯一拥有5G完整产业生态的国家，并在5G基带芯片、大规模天线（Massive MIMO）、Polar码、5G核心网等领域实现多项硬核技术的领先，有些技术在全球领先1～2年。

截至2020年11月，全球正式商用的5G网络已经超过100个，全球5G用户数达1.7亿。其中，中国已建成全球最大规模的5G网络，开通5G基站超70万个，5G终端连接数超过2亿；新上市手机中，5G手机占比近80%；在网络体验、用户发展、行业应用、产业生态等领域走在全球前列。

当5G遇到工业互联网：重新定义“智能制造”

5G与工业互联网的融合创新发展，将推动制造业从单点、局部的信息技术应用向数字化、网络化和智能化转变，也将为5G开辟更为广阔的市场空间，从而有力支撑制造强国、网络强国建设。因此，工信部高度重视“5G+工业互联网”的发展，并于2019年11月印发了《“5G+工业互联网”512工程推进方案》（以下简称《方案》），以高质量推进“5G+工业互联网”网络关键技术产业能力、创新应用能力及资源供给能力的提升。

《方案》提出发展目标，到2022年，我国要突破一批面向工业互联网特定需求的5G关键技术，“5G+工业互联网”的产业支撑能力显著提升；打造5个产业公共服务平台，构建创新载体和公共服务能力；加快垂直领域“5G+工业互联网”的先导应用，内网建设改造覆盖10个重点行业；打造一批“5G+工业互联网”内网建设改造标杆、样板工程，形成至少20大典型工业应用场景；培育形成5G与工业互联网融合叠加、互促共进、倍增发展的创新态势，促进制造业数字化、网络化、智能化升级，推动经济高质量发展。

在强化顶层设计的同时，工信部还通过支撑产业发展、加强示范引导，积极推进我国“5G+工业互联网”关键技术、创新应用、产业生态等的发展。一方面，依托工业互联网创新发展工程，鼓励、支持龙头企业打造公共服务平台，建设满足工业企业开展5G网络应用研发验证的网络测试环境，为中小企业提供“5G+工业互联网”建设改造模板，开展应用咨询及研发培训。另一方面，工信部通过试点示范遴选、促进资源对接、组织宣传培训等方式，积极推动基础电信企业与有实力的工业企业以市场化的手段对接合作。

数据显示，“5G+工业互联网”512工程实施一年来，我国“5G+工业互联网”的发展取得积极成效。截至2020年10月，我国适用于工业场景的工业互联网高质量外网延伸至全国300多个城市，连接超过18万家工业企业；各地基础电信企业与工业企业合作建设的“5G+工业互联网”在建项目超过800个，投资超过34亿元，应用于工业互联网的5G基站超过3.2万个，已经涌现出数据采集和感知、高清视频、机器视觉、精准远程操控、现场辅助、数字孪生等6类典型应用场景。同时，工业互联网标识解析体系实现“从0到1”的突破，二级节点上线74个，接入企业6000余家，标识注册量超过70亿，日均解析量超过300万次。

如今，我国“5G+工业互联网”应用正在航空、机械、汽车、钢铁、矿业、港口、能源等领域实现率先发展，应用范围向生产制造核心环节持续延伸，叠加倍增效应和巨大应用潜力不断释放。

2020年5月，杭州汽轮动力集团有限公司（简称杭汽轮）的操作车间内，一名工作人员正用一台精密的电子扫描设备对着一台汽轮机进行立体扫描。车间的另一边，一台计算机的屏幕上实时显现出实体扫描的三维模型，通过与标准模型比对，计算机能够即刻判断出该产品的误差率是否在正常范围内。产品合格，图形自动显示为绿色；如果不合格，图形自动显示为红色……

这是由中国移动浙江公司与杭汽轮合作开发的“5G三维扫描建模检测系统”，主要用于扭叶片的质量检测和汽缸毛坯的检测比对。通过激光扫描技术，该系统可精确、快速地获取物体表面的三维数据、生成三维模型，并通过5G网络实时将测量得到的海量数据传输到云端，由云端服务器快速处理比对，确定实体三维模型是否和原始理论模型一致，同时实时向工厂反馈结果。

“检测时间从2～3天大幅减少到3～5分钟，我们产品从抽检变为精准的全量检测，而且建立了质量信息数据库。”杭汽轮的工程师纷纷对“5G+工业互联网”的应用实效大力点赞，称其“节约成本，提升效益，保证质量”。

10Gbit/s以上的峰值速率、毫秒级的传输时延、千亿级的连接能力、纳秒级的高同步精度，“5G+工业互联网”正为人机深度交互、万物泛在互联、工业转型升级注入全新活力，“智能制造”正被重新定义，并将催生出诸多新业务、新业态、新模式。

对此，中国商用飞机有限责任公司（简称中国商飞）已经率先受益。

制造大飞机，需要造好每一部分，然后一节一节整体组装。这一组装涉及很多管线和零件，需要非常有经验的产业工人对照设计图样小心连接。现在，中国商飞的装配工人戴上5G+8K+VR^[2]头盔后，在飞机辅助装配、线缆端接、支架拆装、虚拟测试等工作中，都可以利用头盔对线缆进行自动识别，并根据装配指示进行操作，“哪一根线缆连接到哪一个位置，一目了然，既提高了工作效率，又保证了工作质量”。此外，中国商飞还利用两个工业摄像头进行飞机装配及相关设备扫描，进而合成三维视频，实现对装配精度的准确检验。这个技术最关键的就是两个摄像头要精准同步，只有在高同步精度的5G网络下才能实现。

在机械行业，中兴通讯携手中国联通山东分公司，与山东临工集团共同打造了5G远程遥控挖掘机，工作人员变身“钢铁侠”，可在远端控制室实时控制位于矿区的无人驾驶挖掘机，而现场真实的作业场景和全景视频实况也能够被及时回传到控制中心。

在电力行业，位于崇山峻岭甚至野外无人区的电网输电线路设备，以往只能依靠人工巡检的方式进行设备的运营状况检查，成本高、风险大、耗时久、效率低。采用搭载高清摄像头的5G无人机进行巡检，工作人员无须爬塔，就可以对电网设备进行360°全方位高清视频检查，同时完成数据采集和存档。

…………

从工业视觉检测、远程机械臂操控、超高精度定位，到云化机器人、定制加工、物流追踪等，工业生产的资源配置、产品结构、运营模式正在“5G+工业互联网”的推动下迎来前所未有的变革，“更低成本、更高效率、更高精度”“无人工厂”“智慧工厂”就在眼前。

时代大潮奔流不息，战略机遇稍纵即逝。作为世界第一制造大国、第一网络大国，我国高度重视“5G+工业互联网”的融合应用和创新发展，未来，智能制造的三大要素—“人”“机器”“数据”将被激发出超出想象的价值。“5G+工业互联网”，精彩还在后面！

注释

[1]SEP即Standards-Essential Patent，标准必要专利。

[2]VR即Virtual Reality，虚拟现实。