5G技術(shù)作為新一代信息技術(shù)的核心，正在與工業(yè)制造深度融合，推動(dòng)著工業(yè)領(lǐng)域的數(shù)字化轉(zhuǎn)型。2025年，5G在工業(yè)領(lǐng)域的應(yīng)用已進(jìn)入規(guī)?；茝V的關(guān)鍵時(shí)期，國(guó)內(nèi)外紛紛出臺(tái)政策支持5G技術(shù)在工業(yè)中的應(yīng)用落地。目前，5G技術(shù)在工業(yè)自動(dòng)化產(chǎn)線控制、設(shè)備協(xié)同作業(yè)、遠(yuǎn)程控制等多個(gè)應(yīng)用場(chǎng)景中已取得顯著進(jìn)展，但仍面臨網(wǎng)絡(luò)質(zhì)量確定性、可用性等關(guān)鍵指標(biāo)需進(jìn)一步提升的挑戰(zhàn)。本文通過對(duì)5G工業(yè)應(yīng)用融合分析、應(yīng)用過程、現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用質(zhì)量測(cè)試方法及關(guān)鍵指標(biāo)測(cè)試驗(yàn)證的研究，探討了5G在工業(yè)領(lǐng)域的應(yīng)用現(xiàn)狀與挑戰(zhàn)，并提出了相應(yīng)的測(cè)試方法與解決方案。

  一、5G工業(yè)應(yīng)用融合現(xiàn)狀與挑戰(zhàn)

  《2025-2030年全球及中國(guó)5G行業(yè)市場(chǎng)現(xiàn)狀調(diào)研及發(fā)展前景分析報(bào)告》5G工業(yè)應(yīng)用已覆蓋工業(yè)研發(fā)設(shè)計(jì)、生產(chǎn)運(yùn)行、生產(chǎn)監(jiān)測(cè)、倉儲(chǔ)物流、運(yùn)營(yíng)管理等關(guān)鍵環(huán)節(jié)，并在采礦、電力、鋼鐵等重點(diǎn)行業(yè)深度應(yīng)用。然而，5G與工業(yè)領(lǐng)域的深度融合仍面臨諸多挑戰(zhàn)。首先，5G與工業(yè)需求匹配存在差距，工業(yè)控制對(duì)通信的確定性、實(shí)時(shí)性、可靠性要求高，5G雖通過切片、關(guān)鍵數(shù)據(jù)QoS保障等方案提升網(wǎng)絡(luò)確定性和實(shí)時(shí)性，但仍存在時(shí)延高、抖動(dòng)大等問題，無法完全滿足部分工業(yè)核心應(yīng)用需求。其次，5G與工業(yè)網(wǎng)絡(luò)融合困難，既要承載管理辦公、經(jīng)營(yíng)等信息業(yè)務(wù)，又要滿足生產(chǎn)管理、數(shù)據(jù)采集及控制、現(xiàn)場(chǎng)控制類等生產(chǎn)業(yè)務(wù)要求，同時(shí)需滿足數(shù)據(jù)安全不出廠等要求，在數(shù)據(jù)優(yōu)先等級(jí)劃分、可靠性保障、覆蓋范圍優(yōu)化、抗電磁干擾等方面面臨技術(shù)挑戰(zhàn)。此外，5G專網(wǎng)建設(shè)和開通采用全新流程，不便于根據(jù)工廠需求配置修改，對(duì)工廠基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)提出新要求，且5G產(chǎn)品管理和維護(hù)涉及多個(gè)獨(dú)立管理域，要求運(yùn)維人員掌握專業(yè)維護(hù)知識(shí)。在智能工廠建設(shè)或升級(jí)改造過程中，5G應(yīng)用涉及多個(gè)角色，各角色職責(zé)尚不清晰，需要進(jìn)一步明確。ICT和OT領(lǐng)域技術(shù)差異大，需要考慮深度融合與雙向適配。最后，5G產(chǎn)業(yè)生態(tài)尚不完善，缺乏規(guī)模化應(yīng)用，終端產(chǎn)品不足，易用性與成本問題待解決，需融入行業(yè)信息化、智能化服務(wù)，形成行業(yè)解決方案。

  二、5G工業(yè)應(yīng)用過程分析

  5G行業(yè)應(yīng)用分析提到5G在工業(yè)領(lǐng)域的集成應(yīng)用是一個(gè)系統(tǒng)工程，可分為應(yīng)用場(chǎng)景設(shè)計(jì)、應(yīng)用場(chǎng)景實(shí)施、應(yīng)用集成驗(yàn)收等階段。應(yīng)用場(chǎng)景設(shè)計(jì)階段需針對(duì)5G工業(yè)場(chǎng)景業(yè)務(wù)需求，分析采用5G網(wǎng)絡(luò)的應(yīng)用場(chǎng)景及生產(chǎn)要求，梳理5G網(wǎng)絡(luò)覆蓋位置及運(yùn)行環(huán)境要求，形成5G工業(yè)應(yīng)用業(yè)務(wù)需求，并依據(jù)業(yè)務(wù)需求映射為對(duì)5G網(wǎng)絡(luò)的要求，作為網(wǎng)絡(luò)設(shè)計(jì)和建設(shè)的輸入。在項(xiàng)目建設(shè)過程中，部分工程師直接將有線連接方式的工程參數(shù)應(yīng)用于工業(yè)5G網(wǎng)絡(luò)，未進(jìn)行業(yè)務(wù)匹配，導(dǎo)致網(wǎng)絡(luò)不能滿足業(yè)務(wù)性能要求，因此需工業(yè)集成商、5G網(wǎng)絡(luò)運(yùn)營(yíng)商等各方協(xié)同參與場(chǎng)景設(shè)計(jì)和需求提取，根據(jù)工業(yè)5G網(wǎng)絡(luò)能力給出業(yè)務(wù)配置調(diào)整建議。不同行業(yè)用戶的應(yīng)用場(chǎng)景與業(yè)務(wù)需求差異大，應(yīng)用場(chǎng)景建設(shè)實(shí)施要求包括業(yè)務(wù)質(zhì)量保障、業(yè)務(wù)隔離、超低時(shí)延需求、數(shù)據(jù)不出場(chǎng)等，5G專網(wǎng)一般分為虛擬專網(wǎng)、混合專網(wǎng)、本地獨(dú)立專網(wǎng)，智能工廠目前階段一般采用混合專網(wǎng)。5G網(wǎng)絡(luò)建好后，工業(yè)場(chǎng)景下缺乏統(tǒng)一的驗(yàn)收和測(cè)試方法，網(wǎng)絡(luò)運(yùn)營(yíng)商和工業(yè)用戶(集成商)的測(cè)試側(cè)重點(diǎn)不同，出現(xiàn)問題后責(zé)任不明確。

  三、5G工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用質(zhì)量測(cè)試方法

  5G工業(yè)應(yīng)用質(zhì)量現(xiàn)場(chǎng)測(cè)試主要面向5G工業(yè)應(yīng)用場(chǎng)景進(jìn)行性能、功能和穩(wěn)定性等方面的測(cè)試，涵蓋5G工業(yè)終端、5G工業(yè)網(wǎng)絡(luò)和整體工業(yè)應(yīng)用系統(tǒng)。目前5G工業(yè)應(yīng)用質(zhì)量指標(biāo)可分為5G工業(yè)應(yīng)用業(yè)務(wù)需求指標(biāo)、5G工業(yè)應(yīng)用網(wǎng)絡(luò)性能指標(biāo)、5G無線參數(shù)指標(biāo)。測(cè)試原則包括：現(xiàn)場(chǎng)測(cè)試應(yīng)在試生產(chǎn)環(huán)境下采用接近實(shí)際生產(chǎn)運(yùn)行的方式進(jìn)行，記錄干擾因素;同類型被測(cè)對(duì)象宜采用抽樣方式測(cè)試，綜合考慮數(shù)量、距離、位置等因素;當(dāng)現(xiàn)場(chǎng)測(cè)試環(huán)境不能滿足需求時(shí)，可采用模擬方式支撐測(cè)試。測(cè)試方法為：針對(duì)每項(xiàng)測(cè)試指標(biāo)，分析網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)和通信關(guān)系，確定被測(cè)對(duì)象，研究對(duì)應(yīng)的測(cè)試方法，當(dāng)現(xiàn)場(chǎng)終端等設(shè)備不能滿足測(cè)試條件時(shí)，可采用模擬業(yè)務(wù)方式測(cè)試，或構(gòu)建測(cè)試環(huán)境，搭建綜合測(cè)試床進(jìn)行仿真驗(yàn)證與結(jié)果分析，形成測(cè)試案例集及標(biāo)準(zhǔn)測(cè)試方案，測(cè)試過程中的故障、異?？勺鳛?G工業(yè)應(yīng)用故障定位技術(shù)評(píng)估的樣本。結(jié)合現(xiàn)場(chǎng)環(huán)境并從業(yè)務(wù)需求角度梳理形成時(shí)延、可用性、可靠性三個(gè)方面的標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)5G工業(yè)應(yīng)用綜合評(píng)價(jià)，關(guān)鍵測(cè)試指標(biāo)包括：時(shí)延測(cè)試，即具有通信關(guān)系的終端設(shè)備從一端網(wǎng)絡(luò)層/應(yīng)用層到另一端網(wǎng)絡(luò)層/應(yīng)用層所需的通信時(shí)間，可分為網(wǎng)絡(luò)層時(shí)延和應(yīng)用層時(shí)延;可用性測(cè)試，即工業(yè)蜂窩網(wǎng)絡(luò)正常運(yùn)行狀態(tài)下，接入工業(yè)蜂窩網(wǎng)絡(luò)的蜂窩終端設(shè)備的故障恢復(fù)時(shí)間，通過設(shè)備故障重啟恢復(fù)后能否順利連接蜂窩網(wǎng)絡(luò)來反映網(wǎng)絡(luò)是否可用;穩(wěn)定性測(cè)試，即采用接近實(shí)際生產(chǎn)運(yùn)行的方式，按照最大生產(chǎn)連續(xù)運(yùn)行時(shí)間或至少連續(xù)運(yùn)行36小時(shí)，通過設(shè)備、系統(tǒng)或SCADA等記錄報(bào)警狀態(tài)信息。

  四、5G工業(yè)應(yīng)用關(guān)鍵指標(biāo)測(cè)試驗(yàn)證

  (一)5G工業(yè)專網(wǎng)測(cè)試環(huán)境

  在5G工業(yè)應(yīng)用聯(lián)合創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)室建有商用5G專網(wǎng)，基站版本為R15，整體網(wǎng)絡(luò)采用混合專網(wǎng)，無線側(cè)提供專享基站，核心網(wǎng)采用UPF下沉+MEC方案，滿足時(shí)延要求，保證數(shù)據(jù)不出園區(qū)，實(shí)現(xiàn)安全性和封閉性。針對(duì)不同優(yōu)先級(jí)業(yè)務(wù)，采用5QI方式進(jìn)行切片區(qū)分，實(shí)現(xiàn)資源優(yōu)先調(diào)度，工業(yè)專網(wǎng)架構(gòu)包括無線側(cè)專享基站、核心網(wǎng)UPF下沉+MEC方案、5QI切片區(qū)分等關(guān)鍵組成部分。

  (二)5G工業(yè)應(yīng)用測(cè)試

  為綜合驗(yàn)證5G工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用質(zhì)量，采用三種方式進(jìn)行對(duì)比測(cè)試驗(yàn)證。方式一采用運(yùn)營(yíng)商常用的測(cè)試方式，主要采用Ping方式查驗(yàn)網(wǎng)絡(luò)狀態(tài)，單向時(shí)延測(cè)試采用往返時(shí)延的一半作為測(cè)試數(shù)據(jù)，測(cè)試結(jié)果顯示單業(yè)務(wù)場(chǎng)景的網(wǎng)絡(luò)性能優(yōu)于多業(yè)務(wù)并發(fā)場(chǎng)景，數(shù)據(jù)包尺寸越大，時(shí)延越大，5G網(wǎng)絡(luò)性能配置需與業(yè)務(wù)需求匹配。方式二在5G工業(yè)應(yīng)用測(cè)試驗(yàn)證系統(tǒng)進(jìn)行測(cè)試驗(yàn)證，該系統(tǒng)由5G工業(yè)應(yīng)用基礎(chǔ)系統(tǒng)和仿真系統(tǒng)組成，包含典型工業(yè)應(yīng)用設(shè)備構(gòu)成的加工組裝生產(chǎn)線，采用5G通信技術(shù)實(shí)現(xiàn)關(guān)鍵設(shè)備互聯(lián)，并在PLC控制設(shè)備上開展應(yīng)用測(cè)試，支持智能運(yùn)維、實(shí)時(shí)控制、車間物流等典型5G工業(yè)應(yīng)用場(chǎng)景，從系統(tǒng)層面評(píng)估工業(yè)5G網(wǎng)絡(luò)對(duì)工業(yè)應(yīng)用需求的滿足程度，測(cè)試結(jié)果表明5G網(wǎng)絡(luò)可滿足系統(tǒng)生產(chǎn)要求。方式三采用5G工業(yè)應(yīng)用模擬器進(jìn)行測(cè)試，可采用數(shù)據(jù)、業(yè)務(wù)、場(chǎng)景模擬技術(shù)對(duì)現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備進(jìn)行仿真驗(yàn)證，并可在工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)按照業(yè)務(wù)需求進(jìn)行配置后再測(cè)試，支持多業(yè)務(wù)多設(shè)備仿真，解決現(xiàn)場(chǎng)無法獲取測(cè)試數(shù)據(jù)的問題，從工業(yè)應(yīng)用角度反映現(xiàn)場(chǎng)的網(wǎng)絡(luò)性能，測(cè)試結(jié)果同樣表明數(shù)據(jù)包尺寸越大，時(shí)延越大，5G網(wǎng)絡(luò)性能配置需與業(yè)務(wù)需求匹配。

  五、總結(jié)

  2025年，5G在工業(yè)領(lǐng)域的應(yīng)用已取得顯著進(jìn)展，但仍面臨諸多挑戰(zhàn)。5G與工業(yè)需求匹配存在差距，網(wǎng)絡(luò)融合困難，專網(wǎng)建設(shè)和開通流程復(fù)雜，智能工廠建設(shè)中各角色職責(zé)不清晰，ICT和OT領(lǐng)域技術(shù)差異大，產(chǎn)業(yè)生態(tài)尚不完善。5G工業(yè)應(yīng)用過程包括應(yīng)用場(chǎng)景設(shè)計(jì)、實(shí)施、集成驗(yàn)收等階段，目前缺乏統(tǒng)一的驗(yàn)收和測(cè)試方法。5G工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用質(zhì)量測(cè)試涵蓋性能、功能、穩(wěn)定性等方面，測(cè)試原則和方法需綜合考慮現(xiàn)場(chǎng)環(huán)境和業(yè)務(wù)需求。5G工業(yè)應(yīng)用關(guān)鍵指標(biāo)測(cè)試驗(yàn)證表明，5G網(wǎng)絡(luò)性能配置需與業(yè)務(wù)需求匹配，以實(shí)現(xiàn)降本增效的目標(biāo)。面向未來，5G與工業(yè)的融合需提高認(rèn)識(shí)、持續(xù)推進(jìn)攻關(guān)，加強(qiáng)測(cè)試驗(yàn)證與標(biāo)準(zhǔn)協(xié)同，形成可復(fù)制可推廣的行業(yè)解決方案，不斷完善測(cè)試驗(yàn)證、提升實(shí)時(shí)分析等核心能力，推動(dòng)5G應(yīng)用在工業(yè)領(lǐng)域的規(guī)?；渴?。

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