“5G+工業互聯網”賦能制造業高質量發展的現狀、問題和對策建議

摘要：“5G+工業互聯網”“5G+AI”、數字孿生等現代信息技術的快速發展，給制造業數字化轉型帶來了機遇和挑戰，“5G+工業互聯網”與制造業的融合發展迅速推進，對于建設制造強國具有重要的意義。文章通過實地走訪調研多家制造企業，分析并總結了影響我國“5G+工業互聯網”發展的主要因素，即市場需求、技術瓶頸、人才匹配，并從宏觀層面與行業層面分別提出了對策建議。

關鍵詞：“5G+工業互聯網”；高質量發展；制造業

中圖分類號：F623" " " " 文獻標識碼：A" " " 文章編號：1674-0688（2024）04-0043-05

0 引言

黨中央高度重視制造業創新發展，在不同的歷史時期都作出了富有時代特色的重大部署。同時，為牢牢把握5G發展的戰略性機遇，各級政府紛紛出臺一系列支持政策，為5G賦能制造業發展提供了政策指導和保障。“5G+工業互聯網”的融合發展，使信息基礎設施的改造升級取得顯著成效，同時對建設制造強國具有重要的意義。劉佳樂［1］對5G技術應用于工業互聯網的必要性與優勢、融合機理、典型應用場景、難題與挑戰以及推動策略與突破口進行了研究，并總結了一些有利于“5G+工業互聯網”進一步發展和應用的推動策略和關鍵技術。陳錦鋒［2］認為“5G+工業互聯網”已初步實現規模化應用，“5G+工業互聯網”的飛速發展，將助力經濟社會的數字化轉型發展。一些學者也提出，我國“5G+工業互聯網”的融合發展仍存在桎梏。胡世良［3］認為我國發展“5G+工業互聯網”還存在一定的難度和復雜性，同時商業模式并不成熟，難以規模化復制推廣。肖俊芳等［4］認為政策環境、行業壁壘、產業鏈等方面存在制約“5G+工業互聯網”在我國發展蓬勃發展的因素。現有文獻多為分析“5G+工業互聯網”在我國發展的現狀、優勢及問題，鮮有深入一線了解企業實際發展情況的研究。本文基于對浙江、廣東兩省多家制造企業的實地走訪調研，結合相關文獻，闡述了5G技術在制造業中的實際應用情況，分析了當前制造企業數字化轉型面臨的形勢、問題及挑戰，并提出針對性的建議，供相關研究參考和借鑒。

1 “5G+工業互聯網”在我國的發展現狀

1.1 宏觀發展狀況

工業互聯網的發展可以分為短期和長期兩個階段。短期階段包括運營效率提升的第一階段和新產品、新服務提供的第二階段，長期階段則是結果經濟的第三階段和智能經濟的第四階段。我國“5G+工業互聯網”的發展歷程不到10年，2015年5月8日 國務院印發《中國制造2025》，提出通過“三步走”實現制造強國的戰略目標；同年7月發布《國務院關于積極推進“互聯網+”行動的指導意見》；2019年工業和信息化部向四大運營商（中國移動通信集團有限公司、中國聯合網絡通信集團有限公司、中國電信集團有限公司和中國廣播電視網絡集團有限公司）發放了5G牌照。目前，我國正處于運營效率提升的第一階段。然而，作為新一代重要的信息通信技術，5G已經深度融入工業領域，其應用范圍也逐步拓展，從生產流程中輔助環節的信息化改造向核心環節的數據分析優化演進。工業和信息化部發布的數據顯示，截至2022年底，我國已在飛機、船舶、汽車、電子、能源、采礦等眾多國民經濟支柱產業開展了“5G+工業互聯網”技術應用的創新實踐，全國共有超過4 000個在建項目，“5G+工業互聯網”已融入45個國民經濟大類，取得積極進展［5］。

1.2 產業發展狀況

一是產業政策導向方面。近年來，國家層面新發布了一系列政策文件，包括《關于加快發展先進制造業集群的意見》《“十四五”數字經濟發展規劃》《5G全連接工廠建設指南》等，這些政策強化了對不同形態載體如“工業互聯網+園區”“工業互聯網+產業集群”等的支持與引導，統籌推進“5G+工業互聯網”在電子設備制造、裝備制造、鋼鐵、采礦、家電等重點行業領域的應用，拓展了在“工業互聯網+安全生產”“工業互聯網+綠色低碳”等特定領域的融合創新應用，并針對大型企業、中小型企業等不同主體進行分類施策。在地方層面，浙江、廣東等沿海發達省份紛紛發布了相應的政策文件，例如《推進細分行業中小企業數字化改造行動方案》《浙江省5G全連接工廠建設行動方案（2023—2025）》《廣東省加快5G產業發展行動計劃（2019-2022年）》《中共廣東省委 廣東省人民政府關于高質量建設制造強省的意見》等，凸顯了中央和各級地方政府對發展先進制造業的重視。5G全連接工廠建設作為“5G+工業互聯網”發展的重點任務，能夠充分利用以5G為代表的新一代信息通信技術集成，打造新型工業互聯網基礎設施，新建或改造產線級、車間級、工廠級等生產現場，形成生產單元廣泛連接、信息與運營深度融合、數據要素充分利用、創新應用高效賦能的先進工廠［6］。

二是產業的總體發展情況方面。工業和信息化部發布的數據顯示，2023年我國的“5G+工業互聯網”核心產業規模已超過1.2萬億元。來自工業、通信、互聯網行業的中央企業、大型民營企業發揮龍頭引領作用，帶動產業鏈上下游聯動發展。中小型企業創新活躍度上升，邊緣計算、工業智能、工業大數據等領域的創業企業超過3 000家，涌現出一批“專精特新”的解決方案。工業互聯網產業聯盟匯聚了海內外80多個細分行業的2 500家成員單位。工業5G融合產品日益豐富，模組價格較商用初期下降了80%。為加快促進“5G+工業互聯網”的推廣應用，各地政府還成立了20余個省級“5G+工業互聯網”融合應用先導區。

以中國移動通信集團有限公司為例，作為網信領域的“國之重器”，它承擔著推動制造強國、網絡強國、數字中國等一系列重大國家戰略落地的職責使命。近年來，中國移動通信集團有限公司以5G技術為抓手，全力推動我國制造業的數智化轉型。截至2023年5月，中國移動通信集團有限公司與合作伙伴共同打造了超過2.3萬個5G行業應用案例，累計建設了3 000余家智慧工廠，并與行業客戶合作建設了全球最大的跨省5G專網。同時，推動工業領域的安全變革，參與打造了超過400個智慧礦山項目，實現了礦山井下作業的區域無人化、少人化，加速了低碳變革。此外，簽約了超過500個智慧電力項目，助力能源行業的智能化發展。

1.3 行業發展現狀

《2021年中國工業互聯網產業發展報告》顯示，目前數字化成熟度較高的行業如家電制造歸屬于電子行業，家電制造行業在工業互聯網產業中的占比約為8%。《2023年中國工業互聯網產業洞察暨生態圖譜報告》指出，自2020年以來，許多新建工廠和升級改造項目在家電制造行業中已經部署了“5G+工業互聯網”技術。本次調研企業所在行業包括鋁型材、汽車鋁合金精密壓鑄件、新能源材料等，歸屬于冶金行業，其占比相對較低，冶金行業在工業互聯網產業中的占比僅為2%［7］。

2 存在的問題

從總體來看，工業互聯網在實施創新發展戰略后，中國工業互聯網的發展穩步推進，目前正處于產業深耕的關鍵時期，制造業的數字化轉型面臨一些挑戰。在本次調研中，受訪企業普遍看好5G技術為制造業轉型升級帶來的機遇，大部分應用5G技術的企業表示，“5G+工業互聯網”技術的確帶來了生產效率的提升，但也對5G賦能制造業存在一些疑慮。

2.1 市場需求的問題

盡管我國“5G+工業互聯網”呈蓬勃發展態勢，但是要推動標桿試點應用進入商業運作、實現大規模應用還任重而道遠，特別是企業在應用“5G+工業互聯網”方面缺失核心動能。企業在制定戰略時首先考慮的是生存，因此不會為了追求技術變革而好高騖遠，這意味著在推動“5G+工業互聯網”的發展過程中，需要克服一些障礙和困境。

2.1.1 “假需求”的問題

部分企業為了迎合政策、獲得獎補，在開展數字化轉型的過程中，形式大于內容，僅停留在做示范項目的層面，沒有真正將技術投入實際生產中。一部分數字化工廠局限于邊緣連接，而在生產線規劃和設備管理等方面的應用還比較欠缺。推動中小企業開展5G數字化轉型的驅動力仍然不足。

各級政府部門制定和出臺的獎補政策仍然存在一定的優化空間，特別是在因域施策、精準引導方面。5G技術在促進各行各業升級換擋方面的作用尚未充分顯現，數字化轉型發展在不同行業之間存在不均衡的情況。以家電行業為例，近幾年來，“5G+工業互聯網”越來越普遍地應用到家電智能工廠中。“海爾”“美的”“格力”等家電頭部企業的新建工廠、升級改造項目以及在建及規劃中的家電智能工廠項目大多采用了5G技術，這些企業的自動化程度高，產線流程連貫，5G技術的應用實實在在地推動了整個行業的產業變革和技術升級。然而在有色金屬鑄造行業，某鋁型材行業龍頭企業表示，其所處行業對材料精密度要求很高，對傳統制造業而言，數字化之路還很漫長；盡管已經實施和推進了一些5G信息化改造項目，但是對實際生產效率的提升效果不顯著，如何應用信息技術提升工業水平是行業面臨的痛點。因此，需進一步細化和完善針對不同行業的政策引導。

2.1.2 “高成本”的問題

5G全連接工廠的部署非常復雜，是一項龐大的數字化轉型系統工程，其成本與工廠的規模大小、業務范圍有著密切的關系。除了5G網絡本身的基礎設施部分，還包括5G網絡模塊，以及將5G技術整合到工廠基礎架構的成本。因此，需要對整合的新系統的最終運行、后續運營等成本、長期成本進行細致的評估。

一是5G網絡部署成本仍然較高。盡管與5G技術商用初期相比，應用成本有所下降，但是仍不能滿足工業企業的需求。浙江省的某新能源材料制造企業表示，計劃在3條產線上應用5G技術，根據測算，需要對100個點位進行5G模組改造，單個5G模組的成本需要千元左右，而目前市場上Wi-Fi等端側設備的成本僅為20元左右，此外每年的5G流量費用達10萬元以上。目前，產線上的有線網絡和Wi-Fi設備已經完全滿足生產需求，而推動企業數字化轉型所需的5G技術應用必須經過3～5年才能見到成效，因此最終放棄在相關產線上應用5G技術。《中國工業互聯網產業經濟發展白皮書 （2021年）》中披露的數據顯示，從企業規模來看，我國工業互聯網市場呈現明顯的長尾效應。中小企業貢獻了全國50%以上的稅收、60% 以上的國內生產總值和70%以上的技術創新成果。然而，當前在“5G+工業互聯網”領域的投資主要集中在不到10%的大型企業中。某運營商的工業領域負責人表示，其全市中小企業超過6.5萬家，但中小企業在生產核心環節中應用“5G+工業互聯網”的比例僅為10%左右。從總體來看，5G全連接工廠建設的硬件模組成本和流量費用仍然偏高，投入產出比低，而且需要長時間的投資建設周期。對于利潤率本來就不高的工業企業來說，這樣的投資成本一般難以承受。因此，企業需要衡量5G全連接工廠建設是否為剛需。目前，5G技術的應用價值帶來的收益尚不能覆蓋投入成本，并且相比現有的4G技術以及其他替代方案，5G技術的性價比并不高，高昂的成本嚴重影響了中小企業應用5G技術進行轉型升級的意愿。

二是5G商業模式仍不夠成熟。以某運營商為例，目前其在5G全連接工廠建設中主要充當集成商的角色，主要工作是整合眾多產業鏈上下游的合作廠商，包括5G網絡、終端、模組、芯片、網關等。當前，5G芯片、模組、終端等領域存在產業分散化和市場碎片化的特點，短期內很難通過擴大市場規模降低成本，并且前期墊資風險較大。N地市的某運營商負責人表示，目前“5G+工業互聯網”項目的利潤薄弱，僅為3%左右，企業對5G全連接工廠建設價格極為敏感，導致了價格上的惡性競爭。G省某運營商負責人表示，現有的5G商業模式利潤微薄，與4G以賣卡為主的標準化模式相比，5G需配備核心網UPF（User Plane Function）并進行個性化定制，市場競爭異常激烈，很多運營商通過大幅補貼，不計成本地搶項目。此外，一些運營商設置專項投資，給予5年墊資分攤5G資本投資。從“5G+工業互聯網”平臺的分布來看，70%的平臺集中在長三角、珠三角、京津冀，地區發展不平衡，中西部產業生態環境脆弱。由于5G全連接工廠的商業模式尚未成熟，并且整合產業生態的難度較大，因此在大規模復制推廣方面存在一定的困難。

2.2 技術瓶頸的問題

當前，5G全連接工廠面臨現有的工業通信協議與5G網絡的融合互通困難的問題，同時受國際大環境的影響，我國5G關鍵領域核心技術亟待攻關突破，實現自主可控。

一是5G網絡與現有工業網絡互聯互通互融存在難點。目前，“5G+工業互聯網”主要使用以太網、工業總線等工業控制協議，同時引入了一些常見的無線通信，包括像Wi-Fi、藍牙、UWB（超寬帶）等。將5G技術納入工業互聯網后，將面臨更加多樣化的訪問，不可避免地產生各種工業控制協議適應兼容的問題。因此，需要重新整合各種訪問方式，使5G技術能夠與現有工業互聯網共存并實現整合。例如，在數據采集過程中，不同的傳感器采用不同的通信模式；在高精度運動控制方面，PLC（可編程邏輯控制器）、傳感器和電機之間也可能采用不同的通信模式。因此，在接入系統時，兼容性和通道接收問題都必須全盤考慮。此外，我國中高端數控機床仍然嚴重依賴進口，進口設備的比例超過85%。然而，國內PLC市場大部分被“西門子”“歐姆龍”品牌壟斷，傳統工業企業存在工業標準碎片化、協議不開放等問題。應用5G技術必須按照對應標準修改協議，這會帶來額外的高昂成本，嚴重制約了5G技術的落地。多家受訪企業表示，修改單個協議的適配成本最高可達萬元。例如，一條產線配置10臺PLC需支付約10萬元的解析成本。由于工業行業應用尚未形成統一標準，“5G+工業互聯網”迫切需要探索低成本的融合模式。

二是5G關鍵領域的核心技術亟待攻關突破。目前，西方國家通過脫鉤、打擊、制裁等措施對我國工業行業的5G芯片和模組設計制造進行打壓，因此我國需加快技術攻關并取得突破。近年來，我國在5G芯片模組設計制造等方面已有長足進步，但仍然依賴大量進口的芯片設計軟件，國產芯片在可靠性和競爭力方面仍需要提升。以某國內領先的汽車鋁合金精密壓鑄件制造企業為例，該企業已經實現了其中一個工廠所有設備全連接，但所有產線采用的5G芯片仍全部為進口芯片，該企業表示國產芯片與進口芯片在功能和穩定性方面仍存在差距，對于潛在的斷供和國產芯片替換等風險存在擔憂。

2.3 人才匹配的問題

在產業的人才支撐方面，存在現有人才儲備不匹配企業的數字化轉型需求等挑戰。某光伏制造企業表示，近期計劃上線機器視覺質檢，通過機器換人，單條產線可以替代約10名員工的工作。該企業表示，替代的人員無法轉崗安置，只能裁員。某汽車鋁合金精密壓鑄件制造企業表示，目前企業已經實現三號工廠設備全連接，每天采集的數據量達到15 G，但是企業真正使用的數據量僅占其中的10%，并且企業招聘數據分析人員的成本極高，每年的工資成本可能達到百萬元以上，很難找到合適的人選。受訪企業普遍表示，數智化轉型所需的復合型專業人才不足，傳統企業開展5G全連接工廠轉型可能導致現有人員冗余、失業率升高等社會問題，并且企業需要支出裁員遣散等成本；同時，轉型所需的高質量復合型數智化人才，如數據分析人員等的儲備不足，人力成本過高，企業難以承擔，因此無法充分發揮5G全連接工廠的效益和價值。

2.4 網絡安全的問題

隨著5G技術應用逐漸擴展至生產核心控制環節，工業設備長期運行于5G網絡環境下的性能和穩定性問題逐漸浮現。當使用運營商的網絡時，企業的數據會通過運營商網絡傳輸，并要求企業內部網絡與運營商網絡實現互通，這就涉及企業的生產數據和客戶數據，因此企業的數據安全成為5G ToB專網中行業客戶最關注的問題。

目前，工業互聯網業務面臨的安全風險主要集中在終端設備、網絡傳輸、移動邊緣MEC計算、企業私有云、運維管理等方面。在5G技術的關鍵特性中，除了確定性網絡、上行帶寬和低時延3個基本要求，客戶對網絡安全的要求也極為看重。

某汽車鋁合金精密壓鑄件制造企業表示，曾發生過5G斷網后導致企業停產的事故。鋁型材行業某龍頭企業表示，鋁型材行業產品種類繁多且對產品的精密度要求高，因此對網絡安全性和數據不出廠等方面的要求非常高。以擠壓件為例，該企業目前共有100多條廠線，每天每條產線要生產40～50種產品，需要動態調整檢測設備，以及頻繁更換模具。如果網絡不穩定，導致數據采集故障，將對生產造成較大的影響。因此，該企業對于5G技術的安全性持懷疑態度。安全是5G技術承載行業應用的關鍵和基礎保障，如何提升5G技術運營過程中的穩定性，實現高質量的安全隔離，并且讓用戶信任5G技術，是“5G+工業互聯網”發展亟待解決的問題。

3 對策建議

3.1 宏觀層面

建議從國家層面加強對5G技術賦能制造業發展的指導，因地制宜、因域施策，解決5G全連接工廠建設動能不足的問題，將“偽需求”轉化為“真需求”。

5G賦能制造業發展與我國產業轉型升級、產業鏈競爭力整體提升密切相關。建議充分發揮由工業和信息化部統籌和相關部門參與的“5G賦能制造業發展巡回指導和服務機制”的作用，指導各省進一步細化落地《5G全連接工廠建設指南》。

一是針對5G工業化應用中的痛點、難點問題，出臺“一攬子”的支持舉措，加大對運營商和工業中小企業的財政稅收政策支持和引導，通過5G“揚帆”行動計劃、“綻放杯”5G應用征集大賽等，打造標桿示范企業，充分激發廣大企業建設5G全連接工廠的積極性。

二是進一步細化和完善政策條款，因地制宜、針對不同行業和企業的特點出臺符合行業實際的與數智化轉型相關的政策。例如，聚焦典型行業頭部企業，加大5G全連接工廠建設力度，做深做透、做精做細，推動行業集群賦能，拉動行業整體數字化水平的提升；對于中小企業，設置不同的政策激勵標準，增強其轉型動能；對于數字化轉型難度較大的行業，分析需求痛點，出臺專項扶持獎補，推動并促進企業解決生產中的工藝難題。通過分行業、分規模、分階段的方式促進5G全連接工廠真正落地落實，充分發揮政策精準引導的作用。

3.2 行業層面

一是推動并建立統一標準，降低成本、提高生產效率。建議由工業和信息化部牽頭，支持龍頭工業企業、運營商企業、科研機構等開展5G全連接工廠相關融合技術、典型場景等標準的制定。第一，加快形成工業行業應用統一標準，并建立定期會商機制，協調解決行業中的共性問題，形成一批5G全連接工廠技術和應用標準。第二，加快5G工業芯片、模組、網關、行業終端等產品的研發和產業化進程。通過建立工業互聯網產業聯盟、5G聯合創新中心、5G開放實驗室等，加強5G融合產品及其解決方案的測試驗證和商業化推廣，降低應用成本。第三，加強5G網絡研究，并積極將研究成果應用在智能化產線中進行驗證；完善5G全連接工廠網絡安全體系框架。解決工業設備在5G網絡環境下長期運行的穩定性問題，提高5G全連接工廠網絡的安全性和可靠性。通過權威機構背書，消除企業應用5G技術的顧慮。

二是貫通產業鏈上下游，進一步做優生態環境建設。隨著5G全連接工廠建設的不斷加速，亟待形成成熟的商業模式。建議指導并推動運營商企業在前期工作的基礎上，對商業可行性較強的5G應用場景加大投入力度，進一步集中資源打造成熟的商業模式，并做好宣傳推廣。建議遴選優秀企業建立國家層面的5G全連接工廠生態資源池，培育和集聚一批5G全連接工廠集成服務商、數據服務商、咨詢服務商。推動運營商企業加速打造產業鏈鏈主地位，推進工業芯片、模組、網關、行業終端規模化發展，降低5G全連接工廠建設成本。同時，建立5G全連接工廠建設省際幫扶機制，由先進省份定點幫扶中西部省份，推動5G全連接工廠實現區域協調發展。

三是深化產教融合，助力國家“5G+數字化人才”培養。建議完善高校人工智能、數字經濟、數據管理等相關專業的設置，鼓勵開展部分傳統專業與信息技術、互聯網、大數據專業的跨學科融合試點，滿足數字經濟和新基建發展對復合型人才的迫切需求。建設好工業互聯網的公共實訓基地，做好專業與產業的對接服務，包括前瞻性產業與前瞻性教育的結合等。

4 結語

“5G+工業互聯網”“5G+AI”、數字孿生等現代信息技術的快速發展，給制造業數字化轉型發展帶來了機遇和挑戰，國家應從政策層面給予精準引導和扶持，降低傳統制造業數字化改造升級的成本，構建可持續發展的良好格局。同時，需進一步加強行業統一的數字化戰略規劃，加大科研投入力度，加快解決制約數字化轉型的關鍵技術問題，推進形成工業行業應用的統一標準。依托運營商等龍頭科技創新央企、國企的優勢，打造高效協同的產業鏈生態，并進一步強化數字化復合型人才的培養，提升核心競爭優勢，為實現制造強國、數字中國贏得更多的發展契機。

5 參考文獻

［1］劉佳樂.5G+工業互聯網綜述［J］.物聯網技術，2021（12）：53-58.

［2］陳錦鋒.“5G+工業互聯網”加速發展 促工廠進入全連接時代［N］.通信信息報，2023-01-18（006）.

［3］胡世良.我國5G+工業互聯網發展面臨的挑戰與對策［J］.數字通信世界，2022（4）：3-6.

［4］肖俊芳，李俊，郭嫻.我國工業互聯網發展淺析［J］.保密科學技術，2014（4）：13-16.

［5］黃勁安，蔣紹杰，林東云.5G+工業互聯網發展探討［J］.廣東通信技術，2021，41（5）：19-24.

［6］工業和信息化部辦公廳.5G全連接工廠建設指南的通知［A］.工業和信息化部，2022.

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