黄震宁：面向新型工业化的5G工业算网技术

面向新型工业化的5G工业算网技术中国移动研究院 黄震宁2023年11月2新型工业化政策频出，已成为国家重大战略国家重大战略•二十大报告制定主要目标：到二〇三五年，基本实现新型工业化•习近平书记重要指示：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工信部具体政策•相关政策：《“5G+工业互联网”512工程推进方案》、《工业互联网创新发展行动计划（2021-2023年）》、《工业互联网专项工作组2023年工作计划》中国移动发展路径•发展路径：从辅助生产到融入生产再到改变生产•具体举措：推进5G等新一代信息通信技术的创新发展，为行业数智化转型构建数字基础设施底座2021.1《工业互联网创新发展行动计划（2021-2023）》围绕新基建、融合应用、技术创新等方面形成11大项44项具体行动方案2022.1《“十四五”数字经济发展规划》明确到2025年，数字经济核心产业增加值占国内生产总值比重达到10%2022.8《5G全连接工厂建设指南》明确通过基础设施建设、厂区现场升级等4大项14小项建设内容推动5G融合应用纵深发展2022.10党的二十大报告推进新型工业化，加快建设制造强国、网络强国、数字中国2023.6《工业互联网专项工作组2023工作计划》深化“5G+工业互联网”发展，打造5G工厂2023.9推进新型工业化重要指示建设制造强国需要同发展数字经济、产业信息化等有机结合2021年以来，国家工业互联网政策密集发布，总体呈体系化、持续增强的特点，工业互联网已成为推进新型工业化的新型基础设施3中国移动5G+工业互联网取得显著成效在5G+工业互联网领域，中国移动提出从辅助生产到融入生产再到改变生产的发展路径，全面推进5G赋能数智工厂高质量发展第六届绽放杯全国总决赛中获一等奖10个（工业6个），共有157个（工业67个）项目获奖，获奖项目总数及一等奖数量均为业界第一深耕典型场景，行业规模复制呈“燎原之势”落地400+座覆盖26省智慧矿山2大电网深度合作签约项目500+智慧电力落地3000+家中小企>80%智慧工厂全国前十集装箱港口全落地智慧港口18家A+钢铁企业已合作14家智慧冶金落地30+家覆盖17省智慧产业园区5G下矿井、进工厂、入海港,与行业深度融合实现多个“行业领跑”接入电力5G终端7000+@山东全国首套省域5G电网覆盖6省40厂区5G专网@福建、江苏等全国最大跨省5G专网38台5G无人集卡@广东全国最大5G自动驾驶港口5G+AR助推复产复工@湖南全国首个5G跨国装配全国首个极寒无人矿卡极寒（零下50℃）无人驾驶@内蒙全球首个5G智慧油气勘探5G扫除地震仪线缆束缚@南京井下919米5G网络@安徽全国最深5G矿井全国最大电声产业集群丰顺电声产业集群平台@广东4工业控制系统是当前工业控制生态的核心工业企业的标准分层ISA-95（企业系统与控制系统集成国际标准）架构中，其中下三层被称为工业控制系统（即OT系统），是生产现场和上层企业信息系统数据信息流转的关键节点，同时也是当前工业控制生态的核心。IT网络园区级车间级产线级OT网络SCMCRMERPPLM办公网网络防火墙MES生产网工业防火墙工业以太网/无线网络现场总线/工业以太网/无线网络机器1机器2机器3SCADA（数据采集与监视控制）DCS/FSC（过程控制系统/分散控制系统）PLC（可编程控制器）HMI（人机界面接口）5当前工业控制系统的架构组成在当前的工业控制现场主要有两种部署方式，小集中式和集中+分布式，小集中式指产线上小范围的控制集中化，以边缘控制器为核心，集中+分布式指单产线多工位间的1主多从式控制，主站负责不同从站间的协调和数据传递。集中式部署集中+分布部署集成PLC控制、视觉分析等能力，将产线多设备控制能力集中部署，各大工控厂商西门子、罗克韦尔、倍福、三菱等的主推产品 设备A远程IO站视觉检测 设备B远程IO站伺服站 设备C远程IO站某新能源汽车动力总成工厂工业边缘控制器工业以太现场设备上不部署PLC，只部署跟执行机构、传感器互联的IO站、伺服站等主PLC 设备A从PLC1 设备B从PLC2 设备C从PLC3 设备D从PLC4工业以太以某一台设备的PLC作为主站即主PLC，其他设备的PLC作为从站即从PLC，主站负责协调不同从站设备的协调动作从站设备一般是产线某个工序的不同设备，工艺上设备间具有强耦合性，如机床和上下料机械手间6工业控制业务的分类工业业务可划分为强实时、弱实时、非实时业务，通常强实时业务(运动控制、高精协同控制等)一般部署在产线设备控制器上，弱实时性业务(主从PLC控制、远程遥控等)部署在车间/园区侧，非实时性业务(数采、IT)部署在园区侧业务类型场景大类应用场景场景描述细分行业工控能力通信要求部署强实时性业务高精伺服运动运动、逻辑控制柔性产线运动控制工厂柔性生产中根据要求快速重构、配置，实时控制、数据集成和互操作性高端制造、汽车制造等工控周期<2ms通信时延<5ms端侧产线设备多轴电机协同控制运动控制的实时控制管理，多个运动部件协同按照预期运动轨迹和参数动作高端装备、汽车、轨道交通制造、电子行业等工控周期<1ms通信时延<1ms弱实时性业务普通IO控制、主从PLC控制车间巡检机器人控制定时采集现场图像、声音、温湿度、气体等信息，数字化性存储和报警钢铁、石化、冶金、矿山、食品、汽车、电子等无通信时延<50ms边侧车间、园区远程遥控操作基于控制信号的远距离传输，机器视觉、AI等实现车间/工厂级无人远控钢铁、石化、汽车、轨交制造等无通信时延<20ms视觉检测控制利用拍摄图片上传边缘云做视觉质检应用，对比分析检查，设备自动识别汽车、高端装备、轨道交通制造、电子、钢铁等无通信时延<20ms主从PLC控制车间主控制器负责多个从控制器的协同和调度，如AGV仓储搬运汽车、电子、家电、轨交制造、钢铁等工控周期<10ms通信时延<50ms非实时性业务数据采集物流系统调度和控制利用仓库管理系统实现工程的自动控制，进行相应的信息处理高端装备、汽车、钢铁、电子等无通信时延<200ms边侧车间、园区生产数据采集和协同分析处理产品多品种共线混流生产，设备上报生产数据到平台侧，平台根据需求下发不同产品参数汽车、高端装备、轨道交通、电子、石化、钢铁等无信息处理MES/ERP等IT应用制造运行系统、生产调度系统各行业无无边侧园区7工业控制系统的发展趋势工业控制系统因软硬件强捆绑现状导致系统维护成本高、系统集成复杂度高、软件生命周期管理难的问题，工业自动化也逐步在向开放性的方向演进，主要是网络开放性、软硬件开放性、控制系统架构开放性三方面。l 软硬件无法复用，系统维护升级成本高 随着设备的老旧以及生产复杂性的提升，这样的系统在维护和升级时就会面临产品选择上的限制和高昂的成本。如果要向其他PLC/DCS供应商的系统迁移，硬件和软件都不能复用，得重新编程组态，不仅技术上难以实现而且需要高额的投资。l 异构系统互通复杂，研发更新效率低 涉及多个不同控制系统的相互集成时，需要各种协议转换设备，不但增加了企业成本，还使系统集成变得异常复杂，中心控制程序也因此变得庞大冗杂，使系统研发，维护和更新效率低下。l 工控代码移