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分析 | 关于推动工业领域“双千兆”网络协同发展的思考和建议

来源:赛迪顾问  作者:董凯 陈永灿  投稿时间:2021-04-16

当前,新一轮科技革命和产业变革与我国推动经济高质量发展形成历史性交汇,以5G、千兆光网、人工智能等为代表的新一代信息技术和制造业深度融合发展,有力支撑我国制造强国和网络强国建设。《中共中央关于制定国民经济和社会发展第十四个五年规划和二〇三五年远景目标的建议》指出要“坚定不移建设制造强国、质量强国、网络强国、数字中国”。2021年政府工作报告提出要“加大5G网络和千兆光网建设力度,丰富应用场景”。近期,工业和信息化部坚决贯彻落实党中央、国务院决策部署,发布《“双千兆”网络协同发展行动计划(2021-2023年)》(以下简称《行动计划》),指出要“聚焦制造业数字化转型,开展面向不同应用场景和生产流程的‘双千兆’协同创新,加快形成‘双千兆’优势互补的应用模式”。这对助力我国制造业数字化、网络化、智能化转型,发展智能制造具有重大意义。

一、政策解读

(一)《行动计划》体现系统性、前瞻性和融合性

《行动计划》提出了六个专项行动十九个具体任务,充分体现了系统性、前瞻性和融合性。一是围绕5G和千兆光网的协同发展进行系统部署,实现网络建设、安全保障、产业链强链补链等多个维度的同规划、同部署。二是针对双千兆网络建设与边缘计算、人工智能、网络切片、“IPv6+”等新技术的结合应用,鼓励基础电信企业、互联网企业和行业单位积极合作创新,进行前瞻布局。三是部署开展行业融合赋能行动,建设部署千兆行业虚拟专网,推动5G、工业PON等协同部署,提出“聚焦制造业数字化转型,开展面向不同应用场景和生产流程的“双千兆”协同创新”,推动“双千兆”网络在工业领域的深度融合。

(二)“双千兆”网络协同发展助力工业通信网络迭代升级

以5G和千兆光网为代表的“双千兆”网络,能向工业企业提供固定和移动网络千兆接入能力,具有超大带宽、超低时延、高可靠等特征。二者互补互促,可以推进我国加快建成面向未来的融合工业通信网络,在工业通信网络领域完成从跟跑到并行再到领跑的跨越发展;可以推进设施共享、产业协同,以更高效率、更低能耗、更优成本满足工业不同行业的差异化场景需求;可以带动工业通信网络业务模式创新,形成以建促用,建用并举的良性发展循环。

二、工业通信网络发展现状与趋势

(一)工业通信网络发展现状

20世纪80年代以来,现场总线承担了工业仪表与仪表之间、仪表与集中控制管理中心之间的通信连接任务,构建了完整的生产控制管理系统,在石化、水泥、钢铁等流程制造行业得到了广泛应用。目前,现场总线在工业企业的使用量依然巨大,但面临布线成本高、布线周期长、布线复杂等问题。21世纪以来,随着工业自动化的普及推广,工业设备的数字化和集成化水平大幅提升,连接这些设备并提供系统解决方案的工业以太网应运而生,并迎来了快速发展。世界工业自动化巨头均致力构建以工业以太网协议为核心的生态圈。结合现场总线,工业以太网能为工业领域提供更为安全、稳定的网络,但随着近年来新一代信息技术和先进制造技术的融合应用,工业以太网的实时性、互通性、抗干扰性、标准化问题逐步凸显。

5G凭借其超低时延与可靠性、大带宽、大规模连接等特性,正在逐步成为推动工业企业数字化转型和智能化改造的重要新型基础设施。目前,工业龙头企业联合基础电信运营商、科研院所积极推动5G落地应用,取得了显著成效。宝武集团通过部署5G工业专网,在确保了生产数据安全的前提下,故障预警率提升90%、运维时效提升50%、排障成功率提升65%。华阳集团通过在矿井布局5G技术,解决了矿山生产安全、监控难、巡检难等问题,设备故障率降低15%,减人提效,降低成本250万元/年,生产效率提升300万元/年。在部分行业和场景取得突破的同时,5G在工业领域的广泛落地应用仍面临着企业资金与成本投入压力较大、商业模式不清晰、工业园区网络“光进铜退”推进缓慢、单一5G技术无法满足部分强时间敏感性工业应用需求等诸多挑战。

(二)工业通信网络发展趋势

面向未来的下一代工业通信网络,将以5G与千兆光网为基础,融合TSN、WiFi 6、IPv6+等新技术,旨在打通工业领域信息数据流动的“大动脉”,构建我国工业企业数字化、网络化、智能化转型的网络基础。单一的5G技术,难以解决工业领域复杂性、多样性网络问题,而融合发展的工业通信网络打开了一扇新的窗口。5G解决远程操作的问题,TSN解决高精度同步的问题,千兆光网解决行业全场景布局5G所带来的投入改造成本过高问题,将更好的应对工业领域超低时延与可靠性、大带宽、大规模的应用场景,为工业网络提供完整的系统解决方案。国际上,西门子、三菱等行业龙头企业已经在推动5G、千兆光网、TSN在工业领域的融合应用。西门子宣布将TSN列为未来重要的通信技术,其“工业网络专家计划”更是将5G+TSN列为打造数字化工业生态的重要手段。三菱的具有无线应用能力的工业网络“CC-Link IE TSN”率先将千兆以太网带宽与TSN相结合,实现了IT和OT的实时无缝融合。

三、关于推动“双千兆”网络融合赋能工业发展的建议

(一)系统研究

建议围绕下一代工业通信网络开展系统性研究。紧抓新一代信息技术与制造业深度融合发展历史机遇,打破工业和通信业行业壁垒,整合优势力量,辩证分析我国工业发展需要什么样的网络、新型通信网络技术能够带来什么样的能力,厘清工业通信网络产业链供应链关系和长短板,构建我国工业通信网络发展的中长期路线图。

(二)统筹部署

建议在工信部印发的《“5G+工业互联网”512工程推进方案》的基础上,出台支持“双千兆”网络协同发展和工业融合赋能的专项政策。统筹部署“双千兆”网络建设和智能制造、工业互联网的协同发展,更有针对性地指导和支持工业领域“双千兆”网络的建设和应用,整合工业技术改造、智能制造和工业互联网等现有政策手段,加大对“双千兆”网络在工业领域创新应用的支持。

(三)示范引领

建议组织实施“双千兆”网络助力工业数字化转型试点示范,形成可复制推广的经验和模式,实现多点辐射的带动效应。一是结合“百城千兆”工程,选取网络基础与工业数字化转型发展基础较好的城市工业园区开展试点示范,加快实施“光进铜退”,实现“双千兆”网络协同发展。二是鼓励工业企业加大对工厂内外网络改造的投入,将研发设计、生产制造、供应链管理等核心环节与“双千兆”网络建设相结合,打造一批“双千兆”网络协同发展建设标杆或改造样板工程,遴选一批“双千兆”网络协同发展试点示范项目和企业。

(四)标准先行

建议构建下一代工业通信网络标准体系。充分发挥标准的顶层设计和引领规范作用,以“双千兆”网络在工业各行业、各场景的示范应用为契机,以技术融合发展为重点,提出引领性技术应用标准。同时加强与国家智能制造标准体系、工业互联网标准体系的统一和协同,加强与国际标准组织的交流合作。

(五)融合方案

建议开发一批“双千兆”网络与工业融合发展的系统解决方案,培育一批既懂通信网络又懂工业的系统解决方案供应商。一方面,单一的通信网络技术难以有效解决工业复杂性、多样性、碎片化的网络问题,需要将通信网络新技术与先进制造技术相融合,以工业实际需求为切入点,以有效的商业模式创新为依托,提出系统解决方案。另一方面,由于工业和通信业存在话语体系和技术体系的差异,需要培育一批系统解决方案供应商,针对融合应用进行系统性研发创新,形成基础电信运营商和行业单位间的桥梁纽带。

(六)平台打造

建议打造“双千兆”网络与工业协同发展共性技术平台。一是以工业企业和基础电信运营商为主体,推动产学研用金多方联动,在钢铁、船舶、石化、煤炭等“双千兆”网络应用性较强或商业化模式较为清晰的领域,率先组建一批面向“双千兆”网络在工业领域创新应用、协同发展的共性技术平台,对“双千兆”网络与传统工业通信网络融合中涌现的共性技术和标准进行联合研发。二是建立工业“双千兆”网络创新发展联盟,搭建技术交流、标准研讨、应用推广的平台,强化融合技术的标准引领,共商解决跨行业、跨领域的关键共性技术和应用问题。

附件:名词解释


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