信息通信技術應用與工業數字化

賈佳 羅蘭

（工信通（北京）信息技術有限公司，北京 100036）

0.引言

習近平總書記指出，數字化轉型已成大勢所趨，并引領著新一輪工業革命。根據《數字中國發展報告（2020年）》，我國數字經濟總量已達41萬億元，躍居世界第二，成為引領全球數字經濟創新的重要策源地。自2010年以來，我國制造業增加值已連續11年位居世界第一，占全球比重接近30%。作為世界上工業體系最為健全的國家，在500種主要工業產品中，我國有40%以上產品的產量居世界第一，“中國制造”在全球產業鏈供應鏈中的影響力持續攀升。在利用信息化技術促進產業變革的工業4.0時代，我國采取一系列舉措，促進數字技術與實體經濟深度融合，積極推動制造業數字化、網絡化、智能化。目前已建成全球最大規模光纖和移動通信網絡，5G基站、終端連接數全球占比分別超過70%和80%，重點領域關鍵工序數控化率已達52.1%，數字化研發設計工具普及率已達73%，制造業數字化轉型全面提速。其中，信息通信基礎設施作為數字經濟發展的基石，直接影響制造業網絡能力的提升、信息“無障礙”的推進、數字鴻溝的弱化和數字經濟紅利的釋放。

1.信息通信技術發展現狀

信息通信技術日趨成為一個集合的概念，涵蓋通信、電信、計算機、軟件、中間件等，及在此基礎上形成的技術集成與整合系統。數字經濟時代背景下，以信息通信技術為主形成的新型基礎設施是新一代信息技術發展和應用的重要載體，是各類業務和消費者之間的“橋梁”，也是衡量一個國家或地區經濟社會發展水平、綜合競爭力及現代化程度的重要標準。一方面，信息通信技術作為一項基礎設施，亦能夠成為其他基礎設施建設的支撐；另一方面，信息通信技術是跨領域合作、協同與融合的重要橋梁，是產業數字化轉型的重要支撐，特別在工業領域中，信息通信技術的采用直接影響傳統廠房、設備、系統的數字化進程。

從類型上看，信息通信基礎設施主要包括信息接入系統、移動通信室內覆蓋系統和衛星通信系統三大板塊[1]。

信息接入網是連接核心網和用戶網的紐帶。根據接入網的傳輸介質不同，可以分為無線接入和有線接入。無線接入網從接入設備類型可分為微波設備無線直放站、射頻拉遠技術等；有線接入目前通常可分為雙絞線接入、光纖接入和混合接入3種方式。無源光纖網（PON）是目前最流行的寬帶網絡接入技術。千兆無源光網絡帶寬更大，帶的用戶更多，效率更高。工信部于今年3月發布了《“雙千兆”網絡協同發展行動計劃（2021—2023年）》，提出要持續擴大千兆光網覆蓋范圍，推動基礎電信企業在城市及重點鄉鎮進行10G-PON光線路終端（OLT）設備規模部署，持續開展OLT上聯組網優化和老舊小區、工業園區等光纖到戶薄弱區域光分配網（ODN）改造升級，促進全光接入網進一步向用戶端延伸。目標用3年時間，基本建成全面覆蓋城市地區和有條件鄉鎮的“雙千兆”網絡基礎設施，實現固定和移動網絡普遍具備“千兆到戶”能力，到2023年底，千兆光纖網絡具備覆蓋4億戶家庭的能力，10G-PON及以上端口規模超過1000萬個，千兆寬帶用戶突破3000萬戶。但實際操作中，因無源光纖網實現起來更復雜，所以成本也更高。

移動通信室內覆蓋系統現有方案主要包括室外覆蓋室內、傳統無源DAS、新型有源室分3種建設方案。目前在用戶體驗需求、5G應用場景以及技術創新之下，室內信號覆蓋的空間分布特性研究與實踐日漸普遍。目前常用的室內覆蓋方案包括以天線陣列的形式呈現的室內基站天線以及室內分布系統兩大類，室內分布系統為合路器、室內分布天線及耦合等多個微波器件的系統性整合，如圖1所示。目前市場對室內覆蓋系統的關注點在于寬頻帶、小型化及低成本等綜合度量指標，室內小基站系統憑借其結構簡易、頻段靈活的優勢，已成為實現室內覆蓋的更優選擇。

圖1 移動通信室內分布示意圖

衛星通信是利用衛星中的轉發器作為中繼站，通過反射或轉發無線電信號，實現兩個或多個地球站之間的通信。衛星通信系統可以劃分為空間段和地面段。其中衛星空間段是整個通信系統的核心組成部分，主要包括空間軌道中運行的通信衛星，以及對衛星進行跟蹤、遙測及指令的地面測控和監測系統；衛星地面段則以用戶主站為主體，包括用戶終端、用戶終端與用戶主站連接的“陸地鏈路”以及用戶主站與“陸地鏈路”相匹配的接口。我國目前的衛星通信系統主要有衛星廣播通信、衛星寬帶互聯網和衛星移動通信3種類型。經過多年的發展，我國已形成了比較完善的衛星產業鏈，主要包括上游衛星制造、衛星發射、衛星地面設備等材料設備，中游數據接收與處理，以及下游應用端，衛星通信、衛星導航、衛星遙感等，具體應用于衛星電視、廣播、國防、交通等方向。產業鏈規模較大的代表性企業主要集中在北京、廣東、上海、江蘇、四川、湖北等地區。目前，北京具備相對完善的衛星產業鏈布局，是衛星應用產業鏈代表企業最多的地區。

2.信息通信技術在工業數字化中的應用

數字化時代，信息通信技術成為一種新型基礎設施，貫穿于生產制造的各個流程，結合技術更迭，不斷促進資源優化配置。傳統制造企業是以大規模制造和銷售為主，價值增值圍繞產品生產的線性流程產生、擴展和延伸。在這個過程中往往產生模塊割裂和信息不對稱，共享程度較低。信息通信技術的不斷更迭，大大降低了信息互通的成本，在提升生產和決策效率的同時，又不斷優化和促進信息通信基礎創新。

2.1 信息接入網在工業數字化中的應用

我國制造業體系龐大，門類較多，企業生產制造流程、工序及環境較為復雜，另一方面，制造業價值逐步向產業鏈兩端延伸要求較高的工控精度，在這種情況下，生產設備的穩定性容易受到威脅。光纖傳輸具備的柔韌性，更好的解決上述問題，隨著納米材料、精密加工等技術的發展，光纖傳輸性能將逐步提升，光通信將成為下一步光纖網絡發展的重要支撐。伴隨技術更迭，硬件設備不斷推陳出新，工業環境對數據交互流量的需求越來越大，表現在對硬件設備和傳輸速率的要求上，例如在工業監測環境中，需要較多高質量傳感器，還需要實現遠距離實時傳輸，傳輸介質還需適應較為惡劣的工廠環境。特別是在一些強腐蝕性、強電磁干擾及高溫的工業環境中，光纖通信的優勢就顯現出來，可一定程度替代基于電纜的傳感網絡，實現遠距離、大容量、弱干擾等目的。基于光纖的傳感組網架構設計，在物聯網的廣大應用場景中應用更為廣泛[2]。

2.2 移動通信室內覆蓋系統在工業數字化轉型中的應用

在室外網絡不能保證建筑物內部的信號覆蓋，例如基站距離較遠，信號不能進入廠房，則需要在廠房內布置室內無線網絡系統，且需要集成更多的無源設備和天線。同時，工業數字化及智能工廠等場景要求數據扁平化，對信息傳輸、到達、下達生產指令、分發、庫存調配等各環節要求高度協同，基于信息通信技術的物聯網絡可以較好的實現上述需求，在結構扁平、低耦合、數據質量等方面不斷創新[3]。通過安裝移動通信室內覆蓋系統，5G將有足夠的信號覆蓋范圍，有望推動數字化進程，從孤立系統鏈接到大數據集成。隨著5G的不斷擴展和傳感器接入互聯網，高速度收集、感知和傳輸數據實現，越來越多的工業用途也將出現，增強現實輔助、機器視覺、腦機接口等新技術促進工廠的智能化率將逐步提升。

2.3 衛星系統在制造業數字化轉型中的應用

目前，我國衛星通信領域以政府采購為主導，行業應用上以廣電領域直播和多媒體為主流。伴隨物聯網在工業中的應用，天基物聯網帶來的市場空間廣闊。《國家民用空間基礎設施中長期發展規劃（2015—2025年）》規劃指出固定通信衛星和移動通信衛星并重發展，強化地面系統建設。天地一體化信息網絡由天基骨干網、天基接入網、地基節點網組成，并與地面互聯網和移動通信網互聯互通，建成“全球覆蓋、隨遇接入、按需服務、安全可信”的天地一體化信息網絡體系。建成后將使中國具備全球時空連續通信、高可靠安全通信、區域大容量通信、高機動全程信息傳輸等能力。

3.信息通信技術推動工業數字化存在的問題

現有研究及實踐中，信息通信技術的采用能夠顯著提高制造業企業創新績效已經成為共識，但在采用信息通信技術提升工業企業生產經營效率的過程中也存在一些值得注意的問題。

第一，以信息通信技術為基礎的智能化軟硬件產品及系統存在技術短板。信息通信技術的在工業中的應用大多結合物聯網、云計算、人工智能等新技術，涉及設備及廠房的升級改造，其中在5G工業芯片等一些關鍵硬件、軟件及平臺技術上，與發達國家相比鴻溝仍然存在，這也是產業鏈向兩端延伸的壁壘[4]。

第二，信息通信技術對數字化的正向作用需要多方協同。信息通信技術作為一項基礎設施投資，存在投資效應的延遲，需要工業企業原有組織管理、人力資本、企業文化相關投資的協同和配合，才能加速數字化轉型紅利的釋放，進一步提升企業生產經營效率。一方面是企業本身內部的數字化生態體系的協同，另一方面是企業外部、上下游以及整個產業鏈的數字化生態體系的建立，內外部協同程度的提升才能真正釋放數字化帶來的資源配置效率紅利[5]。

第三，信息通信技術的應用成本較高。為充分釋放5G技術優勢，對5G基站數量、密度、技術等方面均提出較高要求。與4G相比，5G的建設周期長、成本高，特別是當前我國處于4G、5G并行時期，投資壓力巨大。同時，在工業中人工智能的應用需要強大的算力支持，這對控制器等硬件的技術要求很高，支持高算力的控制器件價格昂貴，還有支持高敏感、高精度的傳感器件同樣如此。

4.相關建議

數字經濟時代的到來和深化，信息通信技術為中國制造業轉型升級和智能制造賦能，助力實現中國制造業高質量發展。整體來說，一是要加速形成企業內部數字化轉型體系生態，整體提升制造業企業內部數字化能力。由于信息不對稱帶來高昂的交易成本，是生產流程效率低下、管理弊端凸顯的重要原因，在信息通信技術的高效應用下，傳統工業企業部門之間的邊界被逐步打破，組織內部資源要素進一步實現優化配置，信息共享程度加深，資源利用效率顯著提升，工業企業部門間協作成本降低，生產與職能部門之間相輔相成的作用得以優化。因此，信息通信技術更迭應用的同時，配套數字化系統的硬件、軟件產品及企業各部門各流程的配合協同均需考慮在內，按照產品全生命周期業務過程，對研發、工藝、制造、檢驗與維修服務等階段全方位覆蓋，達到企業內部應用正向循環，相互促進。二是要配套企業外部數字化生態體系的建設，形成企業內外部數字化生態體系的良性互動。工業企業內外部數字化生態體系主要體現在產品價值網絡的搭建上，借助信息通信技術，不斷優化整合價值鏈、供應鏈、產業鏈，以用戶體驗為核心，提升生產、經營、流通速度，調整競爭策略，打通價值創造、傳遞和協同，最終實現價值交付。這個過程需要上下游合作企業、甚至整個產業鏈數字化水平的整體提升[6]。三是考慮到企業實際，要進一步結合金融創新，構建多層次、多渠道、多元化的資金支持機制，幫助企業應對資金問題。在應用信息通信技術以及在此基礎上架構的物聯網、工業互聯網等新技術時，不乏一些企業顧慮較多，在改變現有生產模式流程等帶來的接受程度以及改造效果方面的顧慮上，更多來源于資金投入的顧慮。因此需要有關部門加大支持，采用補貼、減稅、租金等方面的措施，降低企業在資金方面的顧慮，調動企業積極性，提升工業企業數字化轉型效率。