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工业互联网行业发展机会分析
工业互联网是应用于数字时代的先进生产模式,依托 5G网络、云服务平台,面向工业客户,融合云计算、大 数据、人工智能,通过对工业数据深度感知、实时传输、 快速计算及高级建模分析,实现生产及运营组织方式 的变革,助力传统工业企业转型。5G具有增强移动宽带、超可靠低延时、广覆盖大连接的特性,解决工业互 联网海量大数据通信传输的难题,成为工业企业降低 成本和提高效益的重要技术支撑。依据5G先锋行业 识别器,可以判断出5G可在电力生产和智能制造业 率先应用。
5G 解决工业互联网海量大数据通 讯传输的难题,成为工业企业流程 创新的催化剂。
2.1电力工业
1. 行业需求
电力工业是指将煤炭、石油、天然气、核燃料、水能、 海洋能、风能、太阳能、生物质能等一次能源经发电设 施转换成电能,再通过输电、变电与配电系统供给用 户作为能源的工业部门,包含发电、输电、变电、配电 及用电五大环节。电厂属于发电生产端,电网属于电力 输送端,二者共同组成了电力能源的供给端。电能的 生产过程和消费过程是同时进行的,既不能中断,也 不能储存,需要统一调度和分配;大量工业设备产生 的工业数据以秒甚至是毫秒来采集,因此数据量巨大, 需要5G和人工智能为海量数据处理提供技术支撑。 对供电要求可靠性的逐步提升意味着要求高可靠性供 电区域能够实现电力不间断持续供电;而工业互联网 的改造实现了电网数据一张图,在线实施可控、可测, 人工维护的成本、故障率、平均停电时间等指标都得 到了大幅度改善。
电网公司在产业链中处于强势地位。用电量作为终端 需求,是支撑电厂和电网进行长期投资的动力根源。 尽管我国用电量增速放缓,但预计增长趋势仍将延续, 有望支撑电网年均投资维持在 5000 亿以上的规模。 电力和电网公司属于大型国有企业,盈利模式清晰,资 产质量可靠性高,在产业链中处于强势地位。短期风 险主要来自于电价下调影响电网经营表现,中长期风险来自于市场化的冲击。顺应5G发展有助于企业探索 出适应市场化的模式,经营活力将会逐步上升。
高比例新能源并网调控的需求。现在电网接纳可再生 能源的压力越来越大,包括风电、光伏以及客户侧分 布式电源的接入,对电网的并网调控能力提出了更高 要求。集中式的大电厂开始转向分布式清洁能源,传 统电网向5G智能电网转型已成为必然趋势。电力供给 侧新能源占比逐年提升,电网消纳能力的重要性凸显。 2018 年我国新增装机容量中,风电、光伏占比已达 52%,累计装机容量非水新能源占比18.9%1 ;未来新 能源装机和发电量占比提升是必然趋势,电网必将围 绕清洁能源消纳进行系统化的投资升级。针对集中式 新能源发电基地及大型水电站,通过特高压骨干网架 进行电力的大规模、长距离稳定输送,可有效解决三北、 西南地区的消纳问题。而中东部地区兴起的大量间歇 性分布式并网则需要智能配电网络的支撑。
满足2C和2B多元用户用电的需求。目前国网公司已 经建成覆盖4亿户以上的智能电表用电信息采集系统, 组建了目前全球最大的智慧车联网平台,接入充电桩 16.7万个以上 2。平台利用分时充电电价和服务费激励, 智能引导用户充电行为,推进用电负荷削峰填谷。据统
计,自车联网平台上线以来,累计充电量中约20%是 低谷时段充电,有效促进了清洁能源消纳。通过5G网 络可以对充电、用电、驾驶等大数据进行快速分析,为 电动车生产厂家提供电动车的实时状态、电池寿命等 项目的监控预测。随着用户参与到电网的双向互动的 环节越来越深入,包括分时电价、需求侧响应和电动 汽车充放电等业务会大量增加。
发电和供电的安全可靠性提高和成本降低。电力通信 是智能电网控制的重要组成部分,4G通信水平的电网和发电设备设施检修的人力成本巨大,企业有降低运 营成本和减少安全事故发生率的刚性需求。然而大部 分设备设施的检测点多面广,无法远程控制,因此迫 切需要实现可测量、可控制的检测方案。目前电厂和 电网亟需解决海量大数据的处理、信息传输安全、高 质量传输、差异性的适配问和通信资源可管控等问题。 电厂和电网要实现行业专网的自动化、智能化、互动化, 亟需5G技术的支持。
2. 服务促进
围绕电力系统发电、输电、变电、配电、用电全流程,基 于5G的大带宽、低时延、广连接特性以及独特的“网 络切片”技术,电力行业公司、运营商和设备商在推进 5G+智能电网应用落地时主要集中在以下典型应用。
电厂和电网设备和工程师控制类。5G网络低时延、连 接范围广等特点可以有效满足发电、输配电等业务无线接入需求,使电厂和电网能够实现对每一个设备和 开关的精准、快速控制。通过云机器人(在各种复杂工 况环境中)的远程集中控制、识别跟踪产品在价值链 生产销售全过程中的位置(生产及配送过程跟踪),实 现生产质量远程控制,提升发电和供电质量。
华能集团应用5G工业互联网
中国华能集团有限公司作为电力行业中的龙头企业,其对5G工业互联网的成功应用为我国发电行业注 入了一针强心剂。旗下的玉环电厂攻克了一批又一批技术难题,创造出了多个国内发电史上第一。
自2019年2月起,华能开启工业互联网试点建设工作,通过使用先进的信息与通信技术,对生产数据 进行采集和挖掘。中国华能集团有限公司首席信息师朱卫列指出,我国工业领域流程型行业占比较大, 该行业具有生产持续性要求高、数据量大、应用场景丰富等特点。例如,火电厂的生产数据量是离散类 生产厂数据量的100倍。数据在工业领域设备间和流程间应用,具有非常巨大的可挖掘价值。
目前,华能在外包服务方面开展了5G应用。电力设施设备的检修需要大量具备高水平的外包工程师;因此, 电厂需要对每位检修工程师的资质、检修过的设备、培训状况和事故率进行追踪,通过检修设备与工程 师的大数据分析,在最短时间内为设备配置最优质的检修工程师,保证设备的安全运作。此外,工作人 员还可以通过设备上的传感器了解设备的运行状况,对设备进行预见性维护,并将数据传输给保险公司, 决定设备所需缴纳保费的金额。
工业互联网正处在“政府热、厂商热、舆论热”但“应用冷”的环境中。华能认为:首先,应用实践者要具 备实干精神,需要应用场景。其次,将工业互联网应用到人工智能领域时,要对工业业务本身有深入理解。 最后,5G解决的是工业互联网的通讯问题,工业领域内的效率问题、质量问题、高质量发展问题仍亟待 解决。中国华能集团有限公司信息中心的杨正新主任和孟子涵指出,5G网络可以将ERP、备品、备件、人资、 物料、销售、金融保险等方面串联,形成大型数据生态,通过大数据处理得到的评估模型有助于优化运 维管理。然而,华能内部的10兆带宽难以支撑如此大规模的计算,4G网络更是难以承载上百个应用的 高并发;5G的云边协同具备高度灵活性,能够支持大数据的传输和处理。目前,由于需要与现有的工业 互联网系统架构衔接,“改造成本过高”是5G面临的最大问题。为了避免电厂支出过高成本,政府可以 首先推动单点上的免费应用试用,取得良好效果之后再针对行业推出定阅付费使用,创造用户粘性。此外, 5G的稳定性还有待验证,工业互联网所承载的高并发计算及数据传输需要十分稳定的网络通讯环境。
智能分布式配电自动化。当前配电自动化主流为采用集中 式配电自动化方案,连接方式为主站集中,星型连接为主。 配网保护中心逻辑单元负责逻辑运算,发出保护跳闸指令; 就地逻辑单元负责信息采集并处理执行就地保护跳闸指令。 由于一个中心逻辑单元连接多个就地逻辑单元,当发生故 障时,停电影响范围大。智能分布式配电自动化以5G网络 基础,每台终端都可以起到中心逻辑单元作用,就地跳闸, 快速隔离配网线路故障区段,快速实现故障判断和定位故 障隔离以及非故障区域供电恢复等操作,从而实现故障处 理过程的全自动进行,最大可能地减少故障停电时间和范 围,极大的提高了配网故障处理效率。
用电负荷需求侧响应。在传统配网,当用电负荷超过可承 载负荷时,因为无法单独控制某些负荷,只能采取一刀切的 方式,切除整条配电线路来降低负荷,对社会生产影响极 大。通过接入5G网络实现对负荷精准控制,紧急情况下可 选择优先切断非重要负荷,最大程度的降低损失。还可根 据用电终端负荷信息实时反馈进行电力切片,控制不同用 电需求,实现高效和错峰用电。
分布式能源调控。多种分布式能源的并网,使电网从一个单 电源网络结构变成多电源网络结构。虽然分布式能源可以在 电网遇到紧急情况时作为备用电源,但是随着分布式光伏, 分布式储能、电动车充换电站、风电站海量接入配电网,通 信连接数量将成倍增长,用户是用电方的同时也是发电方, 配电网的运行更加复杂,电网如何稳定运行成为挑战。如何 调控分布式能源,使其和电网形成良好互动成为了一个问题。 由于分布式能源基数过于庞大,现有的信息通信方式难以有 效调控分布式能源,而这正是5G电力切片中主要的研究方 向之一。
信息采集类。智能电网不是空中楼阁,需要大量的数据去实 现。随着智能电网的发展,现有的用电采集系统已不能满足 未来的需要。采集需求也将由“小颗粒”到“大颗粒”,视频采 集发生转变。5G将满足采集内容视频化、高清化的需求;采 集频次大幅增长,由天或者小时进化为分钟级采集,可以实 现准实时采集;另外可实现电网和用户间的双向互动。
国家电网 首次成功应用5G技术
2018年,河北省涞水县南郭下村的分 布式光伏扶贫电站正式实现了5G通 信链路的全面打通。该电站的发电量、 功率、转化率等信息以100G每秒的 速度被成功远程传输到国家电网分布 式光伏云网主站,意味着 5G技术在 光伏云网首次成功试运行。
国家电网分布式光伏云网是国内最大 的分布式光伏一站式共享服务平台。 近年来,随着分布式光伏的迅猛发 展,光伏电站海量信息采集、现场设 备监控、远程诊断运维等业务对通信 网络传输能力提出了更高要求。5G技 术对光伏云网带来的最大变化在于数 据传输速率与质量的大幅提升,有效 解决了光伏云网所面临的用户数量激 增、海量分布式数据难以采集、广域 覆盖难以保障等难题。5G可为光伏云 网数据采集、运行监控、电费结算等 不同属性的业务提供隔离独享的网络 切片,确保光伏云网更加高效安全可 靠地满足不同业务的个性化、智能化 的综合服务需求,保障服务质量。目前, 国家电网已与北京邮电大学成立联合 实验室,将持续研究5G技术的应用, 完善光伏云网智慧服务与创新功能, 助力国家能源转型和经济发展。
高级计量。对于未来的居民用户来说,用电采集将不 仅仅只和智能电表产生关系;而是以智能电表为基础, 连接充电桩、分布式电源和各种家用智能电器,与客户 产生更深层次的互动,实现与用户的用电信息等共享。 比如非侵入式用电负荷检测,通过双向互动实现用户 需求侧管理,实现客户对电器的控制。而对于工商业 用户而言,高级计量可以分析企业详细用电数据和用 电习惯,从而进行能效管理,节能增效。电厂可以根据 高级计量的大数据分析结果决定发电的节奏部署。
智能电网大视频应用。当今智能巡检机器人、无人机 等已在各地被广泛应用,人工方式作业被机器人代替。 但由于通信的限制,目前智能巡检机器人记录的视频 并不能实施传输,只能保存在本地;而无人机有效控 制范围也极其有限,这些都极大的限制了人工智能的 应用。而5G技术因其带宽高、范围大的特性可以实现 智能电网大视频的应用,并应用更多需要视频传输的 电力领域,比如配电房视频监控、移动式现场施工作 业管控、应急现场自组网综合应用等。
5G智慧电网应用
A.南方电网首例“5G+变电站机器人巡检”
“5G+变电站机器人巡检”是南方电网首例基于5G网络的变电站巡检机器人端对端应用(即操控平 台至机器人终端)。此前,受4G和WIFI技术的上行带宽不足、时延高、安全性欠缺等因素限制,巡检 机器人难以被大范围推广。在5G网络的支持下,站内巡检机器人能够在500千伏的深圳变电站高效 而精准地执行巡检任务;由于数据信息从网络一端传输到另一端所需的时间低至1毫秒,机器人能够 更加快捷地接受信息和任务指令、传输高清视频流。5G的切片技术还能使机器人适应上下行带宽与 时延的个性化需求,使数据传输更加安全可靠。
B.广东南沙大桥“5G+无人机保电巡视”
2019年3月,在广东南沙大桥的电力供应保障中,全国首例5G无人机智能巡检精彩亮相。南方电网 广东东莞供电局以电力应急通信保障车为核心,在广东移动5G网络的支撑下,实现了保电3个“实 时”——保电作业数据实时回传、保电现场情况实时查看及现场指挥实时沟通。该流程为广东南沙大 桥无人机保电巡视工作节约了至少4个小时的人工拷贝数据时间。
C.广州智慧路灯变身5G微基站
广州首批智慧路灯已在天河南二路投入使用。这些由广州供电局自主研发的路灯,一根灯杆集视频监 控、信号基站、道路指示牌及充电桩等功能于一身;不仅可以给汽车、手机充电,还能一键求助、连接 免费wifi和发射5G信号。未来的智慧路灯还将解锁多种功能,成为5G微基站,为5G网络提供载体、 供电、通信等基础保障。
D.广东东莞供电局“5G无人机+程序化操作”智能巡维
4月8日,南方电网广东东莞供电局在全国首次开展“ 5G无人机+程序化操作” 应用试点。传统模式中, 110千伏线路条件下的操作平均需耗时40分钟,且需要2名值班人员配合;而“5G无人机+程序化” 操作只需5分钟,且全程无需人工干预,极大地提高了停送电操作效率。5G无人机根据预设的程序 能够实现工业数据的自动化采集、智能化处理,自动识别操作步骤,完成设备状态校核。在未来,“5G 无人机+程序化操作”也将应用到变电站巡检、远程移动视频监控等场景。
3. 价值变现
5G技术应用于智能电网配网环节,可以有效弥补配电网 光纤覆盖不足的劣势,同时端到端网络切片技术可以满 足智能电网输电、变电、配电和用电各类差异化的业务 需求及安全隔离需求,商业前景广阔。
网络切片整体方案模式进行计费。对于未来的商业模式, 面向电力行业客户,可以通过以网络切片整体方案模式 进行计费,比如切片服务、定制终端以及数据流量等内容。 5G切片技术即将5G网络切出多张虚拟网络,从而支持 更多差异化业务;且各切片之间可相互绝缘,相当于给电 力划一块专属信息传输通道,虚拟一个“无线专网”。
新型业务包括综合能源服务和附加增值服务。综合能源 管理服务是市场化导向的业务,对专业性、系统性的综 合能力有较高要求。比如,电力节能服务公司提供资源 调配、用能专业信息、专业人员信息及资金支持服务。附 加增值服务涉及业务较多,初具规模的包括电动汽车充 电服务网络、电力系统供应链金融等。基于数据和信息 优势,电网公司还可拓展能源类咨询分析等业务。国网公 司“三型两网”转型目标中的“三型”:枢纽型、平台型、 共享型目标,指引了传统业务的优化和新业务模式拓展 的方向。与传统模式相比,这些创新业务潜力较大,对电 网企业的市场化能力提出了更高要求。
优化传统售电业务。随着智能电网的大规模应用,大量 风能、太阳能等新能源介入,电动汽车、充电桩普及使用, 以及电表直插应用。比如,南方电网大约有9000多万块 电表,包括各种智能传感在内的终端规模超过万亿级1 。 5G网络可以实现电网状态和运营数据全管控,提供给客 户新的服务和体验,与客户合作共赢。运维方面则主要 由运用新技术来实现优化,例如运用无人机、智能巡检 机器人等,进一步提升效益。尽管售电侧放开了投资,但 电网公司有用户、资产、数据、资金、服务等方面优势; 发挥自身优势,传统的售电市场仍大有可为。
国家电网的商业模式 创新:三型两网
A.“三型”:枢纽型、平台型和共享型
具有“三型”即枢纽型、平台型、共享型 特征的现代能源互联网企业搭建了广阔的 商务模式创新平台。枢纽型电网将推动清 洁低碳环保、促进能源高效利用,为电从 “远方来”和从“身边来”提供了高效传 输通道;平台型企业推进供需对接、要素 重组与融通创新,打造能源配置平台、综 合服务平台以及新业务、新业态、新模式 的发展平台,连接生产者与消费者,带动 产业链上下游共同发展;共享型企业将吸 引更多社会资本与各类市场主体参与能源 互联网的建设和价值挖掘,打造共建、共 治、共赢的能源互联网生态圈,不断提升 国有资本运营效率。
B.“两网”:智能电网与泛在电力物联网
数据科学、人工智能、5G及物联网等先进 技术的推广应用,使承载电力流的智能电 网与承载数据流的泛在电力物联网相辅相 成、融合发展,共同构成能源流、业务流、 数据流“三流合一”的能源互联网,形成 强大的技术创新平台。
4. 技术支撑
5G能源互联网体系架构。现阶段配网终端间的通信 主要通过光纤承载,满足配电自动化业务低时延、高 可靠的要求,同时配电自动化业务需要通信网络具有 良好的隔离能力。然而由于配电网覆盖范围大、通信 节点分散的特点,建设光缆网络的经济成本巨大、社 会代价高昂,面临着最后1公里的覆盖难题,致使现阶段智能分布式配电自动化业务无法在配网侧大规 模的实施。5G的大连接、低时延等特性在该环节大 有可为,为配电智能化改造提供强大技术支持。
5G能源互联网的应用主要集中在配用电环节,对电 网智能化水平提升效果已显现。5G能源互联网体系 架构如下图所示。
近端闭环与远端闭环同时存在,相互结合,兼顾实时 的业务保障和整体的网络效率提升。近端闭环通过在 控制面和用户面预置策略和调整逻辑,当判断业务能 力达到门限即将或者已经受损时,迅速调整网络部署 和网络参数,使得当前和后续的业务得到体验改善。 例如,对于智能电网切片,当某一区域由于出现新的 用电设备或者接入新的分布式电源,需要就近进行负 荷调整,网络可以自动进行边缘区域功能节点的扩缩 容或者新增部署,将电网负荷调整功能部署到本地, 提高区域SLA保障能力。远端闭环通过收集和分析网 络长期运行数据,寻找规律,探寻优化方向,自动周期 性地对网络进行调整,或者触发对网络进行重新设计,持久性地提升网络服务能力。
另一方面,鉴于电厂和电网海量数据实时处理,考虑 部署用于电力监控系统、电力通信及数据网络的专有 通信网络,实现数据、语音、图像、视频等业务的泛在 接入和可靠承载,满足电力系统发输配变用环节的业 务通信需求。此外,还需要考虑引入毫米波提升网络 容量,通过中频段与毫米波协同使用,实现中频提供 广域连续覆盖、高频提供网络容量叠加的效果。同时, 通过引入载波聚合和动态频谱共享等新技术,采用共 网建设方式,提高频谱使用效益。
关键技术成熟度。随着5G标准与网络技术的逐步成 熟,5G与电力业务的适配性正在进行测试验证。南方 电网采用NSA组网方式开展了5G承载电力业务的 外场测试,今年年底将陆续完成典型业务场景测试。 国家电网在南京完成了业界首个基于真实电网环境 及最新3GPP标准5G SA网络的电力切片测试,利 用5G网络的毫秒级的低时延能力,结合网络切片的 服务等级协议(SLA)保障,提升了在突发电网负荷超 载情况下对末端小颗粒度负荷单元的精准管理能力。 测试初步验证了核心网切片应用可行性,经实测端到 端平均时延为37ms,5G切片可以满足精准负荷控 制50ms的端到端平均时延要求。
总体而言,5G+能源互联网的安全架构及安全性能否 满足电网内安全要求尚待研究及验证。运营企业和网 络设备商需要进一步量化网络的技术指标和架构设 计,包括5G网络切片安全性、业务隔离、端到端业务 时延,协商网络能力开放、网络管理界面等要求,以提 供满足电力行业多场景差异化的完整解决方案,并进 行技术验证和示范。此外,由于目前5G与智能电网 的测试验证场景依然较为局限,5G+能源互联网与电 力业务的适配性需要在更大范围内开展测试验证。
5. 政策支持
建网规划需要政府指导下运营商和电力企业密切配 合。发电和电网公司运用5G通信技术,目的是为了降 低成本和提高效益。行业专网的5G网络建设的设施 设备的改造需要大量资金,如果运营商的建网规划和 电力资源行业的需求之间有冲突,与电力能源行业的 业务需求范围、推广进度、指导思想不一致,那么电力 行业5G网络的建设就难以顺利开展。双方需要在政 府的指导下密切配合,通过app应用使用付费、网络 租赁、节能增效收益分成等方式分担建网费用。
加强网络切片关键技术研究。电网是国家的基础设施, 发电厂和电网公司需要实现全程的可管可控。电力能 源控制部分的问题非常突出,因此需要快速解决问题, 并在恢复后上报故障原因。由于电力行业存在刚需, 而5G的网络切片有对应的能力匹配,电力通信或将成为5G 网络切片技术商业化应用的突破口。产学研 需要加强5G 网络切片关键技术研究与分析。
着力推进5G能源工业互联网试点示范工作。建成一 批不同类型、不同规模的试点示范项目,攻克一批重 大关键技术与核心装备,推进能源互联网技术达到国 际先进水平;初步建立能源工业互联网市场机制和市 场体系,初步建成能源互联网技术标准体系,形成一 批重点技术规范和标准;催生一批能源金融、第三方 综合能源服务等新兴业态,探索一批可持续、可推广 的发展模式;积累一批重要的改革试点经验,让行业 内的企业看到5G真正能够带来的益处,才能起到示 范引领作用。
2.2智能制造
1. 行业需求
智能工厂的落地取决于企业的痛点。很难有一剂“万 灵药”,企业可以先解决眼前的关键问题,同时具备 长远规划。
降本增效。当前中国制造业发展面临劳动力成本上 升、高端制造能力不足等挑战,十年内城镇单位就业 平均工资从2008年的28898元上升到2018年的 82461元,增长2.85倍,劳动力成本上升;同时由于 制造能力不足、创新能力欠缺,在高端领域缺乏竞争 力。近年来中国工业产能利用率皆低于79%。根据国 际通行标准,产能利用率低于79%即为产能过剩。工 业企业需要通过工业互联网降低成本、优化生产工艺、 安全生产、污染控制和个性化制造,目标是提质增效。
设备价值深度挖掘。制造型企业面临激烈的市场竞争 和日益透明的定品定价,不得不寻找新的价值来源。 围绕设备进行价值挖掘是制造型企业的天性。在研发 设计阶段,嵌入新技术,生产更智能或更多样化的产品; 在销售阶段,提供相关的金融服务;在售后阶段,对出厂设备和产品进行实时数据采集和监控,并进行性能 分析、预测性维护等,提升安全性,也为企业创造更多 服务机会。
用户价值深度挖掘。制造型企业也在探索和尝试对用 户价值进行尝试挖掘,其中以C2M(客户到制造)体 现了定制化生产的特性。使制造商直接面对用户,满 足个性化需求,通过减少中间环节降低成本和提升效 率。比如,红领集团通过C2M电商平台、柔性供应能 力和大数据能力实现了大规模个性定制化。顾客可以 在其平台上选择款式、工艺、材料并下单。平台快速收 集顾客分散、个性化的需求数据,大数据和云计算技 术按客户需求匹配产品数据模型,款式数据和工艺数 据能满足超过百万种设计组合,覆盖99.9%的个性 化设计需求。版型确定后,系统自动生成工艺数据,数 据发送至工厂进行生产交付。整个流程从下订单到产 品出厂仅需7个工作日,做到按需生产、零库存、一人 一版、一衣一款。目前C2M平台应用到了汽车制造等 其他制造业领域。
提升大数据分析能力。智能制造要求制造系统具备感 知、分析、决策和执行的能力,而这些能力均需要工业 大数据分析和面向决策及服务的应用平台。德勤调研 结果显示,目前中国制造企业物联网应用以感知为重 点。企业普遍建立系统以传感器采集动态数据,但数 据分析和平台应用相对滞后。电子及电器行业传感器 和平台应用最为普及,76%的受访企业利用传感器采 集数据,43%的受访企业利用物联网平台,33%的企业采用大数据技术分析所采集的数据。汽车及零部件 制造行业传感器技术应用有较高普及率达73%,但大 数据和平台应用低于其他受访行业 1。制药行业大数 据技术利用最为积极,因为医药行业早已面临海量数 据和非结构化数据挑战。感知仅是物联网应用的初级 阶段,数据分析结果指导行动,提高效率,与服务交融 创造新价值才是核心。
5G时代让中国商飞智能制造如虎添翼
5G将从生产方法、质量控制、管理效率(例:减少检测所需的计划性停电)及削减成本这四个方面升级制 造业流程。智能制造时代,5G通过赋能柔性生产线,提高生产线灵活性。生产设备得以通过云端平台无 线连接,根据需求进行功能的快速更新与自由组合;弹性化的网络部署能够根据业务场景需求编排架构、 调配资源。
智能制造是制造业发展的必由之路。飞机结构高端复杂,具有高安全性和可靠性;因此,融合了5G与 飞机制造的创新实践将成为最典型的应用示范,将强有力带动制造业发展。智能制造流程中,5G最主要 的职能在于为工厂提供大量实时数据。5G+飞机将具备更精湛的设计(全机协同设计优化)、更可靠的制 造流程(柔性、可追溯、全连接工厂)、更快速的试飞(海量数据秒传)、更便捷的维修(维修方法推送)、 更优质的服务(异地远程同步指导)以及浸入感更强的客户体验。中国商飞与其合作伙伴共同建设了全 球首个5G工业园区,打造了十大工业场景。其中,私有云构建的工业大脑利用了5G网络高带宽的特性, 将复杂数模与大数据处理部署在云端,在云平台管理体系和安全体系的保障下,为各类用户终端提供 统一的数据处理平台。5G毫秒级时延使AR云化/轻量化,工业双目相机时钟同步由不可能变得可能。 10Gb的通量提升9K视频传输速率,使机器视觉检测、VR透明工厂得以在终端即时提取和传输。
智能制造是大势所趋,但不可避免地面对挑战。当前最为核心的问题在于5G+工业标准的缺失。在由5G 引领的第四次工业革命中,有标准才有话语权。行业的发展亟需国家标准、行业标准及企业标准等一系 列标准体系的建立。
2. 服务促进
在智能制造时代,工厂车间中将出现更多的无线连 接,促使车间网络架构不断优化,网络化协同制造与 管理水平有效提升,保持对整个产品生命周期的全连 接。未来工厂中所有智能单元均可基于5G无线组网, 生产流程和智能装备的组合可快速、灵活调整,适应 市场的变化和客户需求个性化、定制化的趋势。
赋能柔性生产线。提高生产线灵活性。生产设备通 过云端平台无线连接,根据需求进行功能的快速更 新与自由组合。网络部署弹性化。根据业务场景需求编排架构、调配资源。面向未来个性化定制的新型生 产模式,要求生产线具有高度的灵活性,能针对不同 产品的生产要求,通过模块化的生产单元实现自组织 的生产,还包括AGV、灵活的物流等等。利用5G将 能够补充或替代原来有线的控制网络,实现更加灵活、 互联、协同的生产。
高清影像快速传输。5G大带宽及移动性优势能够支 撑工业可穿戴设备、工业AR、工业相机等高清影像 实时无线传输,可提升工作效率、降低整体成本。
更安全和更大规模调度。 5G相比 WIFI可实现更泛在的连续的覆盖, 提供更高的安全性,能够支持对移 动远程控制和大规模调度。
大规模设备互联泛在化感知。5G 网络相对于传统窄带物联网可支 持更高密度的工业传感器、变送器、 仪器智能装备的接入,支持高并发、 大数据量的通信。
复杂的人机协作。未来工业生产 需要大量的人机协调,需要做指令 的传输,大量的音频、复杂的视频 和触觉等信息的同步传输,这些都 是未来5G应用的典型场景。
云平台大数据处理。5G云平台通 过提供强大的数据传输、存储和处 理能力,帮助制造企业采集和处理 大量数据。制造业云平台能够实现 企业通过平台完成产品的设计、工 艺、制造、采购、营销等环节,还将 改变传统生产方式和制造生态。
浙江移动与中兴通讯、浙江中控、新安化工 携手打造智能制造示范项目
5G作为工业互联网的重要技术支撑,将助力工业变革从单点的信息技术 应用向全面数字化、网络化和智能化转变。5G的低时延特性可应用在数 据采集、工业控制及人机交互等场景;5G网络切片可支持多业务场景的 隔离和保护;5G+MEC可高效构建企业专网。目前,我国基于5G工业互 联网的应用成果及示范项目纷纷落地,5G工业互联网应用正呈现加速 跑趋势。
以浙江移动与中兴通讯、浙江中控、新安化工携手打造的智能制造示范项 目为例:随着 5G工业数据采集及控制系统成功上线,该项目取得了重大 突破。新安化工作为化工领域龙头企业之一,拥有液压监测、漏气监测、压 力控制、闸门控制等数以千计的数据采集点,工业生产流程十分严格。流 程要求:一旦检测到数据异常,应急控制必须在规定时间内启动。因此,数 据采集及控制系统对网络的低时延、高可靠性有着严格标准。现有的数据 采集终端均采用有线连接的方式。由于生产园区范围较广、采集终端分散, 线缆部署工程往往需花费近百万、历时6至7个月才能完工,且后续故障 排查十分困难。双方采用中兴通讯5G端到端解决方案后,创新地将新安 化工园区内多个数据采集终端通过PLC汇聚后接入5G网络,在控制平 台进行实时UI监测;一旦发现数据异常,立即报警并启动反向控制系统。 端到端的时延平均值为20ms,满足工业控制要求。
该创新业务充分发挥了5G优势,使得工业数据采集终端摆脱传统有线的 部署方式,依托高可靠的5G网络进行数据传输及控制,降低了企业成本, 大幅提升了生产效率。浙江移动将继续与浙江中控、中兴通讯在工业领域 开展长期深入合作,致力于5G AR、5G实时工业控制、5G云化AGV、5G 远程操作、5G高精准人员定位和5G园区安防等方面的尝试,助力工业制 造业转型升级。
3. 价值变现
5G可以助力制造业商业模式创新,制造业企业未来 商业模式将呈现四大类型:平台型商业模式、规模化 定制模式、“产品+服务”模式、以知识产权为核心 的模式。不同商业模式的价值定位和收益创造方式 不同,需要具备的能力也不同,企业需要通过评估自 身运营情况选择商业模式。
平台型商业模式。以提供多种软件服务和搭建生态 系统为核心,未来可能会出现相关行业领军企业和平 台。
规模化定制模式。根据客户的需要提供定制化柔性 制造,按需生产、零库存、一位客户一款,以提供定制 产品收取费用。C2M已经从服装行业延伸到汽车和 装备制造等行业。
“产品+服务”模式。核心是围绕客户需求提供解决 方案,收取产品和服务费用,目前被许多企业所应用。
知识产权为核心的模式。通过知识产权战略规划,以 专利授权等形式实现商业化,促进持续性的研发投入 和技术进步。
4. 技术支撑
智能制造体系架构。利用 5G 通信技术,在工厂内可 以实现全生产要素、全流程互联互通,即设备互联、 人员互联、工装互联、刀具互联、物料互联、产品互 联,实现工厂全生产要素全生命周期的实时数据跟踪, 并将实时产生的数据在云平台进行大数据智能分析 决策,实现全连接工厂实时生产优化。通过 5G 全连 接工厂可以实时管控工厂生产状态,不断消除工厂 运营中的各种浪费,实现工厂生产的高度精益化。
关键使能技术。5G三大典型应用场景对网络性能 的要求有显著的差异,适用于不同的智能制造生产 领域。eMBB场景将用于工业设计、辅助装配、视频 监控和维护等领域,要求超过800Mbps的上行带 宽;uRLLC场景将用于工业控制、工厂自动化、智能 电网等领域,要求端到端毫秒级的超低时延和接近 100%的高可靠性通信保障;mMTC场景将会成为 低功耗、广覆盖、大连接等工业信息采集和控制场 景中较好的技术选择。
智能制造不同业务对带宽、时延、可靠性、成本要求 差异性非常大,需多项关键技术支持。特别是工业场 景中大部分应用主要涉及数据上传,对网络上行带 宽要求较高。5G边缘计算技术通过网关分布式下沉 部署,实现本地流量处理和逻辑运算,大大降低传 输时延,保障了生产过程的安全可靠。据测算,利用 边缘计算可以过滤和压缩数据,节省核心网资源,成 本仅为单独使用云计算的39%。不仅如此,边缘计 算可以在网络连接不稳定时保证应用的可靠性。据 IDC预测数据,2020年50%的数据都会在边缘云处理。
中国工程院邬贺铨院士表示,5G核心网趋于互联网 化。在5G核心网中,完全采用和互联网相通的Http 协议来完成业务调度,在通用的互联网中建了专用的 “隧道”,定了一套移动通信特殊协议。SDN(软件定 义网络)、NFV(网络功能虚拟化)等5G新型网络技 术在工厂内将企业生产内部网络资源进行编排,实现 灵活组网,以满足智能机器的柔性生产。在工场外可 以有力支撑工业互联网中远程监控、远程运维、智能 产品服务等新模式、新业态的发展。5G网络切片将 物理网络切分成无数个虚拟网络通道,供特定业务单 独使用,从而提高了网络的使用效率。云平台通过切 片管理器根据不同的业务类型,将支持多业务场景、 多服务质量、多用户的隔离和保护,应对工业互联网 行业多样化网络连接需求。
此外,鉴于工业环境下数据突发量较大,需要考虑毫 米波与中频段协同使用。智能制造领域中对频谱的需 求量更大,需要引入毫米波,实现中高频相互补充, 提升网络容量。运营商可以采用网络切片技术搭建针 对工业企业的虚拟专网,为工业企业定制一张高速可 靠传输网络。
关键技术成熟度。利用上述关键使能技术实现工程机械远程操控,不但能操作人员的工作环境,还能有 效保障操作人员安全、助力企业生产施工的降本增效。 青岛港利用5G实现港口岸桥吊车的远程控制,各项 指标满足要求,PLC长时间可靠运行。多协议,多业 务并行,上行速率超过200Mbps,通过5G网络成功 远程控制抓取集装箱。
整体上,目前5G配套产业和应用开发仍处于起步阶 段,产业链尚不成熟,5G智能制造内网改造的融合 技术标准尚待明确,特别是结合工业实际生产现场 的软硬件供给能力不足,实践中暴露上行带宽不足、 时间同步精度不够、5G模组不统等一系列技术问题, 仍需要网络技术和产业生态的进一步成熟。
5. 政策支持
从易到难的方式推进5G制造业应用的发展。在几大 应用场景中,泛在化的感知就是把传感器的信息接上 来,这是相对比较简单的应用,应先从这样的应用开始, 先从控制系统的增量应用入手,未来再考虑对现有的 成熟系统进行替代或改造。
5G数据平台和制造业典型应用同步发展。以解决工 业生产中关键挑战性的问题为导向,找到杀手级应用。 以国有和民营大型龙头企业来做标杆压力测试示范, 集成5G数据平台和工业APP,解决痛点问题,形成解 决方案,测试成功后把这种解决方案向全行业推广,带 动5G的推广应用。
5G网络系统与企业原有工业系统融合共存。因为用 户要保证原有的投资,原来的控制系统要运行几十年, 长时间不能更换。要把5G和原有工业控制系统的接 口和互操作的技术解决好,实现原有自动化系统的功 能扩展,保证5G与原有工业控制系统的融合共存。
建立5G工业互联网安全防护和测试的标准体系。目 前,工业信息安全是信息化建设中的重中之重,工业自 动化领域和现在的工业互联网领域都在做信息安全的 技术和标准体系。在这些过程中应该重点考虑5G未来 应用的场景,怎么样做一些标准化的安全的操作,保 证整个工业信息化的整体安全。
医疗健康行业发展机会分析
中国作为有着14亿人口的大国,一直存在医疗资源供 给不足、分布不均的问题。优质医疗资源高度集中在 一线城市的三级医院内,造成病人的集中,医疗服务 的倒金字塔现象愈演愈烈,医疗质量和病人就医体验 每况愈下。看病难和看病贵在很大程度上与这种医疗 资源供不应求和分布不均的状况有关。人口老龄化在 中国已经呈现出明显的加速趋势,先进的远程医疗水平在老龄化社会将成为重要保障。5G发展为远程医 疗提供了技术上的支持,可促进医疗资源的线上流动, 不同地区不同级别的医院之间实现互联互通,打破医 患的空间限制,大幅提升医疗效率,有助于偏远地区 获取优质医疗资源,从而改善医疗资源供给不足、分 布不均的现状。
1. 行业需求
近年来,远程医疗近十年来虽备受关注,投入诸多资源, 但在4G网络环境下,存在着画面和语音延迟、画面 清晰度较低等诸多限制未能大面积落地使用。而5G 网络的超高速率、超低时延、万物互联的特性可有效 改善以上问题,促进远程医疗的进一步发展和推广 实施。
(一) 行业发展状况
部分医院部署5G网络环境。目前,5G在中国医疗 健康领域尚处于试验测试阶段。中国移动、中国联通、 中国电信三大运营商通过在部分医院部署5G网络 环境。地域方面,目前只在北京、四川、河南、安徽、 广东等少数几个省进行了局部试点;合作医院方面, 试点合作医院皆为当地龙头三甲医院,这些医院基础 设施完备、医疗设备先进、专家资源丰富,能够为5G 试验提供强大的技术和人才保障。中国信息通信研 究院预计到 2030 年,我国远程医疗行业中 5G 相关 投入(通信设备和通信服务)将达 640 亿元1 。
部分医院已与三大电信运营商签订合作协议。广东 省人民医院、武汉大学中南医院、南昌大学第一附属 医院、浙江大学医学院附属邵逸夫医院、深圳市人民 医院、武汉协和医院、青岛大学附属医院等,都在积 极为部署5G网络做准备,未来会有越来越多的医院 向5G智慧医院迈进。
(二) 医疗行业需求
5G网络可以有效保障远程手术的稳定性、可靠性和安 全性,使医生可以随时随地掌控患者的情况,及时诊 断和治疗,有效解决优质医疗资源供需矛盾,消除专家 和患者在途时间消耗等问题,让优质专家资源下沉,让 基层的医生得到提高和学习的机会,让偏远贫困地区 和处于紧急情况的患者也有机会得到有效救治,使得 在4G时代停滞于概念化的远程手术、远程急救等应 用真正落地。ITC曾经预测过到2035年医疗方面的 应用能占到全球5G相关经济规模的9% 2。
优质稀缺的专家资源共享需求。顶级的医学专家是 稀缺资源,5G 给远程医疗提供了更好的技术实现条 件,通过提供更快的速度,更稳定的连接、更低的延 时与更大的容量来改善远程医疗和远程护理,节约了 专家和患者的在途时间。5G 所带来的更高效的连接 以及全新的增强型移动宽带数据传输速率,可以支 持个性化的医疗保健应用和沉浸式体验,如虚拟现 实和实时视频传输。这就意味着医生只需要带上 VR 头盔或者眼镜就可以通过3D/UHD 视频远程呈现或 UHD 视频流来对病人进行远程诊疗。
医疗大数据收集和管理需求。大规模物联网涉及医 疗物联网(IoMT)生态系统,将包含数以百万计甚至 数十亿的低能耗、低比特率的医疗健康监测设备、临 床可穿戴设备和远程传感器。医生将依靠这些仪器实施远程监控,全天候采集病人的医疗数据,如生命 体征、身体活动等,实现多方交互共享,有助于医生 有效地管理或调整治疗方案。
提高远程手术可操作的需求。在 5G 技术下,医生可 以更快调取图像信息、开展远程会诊,甚至开展远程 手术,通过网络与处于异地的机器人配合,进行远程 手术。根据 2019 年 1 月 20 日中国日报网的报道, 中国成功完成世界首例 5G 远程外科手术。主刀医生 利用华为 5G 网络技术搭建的网络环境,远程操控手术机器人,十分钟内将小猪的肝小叶顺利切除,全程 延时少于 0.1 秒1 。
有效缩短病人院前抢救时间的需求。5G 时代可以将 配备高清晰度视频通信的救护车变为现实,采用移动 5G 技术,在救护车上就可将病人的检查信息和现场 场景直接快速传输到医院,保证专家们进行诊断并做 出诊断方案,有效缩短病人的院前抢救时间,提高病 人的存活率。
2. 服务促进
通过5G连接到AI医疗辅助系统,医疗行业有机会 开展个性化的医疗咨询服务。人工智能医疗系统可 以嵌入到医院呼叫中心、家庭医疗咨询助理设备、本 地医生诊所,甚至是缺乏现场医务人员的移动诊所。 5G+医疗可以完成很多任务:远程监测类、远程会诊 指导类、远程操控类服务,具体分为无线监测、远程 诊断、远程会诊、移动查房、虚拟示教培训、移动急 救、导航定位、远程机器人超声以及远程机器人手术 九大应用场景。
第一,远程监测类。通过AI模型对患者进行主动监测, 在必要时改变治疗计划。实时健康管理,推荐治疗方 案和药物,并建立后续预约。这类应用对通信带宽要 求不高,只是涉及到血压、血糖、血氧饱和度、心率 等生命体征数据的传输,其带宽在3Mbps基本上就 能满足信息传输需求。其对通信时延也没有高要求, 能接受100ms左右的延时。而且此类连接数量较少, 主要是生命体征监护仪、可穿戴智能设备、输液袋、 护士等之间的信息互通。
第二,远程会诊和指导类。智能医疗综合诊断,并将 情境信息考虑在内,如遗传信息,患者生活方式和患 者的身体状况。这类应用包括远程诊断、远程会诊、 移动查房、虚拟示教培训、移动急救等场景,对通信 带宽有一定的要求,涉及到生化分析结果、影像检查 结果、电子病历等大量资料的传输,其带宽通常在 3Mbps-15Mbps之间。远程会诊和VR/AR等虚拟示教培训场景需要较低时延才能提高会诊效率和培训 效果,其时延需在20ms-100ms。因涉及到检查检 验资料,需要连接的数量相对较多,包括相应的检验 科、影像科的部门,还需要连接专家、基层医生、护士、 患者。
第三,远程操控类。远程机器人超声和远程手术需要 超高清画面,医生才能够精确地进行操作,因此要求 带宽在15Mbps甚至1Gbps。在整个过程中需要实 时同步才能保证操作的安全性,对时延要求通常是在 1ms以内。其连接主体数量较多,特别是远程手术, 可能需要同时连接生命监测仪、心电图机、除颤监护 仪、高清视频设备等。
3. 价值变现
在现有政策背景条件下,远程医疗的商 业模式及盈利模式仍不明朗,基于国内 的现状及政策背景,在综合研究国内外 远程医疗案例的基础上,对国内远程医 疗商业模式的探索,盈利模式包括直接 面向用户收费和B2B 面向雇主收费。 此外,挖掘数据价值、与医院或药店合 作引流也是探索中的盈利模式。因为 5G技术发展,患者在家或者医院之外 的地点就可以高效得到治疗,一些医院 必须抓住时机参与其中。
面向病患收费。最直接的营收来源是 面向用户收费。收费模式包括一次性诊 疗收费和包月收费制两种。在线问诊本 身并没有成本优势,因为中国目前的问 诊费也就是挂号费通常较低。但中国大 医院就诊体验差,在费用对等的情况下, 在线问诊仍能吸引部分用户。同时在线 问诊收费能直接给医生带来一定收益, 也相对能获得更多更好的医生资源。在 医院的远程医疗检查和手术也是按照 使用次数收费,这里就会涉及到服务的 定价。
B2B 雇主付费。在很多福利制度健全 的国家,大公司往往为员工购买长期医 疗保险。但在当前中国的医保体制下, 大部分企业的雇员医疗开支主要体现 在向政府机构上缴员工的医疗保险金, 这些成本最终进入的是国家医保体系, 在这种情况下,采购在线问诊服务对企 业而言是额外的负担。在线问诊机构也 可以通过直接与保险公司合作,将其服 务整合在医疗保险服务条例中,以增加 其保单的附加价值。在美国这种模式已 经搭建成熟。
缙铖医疗实现“零距离”远程医疗
2015 年,「缙铖医疗」在北京成立,主要专注于人工智能混合 现实可视化创新医疗产品的开发与应用,即将AI、MR、AR、 5G等前沿技术应用于全手术流程,帮助医生实现术前远程手 术规划、术中互动式远程手术指导及术后远程随访。2019年 3月,通过北京市西城区某5G新媒体中心,清华长庚医院与 相距2200多公里的深圳市人民医院成功连线;长庚医院的 专家在直播间通过MR(混合现实)技术与术者进行了术前方 案讨论,并穿插进行实时远程技术指导,共同完成了两名重症 患者的高难度手术,最终成功救治两名患者。
通过借助5G网络通信传输高清手术影像、AI三维重建与技 术交互,医生得以为身处异地的病人实施“远程精准手术”。 该流程替代了以往专家往返现场指导的模式,真正实现了远 程诊疗。目前,国内已有许多基于MR技术呈现医学影像的三 维重建软件,但由于算法复杂、其实现需要操作者具备医学知 识,这些软件还无法实现基于AI的自动分割重建。缙铖医疗 团队在神经外科领域已经积累了30余种较为成熟的核心算 法,并于今年启动了心血管外科和肝胆外科领域的相关技术 研发,目前公司已申请了数十项专利/软件著作权。董事长张 晋兵认为,该技术一旦大规模应用于临床,将具有重要临床意 义:1)将极大降低医生工作量,提升诊疗效率和精准度,进一 步放大现有专家资源的价值;2)远程协同诊疗也将提升基层 医生的诊疗能力和基层机构诊疗水平,进一步推动分级诊疗。
目前,我国最核心的医疗资源都集中在北上广。远程医疗必 然是未来的趋势,具备潜在商业价值。而「缙铖医疗」专攻的手 术领域由于风险大、不可预测性强,是当前远程医疗系统中最 难实现的环节,也因此具备最显著的痛点。但手术作为疾病治 疗的主要手段,市场需求极大;以每年6000万台的手术规模、 按次付费估算,其潜在市场达百亿级。谈及盈利模式,张晋兵 表示,国家有关远程医疗和医疗AI的收费标准还未正式出台, 「缙铖医疗」将结合国家要求、根据各省份的现状差异,来确 立其技术和产品的收费模式。
导医导药收费。导医导药即导流价值用户到医院和 药店。导医导药从而向药店及医疗机构收取佣金是在 线问诊公司的盈利突破口之一。但是好医院往往人满 为患,没有导医需求。这种情况下,也可以采取向患者 收费,预约名医问诊。随着医疗改革的推进,按照旧 有标准来选择医院和医生的方式也将被改变。随着 独立医师群体壮大,更多优秀民营医院崛起和外资 医院的进入,在线问诊将会成为很好的窗口,帮助年 轻医生树立个人品牌,帮助私人诊所创建口碑。所谓 导药模式,是指通过在线问诊平台服务后,引导用户在附近的药房购药,在线购药,送药到户,在线问诊 平台从中收取佣金。导药盈利模式的关键点在于能否 有效整合药店资源。
数据价值收费。大数据与医疗服务结合的模式在近 年来成为关注的热点。优质的数据能有效提高新药 研发效率,改善临床治疗手段等。远程医疗在经过一 段时间的运营后,积累和沉淀的数据逐渐形成经济 价值。
4. 技术支撑
5G健康医疗体系架构
5G医疗健康技术架构从逻辑上可分为终端层、网络 层、平台层和应用层四部分,保障医疗信息流在整个 网络安全高效的传输,实现医疗业务的可识别、可操 控和可洞察。下图展示了5G医联网技术逻辑架构。
终端层实现持续、全面、快速的信息获取。通过传感 设备、可穿戴设备、感应设备等智能终端实现信息的 采集和展示,包括机器人、智能手机、医疗器械、工 业硬件等设备。
网络层实现实时、可靠、安全的信息传输。通过分配 于不同应用场景的独立网络或共享网络,实时高速、 高可靠超低时延地实现通信主体间的信息传输。
平台层实现智能、准确、高效的信息处理。平台层主 要是实现信息的存储、运算和分析,起着承上启下的 过渡作用,以MEC、人工智能、云存储等新技术,将 散乱无序的信息进行分析处理,为前端的应用输出有价值的信息。
应用层实现成熟、多样化、人性化的信息应用。应用 层是5G价值的集中体现,根据三大显著特征可以支 撑不同的应用场景,如无线医疗监测与护理应用、医 疗诊断与指导应用、远程操控应用等。
关键使能技术
5G 给无线医联网带来巨大潜能。3GPP 定义的5G 能力为下行峰值速率20Gbps,空口时延0.5ms,联 接密度每平方千米100 万个。对于医疗视频类业务, 5G能够提供类光纤的带宽,支持多路高清视频,支 持医疗VR/AR应用,如AR手术。对于医疗操作类业务, 5G 能提供ms级低时延,支持远程触觉传递和眼球 追踪应用,如远程手术。此外,5G超大的联接能力, 能够在医院内外提供大量医疗设备联接,支持24 小 时实时健康检测。
对于医疗视频类业务,eMBB应用场景支持多路大流 量高清视频,支持医疗VR/AR应用,如AR手术。对于 医疗操作类业务, uRLLC场景满足高可靠性和毫秒 级低时延,支持远程触觉传递和眼球追踪应用,如远 程手术。 mMTC应用场景提供的超大连接能力,能够 在医院内外提供大量医疗设备联接,支持24小时实 时健康监测。
5G移动边缘计算(MEC)、网络切片等网络技术能够 构建医疗健康虚拟专网,实现医疗业务系统、医生、患 者、设备和救护车应急救援的连接。MEC 本地网关可 管理本地医疗设备的接入权限和识别医疗设备接入 的业务类型,并建立专有路由,转发到本地的医疗服 务器或无线终端。利用智能路由技术,在蜂窝公网中 构建了一个医疗虚拟网络的路由拓扑,保障医疗业务的独立性、安全性和可靠性。网络切片满足某一类或 一个用例的联接通信服务需求,整个5G 系统由满足 不同联接能力的大量网络切片组成。5G网络中可以 专门为无线医联网分配一个或者若干个切片,为医疗 业务分配专有的无线空口资源和控制管理,保障业务 的独立和隔离,进一步保障医疗业务的实时性、可靠 性和安全性。
与工业互联网应用场景类似,健康医疗领域超高清视 频等应用场景对数据传输速率要求较高,需要更多的 频谱资源。考虑在目前中频段的基础上引入毫米波, 实现中高频相互补充,提升网络容量。运营商可以采 用网络切片技术搭建针对医疗机构的虚拟专网,为医 院定制一张高速可靠传输网络。
关键技术成熟度
应用上述5G医联网关键使能技术,从物理组网层面可以构建出如下无线医联网从物理组网视图。
院内医联网。通常采用“室内小站+本地网关”解决 方案。室内小站是指室内建设的数字化分布式微功 率基站;本地网关是室内无线组网的业务锚点,包含 智能路由、能力开放和联接管理等MEC 功能,实现 虚拟专网控制。
院间远程医联网。由VPN 专线和院内医联网组成院 间远程医联网。VPN 专线是指基于公用有线网络上 采用隧道、加密等技术建立医院之间远程互通的虚拟有线专网。
应急救援医联网。医疗救护车等院外急救设备通过 运营商无线宏基站接入到院内医联网或者医疗应用 平台,组成应急救援医联网。宏基站是指功率比较大 的蜂窝网基站,一般部署在铁塔上,覆盖半径比较大, 从几百米到几公里不等。急救病人进入医院后,相关 的急救设备会无缝地切换到院内医联网。
5. 政策支持
受限于就医习惯、医患的认知、当前技术水平和法律 法规的局限性,远程医疗在实际执行中存在一系列问 题,需要通过出台相关政策进行解决和完善。
政府出台鼓励政策。在当前的医疗体制及监管体制下, 远程医疗缺乏明确的政策支持,在实际推动中无法真 正发挥医疗机构及医生的作用,因而有必要加强政府 的扶持力度。将5G医疗费用报销纳入医保报销,推 动医保参与支付让能够让更多的患者使用智慧医疗服 务。
逐步培养医疗从业者和病人的认同感。医疗行业与病 人也缺乏对远程医疗的认同。一方面,专家医生对于 5G环境下的新型设备操作不够熟悉,另一方面病人对 医生的选择往往依赖口碑和名誉,对远程医疗缺乏信 任。应扩大宣传,转变医生和患者对远程医疗的认识, 拥抱新科技。
多培养跨学科的综合性人才。远程医疗所需要的计算 机、5G技术、人工智能等技术还未真正成熟,精通医 疗和互联网的跨学科人才匮乏,需要加强培养此类复 合型人才,鼓励建立5G+医疗行业应用的智库,为医 疗行业提供全方位的支持。
完善法律法规。对5G远程诊疗的责任需要做出明确 规定,远程诊疗涉及医生、终端设施、网络设施、机器 人的配合,一旦发生医疗事故,就涉及到责任的界定, 需要政府和相关部门开展研究,制定相关标准。需要 清晰地界定邀请方、受邀方、终端设施、网络设施、机 器人对患者产生违约或损害行为,出台对医疗损害责 任纠纷、或医疗服务合同纠纷的民事赔偿的相关责任 制度。
明确5G远程医疗的定价。远程医疗从技术上已经具 备成熟,但定价不明确阻碍了真正的落地。具有法律 效力和政策约束力的明确收费标准才能让医院、医生 和患者放心大胆的选择远程医疗。2019年9月,国家 医保局印发了《关于完善“互联网+”医疗服务价格和 医保支付的指导意见》,可操作的定价标准尚待出台, 建议可以根据远程医疗的服务类别、专家级别、服务 复杂度和服务时长定价。
医疗机构要积极与移动运营商、第三方平台合作。医 疗机构要充分认识到5G技术对医疗行业的影响,创 建一个有利的生态系统,与运营商合作为患者提供医 疗救治、数据分析和云服务等,从而支持各种功能和 服务的部署。发挥市场的作用,通过建立提供远程医 疗的第三方平台,调动三级医院、基层医疗机构、医保、 病人等各个利益相关方的积极性,整合相关的医疗资 源。
汽车行业发展机会分析
当下,汽车行业正在经历着电动化、智能化和网联化 三种颠覆式技术创新,汽车产业链面临变革和重构, 汽车逐渐成为一个可移动的智能空间,汽车对人们生 活的价值和意义被重新定义。汽车电动化,其核心动 力驱动装置变为简单的电动机,进一步带动底盘和 传动装置的简化,极大降低了汽车的机械复杂度和 制造门槛,更多非传统的企业(例如互联网科技企业) 纷纷进入汽车行业。在智能化和网联化方面,汽车的计算能力和网络能力正在快速提升,逐渐构建具备数 据融合、高速计算、智能决策、协同控制能力的智能 计算平台,同时5G高速网络已成为车联网的标准协 议,汽车本身已经成为新一代的移动计算基础设施。 而无人驾驶技术让汽车也从个人代步的交通工具转 变为一种服务设施,所有人都变成了乘客,人们在车 内的时间和注意力被释放出来,其中蕴含着巨大的商 业机会。
汽车行业正在经历电动化、智能化 和网联化三种颠覆性的技术创新, 汽车产业链将面临变革与重构。
1. 行业需求
汽车行业处于周期低谷,新能源汽车销量逆势增长。 国内汽车市场爆发发展的时代已经逐步过去,20182019年中国车市下行压力持续加大,汽车产业整体处 在业态复杂的转型期。以2018年为例,据中国汽车 工业协会公布的数据显示 ,2018年全年汽车销量为 2808.1万辆,同比下降2.8%,创1990年以来首次年 度下滑。目前,国内汽车产销规模已达到较高基数,未 来行业低增速将呈常态化,市场竞争也将越发激烈, 优质龙头效应显现,行业洗牌或加速到来。在汽车动 力方面,国内外车企都在加快布局新能源汽车,抢占产 业制高点。2019年9月,戴姆勒宣布停止汽油发动机 的研发,旗下所有汽车专注于电动汽车的研发。在国 家政策的大力支持和鼓励下,中国新能源汽车在整体 市场低增长乃至负增长之时,仍保持强势高速增长, 成为汽车市场主要的增长来源。2018年新能源乘用 车产销突破百万辆,2019年新能源乘用车销量有望达 到140万辆。
汽车行业处于周期低谷,新能源汽车销量逆势增长。 国内汽车市场爆发发展的时代已经逐步过去,20182019年中国车市下行压力持续加大,汽车产业整体处在业态复杂的转型期。以2018年为例,据中国汽车 工业协会公布的数据显示 ,2018年全年汽车销量为 2808.1万辆,同比下降2.8%,创1990年以来首次年 度下滑。目前,国内汽车产销规模已达到较高基数,未 来行业低增速将呈常态化,市场竞争也将越发激烈, 优质龙头效应显现,行业洗牌或加速到来。在汽车动 力方面,国内外车企都在加快布局新能源汽车,抢占产 业制高点。2019年9月,戴姆勒宣布停止汽油发动机 的研发,旗下所有汽车专注于电动汽车的研发。在国 家政策的大力支持和鼓励下,中国新能源汽车在整体 市场低增长乃至负增长之时,仍保持强势高速增长, 成为汽车市场主要的增长来源。2018年新能源乘用 车产销突破百万辆,2019年新能源乘用车销量有望达 到140万辆。
汽车被赋予更多价值。智能驾驶趋势不可阻挡。在前 期汽车大规模普及满足基本出行需求后,消费者对汽 车产品也赋予了更多价值,汽车逐渐成为连接家和办 公场所的第三空间,人们对产品的期望也提升至高颜 值、高安全性、高科技含量等要求,更加注重车内体验。 ADAS、信息娱乐系统逐渐成为消费者新的关注热点,而辅助驾驶、语音交互、车载视频、车辆联网等新型 驾乘体验直接依赖于传感器、车载屏幕、计算平台、 车载通信等汽车电子的使用。根据普华永道思略特 的预测1 ,2030年汽车产业链利润的分成相比现在 将有明显的变化:智能驾驶等新技术将创造 600 亿美 元以上的盈利,占整个产业链利润的 11%左右,汽车 销售利润占比从 2015 年的 41%下降到 29%。自动驾 驶等新技术将是未来车企重要的利润来源点,汽车产 业乃至零部件产业纷纷做出战略调整。宝马、奥迪等 整车企业搭载智能辅助驾驶系统来提升车辆的安全性 能,相继推出L3/L4级自动驾驶汽车,全球领先的汽 车零部件供应商德尔福剥离动力总成,专注电子电气 与电子安全业务,并大力布局汽车网联、大数据和自动 驾驶业务。博世在自动驾驶方面拥有很多专利,涉及 传感器、自动驾驶、控制、软件等领域,2015年博世发 布了汽车电子的路线图,预计整车的电子架构将从目 前的集中化、集成化过渡到域控制器化,再由域控制 器化过渡到汽车超级电脑,最终超级电脑上云。
完全自动驾驶离不开汽车网联化,未来市场空间广 阔。当前,很多互联网公司(如谷歌、Uber、百度等)直 接跨越L2、L3阶段,进入L4、L5自动驾驶阶段,更多的从智能化的角度解决效率和安全问题,但真正进 入自动驾驶阶段,一定离不开网联化。基于单车智能 的无人驾驶需要搭载大量的不同类型的传感器,带来 异构融合、计算成本高、系统复杂度提升的问题。网联 化将为汽车决策提供更多的信息,5G与车联网技术 的结合将形成“智能车+智慧路”的技术路线,改变 传统智能驾驶仅依靠单车智能的局面。然而目前国内 智能网联汽车渗透率较低,2017年仅有15%。2018 年国家发改委发布《智能汽车创新发展战略(征求意 见稿)》,提出计划到2020年,中国智能网联汽车新 车占比达到50%。按照现有的年产销近3000万辆来 看,预计2020年智能网联汽车销量便会超过1500万 辆。根据中国汽车工程协会的预计 2,2020年、2025 年、2030年销售的新车联网比率将分别达到50%、 80%、100%。
造车新势力崛起,汽车产业链格局面临重塑。高度智 能共享驾驶场景的逐步实现将深度重塑未来汽车产业 链的格局,建立新的独立价值链,加入新的价值链参 与者,重构价值链环节。特斯拉从电动化、智能化(标 配全自动驾驶硬件)、网联化(OTA空中下载更新车载 软件)三方面构建了完整封闭的生态,从电池工厂、整
车工厂到直营店、服务中心、超级充电站以及二手车, 并切入自动驾驶租赁服务。百度Apollo计划打造开 放的自动驾驶生态,抢占无人驾驶入口,打造汽车工 业的安卓系统。2019年6月,首批45辆“自动驾驶出 租车”-百度Robotaxi于长沙开启试运营。斑马网络 基于AliOS打造汽车底层操作系统,围绕去APP化, 更多用云端的能力,做到“重云轻端”。未来汽车的体 验将不仅仅取决于出厂的硬件配置,软件能力持续进化带来的体验提升,将真正开启“软件定义车”的时代。 围绕“人车关系运营”将催生新的商业模式,需要整车 厂由原来以“开发制造为重心”的线性思维变为以“服 务运营为中心”的网状拓扑结构的生态圈思维。2019 年开始,智能网联将成为标配且基础能力将趋于同质 化,核心竞争力将落脚于以AI、大数据等技术和生态 服务产生的体验差异化。
2. 服务促进
5G将使汽车提供的信息服务类型将更加丰富。首先, 随着语音识别、动作识别等技术的逐步发展,车载信 息类应用将更加丰富,5G对车载AR实景导航、车载 高精地图实时下载、车载VR游戏等业务的支持,结合 位置信息和交通大数据,车载服务将更加场景化、个 性化,也更智能。AR导航带来最易懂的精准引导,交 通大数据分析结合个人驾车偏好数据,能实现最优路 线规划。人们驾车出行将变得更加轻松有趣。其次,车 载信息娱乐系统作为车载信息服务的主要入口,也将 被5G车联网赋能,由视频、导航等单一功能向处理信 息更加复杂、功能更加强大的智能系统演进。另外一 方面,基于车联网产生的大量车端和路侧数据,5G可 以为车企/一级供应商提供相关信息服务用于产品优 化,还可以为各类行业客户提供信息服务用于行业应 用,扩大车联网信息服务的收益,如基于车辆日常运行 数据可以优化车辆保养方式;与定位、支付技术相结合, 支持新能源汽车加电提醒和充电桩位置自动推送;紧 急救援不仅可以传送基本救援信息,还可传送事故现 场照片或者视频进行辅助救援。
5G为安全出行再上一把锁,并降低汽车安全成本。 目前基于单车智能通过加装多个高清摄像头及高精度 传感器,如激光雷达、毫米波雷达、超声波雷达等,可 以实现部分行驶安全类应用,但也面临着一个共同的 局限,即这些感知结果都是在视觉范围内的,配备这些设备的车辆只能看到车周边十几米范围内的情况, 可能出现视线遮挡问题。而联网技术的引入后,汽车 的感知能力将得到极大扩展,在几百米围内依然可以 相互通信,安全性得到极大提升,可以支持较高速度 的自动驾驶,同时,还可以解决不同类型的传感器异 构融合带来的技术问题、海量的数据处理导致的计算 成本、系统功耗、复杂度提升等,降低汽车安全成本。 5G与车联网技术的结合将形成“智能车+智慧路”的 技术路线,改变智能驾驶仅依靠单车智能的局面,更 好地支持避免交通事故的车辆盲区预警、紧急制动预 警、前向碰撞预警、异常车辆预警、逆向超车预警等安 全驾驶辅助系统类应用。
5G将精细化改善交通出行效率。基于5G的高精地 图导航将为车辆提供传感器检测范围的超视距感知, 配合实时动态的交通信息,以及基于地图与定位的车 路协同,让车辆对前方道路情况了如指掌,出行效率也 将得到大幅提升。基于车辆精准定位将本地化的高清 地图通过5G网络分发给车辆,并利用其他车辆共享 的传感器信息,获得车辆前方可行驶的区域精确到车 道级别的信息,包括车辆驾驶的车道中周围的车辆和 其他道路使用者的行驶、定位信息等,通过5G实现高 清动态映射,可以优化路线选择决策,节约能源和时间, 为半自动和全自动驾驶提供最佳路径选择。5G还将 有助于提高车辆不停车通过交叉口的可能性,路侧基础设施收集交通灯、信号灯的配时信息,并通过5G将 信号灯当前所处状态及当前状态剩余时间等信息广播 给周围车辆,车辆收到该信息后,结合当前车速、位置 等信息,计算出建议行驶速度,并向车主进行提示。
5G支持完全无人驾驶,汽车将成为一个可移动的私 人智能空间。未来,5G等技术将支持构建“人车路云” 高度协同的互联环境,实现车路协同控制、车车协同 编队、远程操作等高级/完全自动驾驶业务,最终支 撑实现完全自动驾驶。在5G赋能下,车联网的信息交 互时效性、准确性会大大提升,例如,在矿山、港口、 垃圾处理厂等危险、杂乱的场景,5G远程驾驶将车辆 周身的多个高清摄像头及高精度传感器(如激光雷达、 毫米波雷达、超声波雷达等)的感知信息实时回传到 远程驾驶端,远端服务器处理构建360视角VR+模 拟驾驶舱环境,驾驶员根据模拟环境及传感辅助信息进行判断,对远程车辆实施操控,将方向、油门、制动 等控制信息通过5G网络传输到车辆内部,实现对车 辆的远程驾驶操控。此外,5G应用于物流运输,可以 通过V2V技术和自动驾驶技术,将两辆及以上的卡车 连接起来,以极小的车距尾随进行编队自动行驶。排 头的卡车可以无人驾驶也可有人驾驶,跟随的卡车通 过5G网络实时根据头车的变化而变化,整个车队就 像是通过无线信号连接起来的火车,可以优化整体道 路使用情况,也能更高效地完成货物运输,进一步缓 解交通压力。未来,5G支持下的全路况无人驾驶将彻 底解放双手,汽车将不仅仅扮演交通工具的角色,它 将成为一个可以移动的家、办公室、会客厅等可移动 的私人智能空间。
3. 价值变现
出行服务商模式。5G可支持汽车行业将实现从单纯的 出行产品制造工业,向产品以及出行服务提供商的转变, 淡化汽车的“交通工具”属性,并将其逐渐转化为一个 智能的场景化移动空间。汽车厂商通过与电信运营商 等共同合作提供综合解决方案,一方面,面向个人和行 业提供共享汽车租赁、网约车等服务。另一方面,面向 物流、景区、机场、公共交通行业提供长途无人驾驶物 流运输、景区游客观光、机场人流接驳、城市公共交通 等行业需求,还可以通过5G改善车内传媒,如传输的 AR视频将公交环线的景点、商场等兴趣点动态以交互 的形式展现给乘客,在增强使用体验的同时,提高信息 服务价值。出行服务商既可以提供汽车长期租赁服务, 也可以提供分时租赁服务的“硬件+出行服务”。
大数据平台商业模式。随着5G车联网路侧基础设施 覆盖率和车载终端渗透率的提升,将产生大量车端和 路侧数据。通过建设和运营数据平台,可以在更大范围 内更快地收集数据,并为一系列数据分析、精确映射和 实时软件更新创建更好的数据库。与交通、道路和消费 者流动行为相关的信息和数据将成为一种新的资产。 一方面可以探索“数据+管理”模式,面向城市交通信 息管理部门,以交通信息共享服务为核心,对交通环境 信息做整合管控,消除交通信息孤岛以减少交通事故、提升交通运行效率。另一方面可以探索“数据+金融” 模式,这时候买单的主体不仅仅是C端车主和B端行 业客户,各类金融机构也可以共同参与。比如ADAS安 全驾驶辅助系统和疲劳驾驶预警系统获得了各保险机 构的青睐,还可以根据驾驶行为数据、经常驾驶路线的 事故率等数据进行保费优化。汽车交易服务商可以快 捷获取汽车全生命周期的数据,分析汽车剩余价值,预 测二手车交易行为。
优化产销流程模式。对汽车行业自身,也可以通过数据 平台建设和运营,优化营销、生产、供应链等环节。在营 销领域,可以实现线上线下车辆数据打通,数据使用与 结果的完整闭环,进行精准的客群分析、市场分析、产 品规划与广告投放等;在生产制造领域,可以实现产 线数据的打通,进行生产知识库的建设