吕 文

四川省工业和信息化研究院

5G是支撑社会经济数字化、网络化、智能化转型的关键新型基础设施，为数字经济发展提供了重要支撑。5G发展是未来技术发展的基础，是未来技术变革的主导，也是未来经济发展、创造就业的动力所在[1]。发达国家纷纷将发展5G列为国家战略，我国也已将5G作为推动内需市场转型升级和驱动经济高质量发展的重要抓手。

1.1 5G技术的特征

5G是多种新型无线接入技术在不断的演进集成后形成的通信解决方案的总称，其标准制定、技术特性和应用空间均在不断发生重大变革。一是5G实现超高速率、超低时延、超大连接。5G的峰值速率达10～20 Gbit/s，是4G的10倍以上；
5G可实现低至1 ms的无线传输时延，只有4G的1/5 ；
海量物联网通信（massive machine type communication，mMTC）需要网络能够支持大量终端同时接入，1 km2的面积最多可支持100万个连接[2]，是4G的50倍。二是5G时代应用更丰富，前景更广阔，将出现大量网联终端、新应用、新业态，应用场景也将由4G时代的消费互联网拓展到产业互联网。三是5G标准实现了全球统一，有利于统一全球技术创新方向，对形成全球产业链合力具有重大意义，而且5G技术标准是一个演进过程，随着标准版本的递增，功能将不断提升[3]。近期5G技术从3个方面强调对远程控制、多机器人协作、沉浸式虚拟现实（virtual reality，VR）等场景的支持：大流量（1 Gbit/s或更高）叠加低时延；
同一业务由多种不同类型、不同优先级的数据流量进行传输；
不同业务流需要时间同步，实现最好的业务体验[4]。

1.2 5G技术的应用

5G正成为赋能千行百业的重要新基建。5G的显著特性使之具备了成为新型网络基础设施的技术基础，与传统基础设施深度融合，同时加速与大数据、云计算、人工智能等新一代信息和通信技术（information and communications technology，ICT）相结合，带动车联网、智能家居、医疗健康等垂直行业蓬勃发展。例如，2021年我国“5G +工业互联网”在建项目超过2000个，已经在采矿、港口、钢铁、电力、 石油化工等重点行业领域深度应用[5]。以增强型移动宽带（enhanced mobile broadband，eMBB）、低时延高可靠通信（ultra reliable low latency communication，uRLLC）及海量物联网通信（massive machine type communication，mMTC）等技术特性满足未来移动互联网和物联网的多样化应用需求将给整个社会带来更大范围、更深层次的影响，从消费到生产，从平台到生态，全面推动数字经济发展迈上新台阶，整个社会将会步入一个更加智能的万物互联新时代。

2.1 需求分析

5G凭借其高速率、低延时、大连接等特点，与人工智能、大数据、云计算、工业互联网等技术不断融合叠加，正加速推动烟草工业企业和商业企业的数字化、网络化、智能化转型。目前，烟草工业企业主要围绕自动化、网络化和智能化实施数字化转型，具体需求表现在以下环节。制丝车间：需要通过5G融入具备实时状态监控、远程启停、工单下发能力，实现全流程自动化生产；
需要通过5G融入机器视觉替代现有的人工复核，复核烟叶等级、年份等信息，提高生产效率，减轻一线工作压力。卷包车间：卷包车间加工原料、设备较多，需要通过5G融入实现外挂终端获取数据解析及回传，实现自动化；
通过5G融入运用机器视觉+机械臂替代现有人工操作，提高产品质检合格率及工作效率。滤棒成型车间：需要通过5G融入实现开松、成型、装盘、发射滤棒全流程自动化；
生产区域周边需要布设气体、噪声等监测设备，厂区周边需要布设安全监控设备或自动巡检机器人，通过5G融入实现快速部署、及时响应，满足随接随用的高期望。物流仓储车间：需要融入5G技术，运用无人搬运车（automated guided vehicle，AGV）、堆垛机/立式仓库、有轨制导车（rail guided vehicle，RGV）等自动化设备实现车间货物的自动流转；
物流环节现有的AGV小车均使用Wi-Fi进行通信，存在Wi-Fi信号切换时小车异常停车的风险隐患，需要升级为5G物流小车，规避生产安全风险，提高生产产能。园区物流：园区物流采用立式仓库，需要融入5G技术，通过仓库管理系统（WMS）和制造执行系统（MES）相互打通，实现部分自动化；
需要通过5G的融入，结合5G高精度定位技术，多手段管理物流物资，增加园区物流柔性，提高AGV/RGV、立体库的运转效率，整体提升园区物流效能。

2.2 总体架构

针对烟草工业企业的需求，可推进5G技术在现场作业、检验检测、智慧物流、智慧仓储、智慧园区等领域的应用，运用5G专网切片技术（网络切片是5G按需配置网络的一种实现[6]），打造面向5G融合应用、行业网提质升级、内外网安全隔离、网络加密传输等方面的数字化转型综合解决方案，制定“1+N”的整体网络及应用规划，即1张5G工业网络、N个应用方案。充分运用5G通信、人工智能、大数据、边缘计算等新一代信息技术和预期感知与通信的融合、算力与移动网的融合、数字孪生网络[7]的虚实融合等技术从数字化、网络化和智能化3个方面推进烟草工业企业信息化转型。一是数字化。通过企业移动边缘计算（mobile edge computing，MEC）+工业互联网平台建设，实现数据的全面深度感知、数据共享和算力升级需求，打通企业各系统间的数据壁垒。二是网络化。通过构建5G专网，提高网络稳定性，提升产线扩容需求，降低现有设备维护难度，为现有生产线提供底层网络化保障。三是智能化。通过5G专网+设备/环境数据采集+机器视觉+增强现实（augmented reality，AR）运维等创新应用建设，实现烟草工业企业在制丝、卷包、滤棒、物流等全流程场景的智能化建设需求，优化管理、运营、决策流程，加速企业生产应用智能化。

3.1 建设5G专网

5G与生产要素全连接是实现智能化工厂的关键，随着烟草工业企业数据中台的建设，对数据采集、设备控制的要求将越来越高。通过5G专网实现对厂区内外5G全覆盖，解决网间切换问题，提升网络的稳定性。基于固定频段专网专用，5G网络可满足公网与专网并行，实现相互隔离，可排除外部干扰并提供千亿级别的海量连接，灵活满足厂区设备远期扩容规划及海量并发访问，提升扩容性。通过5G+MEC，实现本地业务处理，满足数据不出场、超低时延等需求，全面整合公司客户、个人客户业务，确保生产数据安全可控。

3.2 5G +场景应用

通过对工厂的5G+AGV、机器视觉检测、智能巡检机器人等数字化改造，结合5G +数字化管理平台，实现卷烟排产、分料、卷胚、检测、配送、仓储等环节信息联动和智能化管理。在生产过程中，生成任务精准下发至工位看板，并能动态调整，生产物料自动发放，物料包由5G+AGV在上班前自动发放至各个工位，工人可以通过一键呼叫进行自动补料，实现分料、卷制、检测、人员等数据匹配和集成，实时展示车间和每个工人的任务进度、产品缺陷、计件等信息，生产相关数据和仓储数据自动整理并生成管理报表。

3.2.1 制丝车间

通过5G专网+环境数据采集+虫情智能监测+AR辅助运维等应用，优化制丝生产流程，实现设备及环境数据可视化，丰富质检手段，解决生产过程中环境监测不全、人员巡检难度大、人工追溯成本高等问题。环境数据采集：通过运用5G +工业网关+环境采集设备，满足制丝车间对于海量环境数据采集、传输、存储、处理的需求，对车间内环境数据（如制丝温湿等）进行采集和可视化管理。虫情智能监控：利用5G+人工智能（artificial intelligence，AI）视觉识别技术，将视频监控终端与系统对接，实现车间内烟叶虫情智能化监控、传送带智能化质检等需求。AR辅助运维：利用5G+AR，可实现8 K VR直播信号传输，达到AR低时延要求，而且还可以给人的感官带来直观的刺激与认知[8]，为各场景提供多种AR应用，解决巡检、运维等工作成本高、效率低的问题。

3.2.2 卷包车间

通过5G专网+设备数据采集+辅料/外包装质检+AR辅助运维等应用，可有效提升卷烟厂卷包车间智能化。设备数据采集：通过5G+工业网关+数据采集设备，弥补现有网络通信的不足，满足卷包车间内海量离散加工设备数据采集、传输、存储、处理的需求，实现对卷包车间各种设备及环境数据的采集和可视化管理。辅料/外包装质检：利用5G+AI视觉识别技术将新时代的一些代表技术结合起来，应用人工智能与虚拟现实技术，并以数字图像识别与处理为基础[9]，使视频监控终端与系统对接，实现卷包车间内辅料、卷包小包、条包外包装智能化质检需求。AR辅助运维：利用5G+AR，达到AR低时延要求。丰富卷包车间内离散的设备检修手段，解决巡检、运维等工作成本高、效率低的问题。

3.2.3 滤棒成型车间

通过5G专网+设备数据采集+环境数据采集+烟嘴质量检测等应用，提高设备运行状态集中化管理能力、生产环境监控能力，减少误检和漏检的情况。设备数据采集：通过5G +工业网关+数据采集设备，实现对滤棒成型车间的开松机、成型机、装盘机等各种设备数据的采集和可视化管理。环境数据采集：通过5G +工业网关+环境采集设备，满足滤棒车间对于海量环境数据，如PM2.5、扬尘等信息的采集、传输、存储和处理，对车间内环境数据进行采集和可视化管理。烟嘴质量检测：利用5G+AI视觉识别技术，实现机器视觉终端与系统对接，将高清图像实时回传至质检平台，实现卷包车间内烟支过滤嘴的质量智能化质检需求，确保其没有污点和空心的情况。

3.2.4 物流仓储车间

通过5G专网+智能AGV+托盘管理+AI库区盘点等应用，提高AGV并发控制能力，实现库存设备、货物可视化管理。智能AGV：利用5G通信技术，解决热点之间不能无缝切换、时延较大等问题，可以为AGV调度提供平滑切换的可靠网络，助力提升AGV协作水平，提高库存能力和物料流转能力。托盘管理：针对当前以室内定位为主要诉求点的定位技术，往往存在覆盖范围小、部署成本高等缺点[10]，利用5G +高精度定位通信技术，实现托盘的智能管理。AI库区盘点：利用5G+AI视觉识别技术，采用光学自动检测的方式，实现库区空货位盘点、烟箱计数、品规识别、盘点差错处理等需求。

3.3 5G +智慧营销

5G技术还可以广泛应用在烟草工业企业的营销场景中，发布5G行业消息。借助5G技术发布的5G行业消息遵循GSMA RCS UP 2.4标准，通过移动5G网络，可在不下载应用程序、不通过社交软件的情况下，推送包含图片、音视频、位置、数据应用等内容的消息。企业可根据客户的手机号，主动触达客户端。个人客户可在短信窗口进行搜索，并直接进入企业聊天机器人（chatbot） 获取所需服务。通过5G发布行业消息，将实现3个方面的突破。一是确保安全可靠。采用安全传输层协议（transport layer security，TLS）等加密技术，保障信息安全。二是实现内容丰富多样。可通过个性化配置，以卡片形式推送多媒体消息，一次最多12张卡片，最大20 M，高容量信息一次直达，实现精准引流。三是促成智能交互。结合AI、智能语音、位置服务等技术，服务端自定义关键词的触发逻辑，实现会话式智能互动。

5G专网解决了传统工业车间布线烦琐、改造困难等问题，实现生产车间无线化、灵活化，可节约大量硬件投入。通过5G技术在烟草行业的应用，使生产和管理智能化，全面提升企业在物料转运、质检、巡检、盘点等方面的效率，产品质量精准可控，企业生产数据安全可靠，实现生产流程与管理流程的数字化、网络化、智能化转型，从而降低企业生产成本，显著提升经济效益，打造生产示范新标杆，有效实现传统制造业向5G智能制造转型。

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