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无线技术助力工业互联网发展|数连世界 智造未来
作者:李晓帆            发布时间:2018-09-26

  一、 工业互联网的发展

  (一)什么是工业互联网

  随着以互联网、云计算、大数据、人工智能等为代表的新一代信息技术与传统产业的加速融合,全球新一轮科技革命和产业变革正蓬勃兴起,一系列新的生产方式、组织方式和商业模式不断涌现。在此背景下,作为智能制造关键基础的工业互联网随之孕育而生。

  工业互联网是满足工业智能化发展需求,具有低时延、高可靠、广覆盖特点的关键网络基础设施,是新一代信息通信技术与先进制造业深度融合所形成的新兴业态与应用模式。

  (二)工业互联网在世界范围的发展

  随着以美国为代表的“回归制造业”经济发展理念的提出,以智能制造为核心的新工业革命成为各国发展的重要方向,发达国家和主要经济体纷纷提出了制造业转型升级的战略,大力发展工业智能制造。其中最具代表性的就是德国的“工业4.0”战略和美国的“先进制造业国家”战略。

  (三)我国大力推进工业互联网发展

  我国高度重视工业互联网的发展,自2015年以来,国家先后发布一系列政策文件,包括《国务院关于积极推进“互联网+”行动的指导意见》(国发〔2015〕40号)、《国务院关于深化制造业与互联网融合发展的指导意见》(国发〔2016〕28号)以及《国务院关于深化“互联网+先进制造业”发展工业互联网的指导意见》等,鼓励和推动工业互联网在我国的发展与应用推广。此外,为落实国务院政策,工业和信息化部先后发布了《工业互联网发展行动计划(2018-2020年)》、《工业互联网平台建设及推广指南》、《工业互联网平台评价方法》等文件和计划,积极推动工业互联网在我国的发展。

  为加快推进工业互联网创新发展,2018年2月,在国家制造强国建设领导小组下设立了工业互联网专项工作组,工业和信息化部部长苗圩任组长,国家发改委副主任林念修、科技部副部长徐南平、工业和信息化部副部长陈肇雄、财政部副部长刘伟任副组长。教育部、人力资源和社会保障部、环境保护部、交通运输部、商务部、卫生计生委、人民银行、国资委、税务总局、工商总局、质检总局、安全监管总局、知识产权局、工程院、银监会、证监会、保监会、能源局、国防科工局、外专局等相关部委领导担任工业互联网专项工作组成员。

  在各项国家政策的引导下,我国的制造业信息化水平大幅提升,重点行业数字化、网络化、智能化取得明显进展。据工信部统计,2017年规模以上工业企业数字化研发设计工具普及率、关键工序数控化率、生产设备数字化率、数字化设备联网率已分别达到63.3%、46.4%、44.8%和39%,培育了一批工业互联网平台,制造业智能主导的特征日趋明显,我国工业互联网蓬勃发展。

  二、 工业互联网的网络连接

  工业互联网的一个显著特征就是,通过构建泛在互联、低时延高可靠的网络,将工厂内的各种设备、物料、系统、劳动者以及工厂外的产品、仓储、物流、用户等供应链的各个环节连接在一起,实现各环节的泛在互联与数据顺畅流通,从而形成一个智能高效的工业生态系统。

  工业互联网的网络连接离不开各类通信技术。目前,工业领域中使用的绝大多数通信技术仍然是有线技术,包括各种专用工业以太网技术和现场总线技术;在一些特殊的工业场景下,无线技术以其良好的移动性成为了有线技术的重要补充。瑞典工业网络公司HMS在对2017年全球工业网络市场份额统计的基础上,发布了2018年全球工业网络市场份额预测报告。报告显示,2018年工业以太网市场份额将占到全球工业网络市场份额的52%、现场总线市场份额为42%,工业无线网络将占整个市场份额的6%。

  无线技术是降低工业测控系统成本、扩展应用范畴的革命性技术,通过无线技术传递信息具有低成本、易使用、灵活度高等优点,更加适合应用在高温、高噪声、偏远地区等不适宜工人操作的环境下,能够大幅提高生产效率。据艾默生的测算,无线技术可以降低60%的设备成本、减少65%的设备管理时间并且能够节省95%的布线空间。无线技术是对各类工业有线技术的重要补充,已成为工业互联网网络连接的一个重要发展方向。

  三、 无线技术助力工业互联网发展

  目前,工业互联网应用的无线技术总的来看可以分为两大类:一类是短距离通信技术,另一类是广域网通信技术。

  (一)短距离通信技术

  短距离通信技术是目前工业领域应用最广泛的无线通信技术,主要包括WLAN、蓝牙以及RFID等传统短距离通信技术和以WirelessHART、ZigBee、ISA100.11a 、WIA-PA等为代表的面向工业应用的专用短距离通信技术两类。

  微功率短距离无线发射设备一般用于单向或双向的低功率短距离通信,具有覆盖频率宽、使用范围广、设备数量大的特点,同时又具有价格低、移动灵活、易于组网等优点,因此被广泛应用在工业生产制造的多个环节。随着工业生产制造的自动化水平不断提升、智能化需求不断发展,微功率短距离无线发射设备在工业互联网中的应用将变得越来越广泛。

  (二)广域网通信技术

  随着工业领域各类无线通信需求的不断增加,蜂窝移动通信技术以及基于蜂窝技术的低功耗广域网技术也开始应用在工业领域中。

  目前已经在工业领域应用的广域网通信技术包括2G/3G/4G蜂窝移动通信技术,以及以NB-IoT、eMTC、Multefire、LoRa等为代表的低功耗广域网技术。低功耗广域网是一种可以实现低带宽、低功耗、远距离、大量连接的物联网通信技术,其最大的特点是实现了远距离、低功耗。

  此外,第五代移动通信技术标准还规划了低功耗大连接(mMTC)和低时延高可靠(URLLC)两类场景,主要是面向未来大规模物联网和工厂自动化等对时间敏感及高可靠性的要求,重点解决传统移动通信技术无法很好支持地物联网及垂直行业应用。随着5G技术标准的不断推进发展,工业互联网可以积极将5G技术作为通信和连接的手段,伴随着5G技术的发展浪潮,推动无线技术在工业互联网中更加广泛的应用。

  四、 结语

  工业互联网是推进制造强国和网络强国建设的重要基础,是全面建成小康社会和建设社会主义现代化强国的有力支撑。未来随着工厂信息化和智能化的发展,将会有越来越多的工业场景需要采用无线技术和无线设备。无线技术的不断发展和进步,也将进一步推动制造业的发展,为工业互联网的发展带来新的动力。

  作者简介

  李晓帆,中国信息通信研究院产业与规划研究所工程师,北京邮电大学硕士。主要研究方向为工业互联网无线技术发展与应用、无线电频谱管理与规划等。

  联系方式  lixiaofan@caict.ac.cn

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