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5G赋能工业互联网，全球市场空间巨大

2020/3/10 22:57:31 人评论次浏览来源：工业互联说分类：新闻

工业互联网智能工厂作为5G技术的重要应用场景之一，利用5G网络将生产设备无缝连接，打通设计、采购、仓储、物流、生产、质检等多个环节，使生产更加扁平化、定制化、智能化，从而构造一个面向未来的智能制造网络。

5G赋能工业互联网，全球市场空间巨大工业互联网1%增值效益，开启万亿市场空间。国务院物联网领导小组长邬贺铨院士曾提出1%的行业增值概念，如果预估早期工业互联网能够给这个行业带来1%的增值的话，对于航天产业就是300亿美元，对于电力行业就是600亿美元，对于铁路就是2700亿美元，对于医疗行业就是6300亿美元。根据国家统计局初步核算，我国2019年工业增加值总量达到31.71万亿元，约占GDP的比重的1/3。按照2019工业增加值5.7%的增速预测，我国2020年工业增加值总量将达到33.52万亿元，1%的改善相当于工业互联网给我国带来3352亿元的工业增值。2019年末，邬贺铨院士演讲称，人工智能将为全球GDP贡献13万亿美元，工业互联网能够为全球经济带来14.2万亿美元的经济增长，再加上5G带来的13万亿美元增长，2030年三者合计的贡献将达到40万亿美元。全球市场空间巨大，国内市场占比两成左右。据工信部统计，中国2010智能制造产值约占全球产值的19%~21%。2018年，中国制造业增加值占全世界的份额达28%以上，是全球工业增长的重要引擎。按照工信部统计，中国拥有全球最“完整的工业体系”——全世界唯一拥有联合国产业分类当中全部工业门类的国家，在世界500多种主要工业产品当中，有220多种工业产品中国的产量占居全球第一。根据GE预测，工业互联网将影响46%（约32.3万亿美元）的全球经济，到2030年，工业互联网将给全球带来15.3万亿美元的GDP增量，至少可给中国带来3万亿美元左右的GDP增量。2019年12月，在5G+工业互联网高峰论坛上，中国信息通信研究院院长刘多指出，预计2019年我国工业互联网产业规模将达8000亿元。政策支持+产业联盟推动5G+工业互联网加速落地目前，全球主流工业大国均已提出自身的智能制造计划，近年均高度关注3GPP组织5G标准化工作。产业政策方面，世界各国都在以制定政策+成立联盟的方式加快推动5G与工业互联网的融合，包括G8工业国在内的主流工业强国都开展了5G+工业互联网应用的初步探索。最典型的为美国和德国。2017年起美国联邦通信委员会（FCC）通过设立5G基金等方式推进5G向精准农业、远程医疗、智能交通等领域渗透。成立了“5G美洲”工业贸易组织，主要由领先的电信服务提供商和制造商组成。欧盟早在2016年就发布了“5G Action Plan”,并在2018年启动了5G规模试验。2018年4月，欧盟成立工业互联与自动化5G联盟（5GACIA），联盟集合了OT龙头企业、ICT龙头企业、学术界等完整的生态系统，共同推进对工业需求的理解并向3GPP标准导入，同时探讨5G用于工业领域所涉及的话题，包括组网架构、运营模式、频谱需求等。我国也高度重视5G与工业互联网的融合发展，通过一系列政策推进5G+工业互联网的应用示范落地：

2017年11月，国务院印发《关于深化“互联网+先进制造业”发展工业互联网的指导意见》，明确将5G列为工业互联网网络基础设施，并开展5G面向工业互联网应用的网络技术试验，协同推进5G在工业企业的应用部署。
2019年1月，工信部发布《工业互联网网络建设及推广指南》，工作目标中指出到2020年，形成相对完善的工业互联网网络顶层设计，初步建成工业互联网基础设施和技术产业体系。
2019年8月，工信部在上海中国商用飞机有限责任公司召开“5G+工业互联网”全国现场工作会议，会议首次提出落实“5G+工业互联网”512工程，加强试点示范、应用普及、培育解决方案供应商，加快“5G+工业互联网”在全国推广普及。

在工信部的指导下，2016年2月1日由工业、信息通信业、互联网等领域百余家单位共同发起成立工业互联网产业联盟，设立了“12+9+X”组织架构，分别从工业互联网顶层设计、技术研发、标准研制、测试床、产业实践、国际合作等务实开展工作。目前已有包括基于5G、工业互联网、物联网、边缘计算、大数据等领先技术的通信设备制造系统、测试床、智能工业平台、管理平台等各类成功案例。2016年来，我国以5G应用产业方阵和工业互联网产业联盟为跨界合作交流平台，以“绽放杯”5G应用征集大赛为抓手推动5G向工业互联网领域渗透，涌现出一大批优秀的5G+工业互联网应用示范企业，如中国上飞、杭汽轮、精功科技、青岛港、南方电网等。5G+工业互联网架构全面升级，产业链机会庞大5G工业互联网产业链内涵丰富，在通信环节产业链参与者包括感知/数据采集（芯片\传感器\RFID等）、数据传输（通信模块\工业级网络设备）、云基础设施（云计算中心\MEC）、工业云平台（PaaS/ ERP/MES/DCS SaaS等）等等。

一、数据收集：MEMS传感器持续升级，市场规模稳增长

工业互联网的感知层包括传感器以及RFID等感知装置。传统的感知装置包括各类传感器、摄像头、RFID等等，发展较成熟。伴随着物联网产业的快速发展，对新型传感器、芯片的需求逐渐增大，因此对其尺寸和功耗提出了更高的要求。高性能、低功耗和高集成度的MCU（Micro Control Unit ，微控制单元）和MEMS（Micro-Electro-Mechanical System，微机电系统）成为感知层发展最重要的两项技术。其中，传感器是数据的检测和收集装置，是智能制造的关键部件。在智能监测中，将有助于工业生产过程工艺的优化，同时可以提高生产线过程检测、实时参数采集、生产设备监控、材料消耗监测的能力和水平。

MCU（微制单元）：物联网时代联网终端数量大幅增加，不同终端对感知芯片的计算、处理和传输能力提出了不同的要求。随着高性能终端需求的不断增加，MCU从原来的8位/16位向32位迈进，但由于成本以及性能需要等问题，8位MCU在物联网众多领域仍应用广泛。
MEMS（微机电系统）：MEMS传感器是一种微型化高集成度的传感器，与传统传感器相比更适应物联网变化多样的应用场景。MEMS传感器利用半导体制造技术和微加工技术将微结构、微传感器、控制处理电路甚至接口、通信和电源等制造在一块或多块芯片上。MEMS是一个独立的智能系统，具有环境感知、数据处理、智能控制与数据通信功能的智能数据终端设备，同时还具备自学习、自诊断和自补偿能力、复合感知能力以及灵活的通信能力。

与传统传感器相比，MEMS具有体积小、集成度高、智能化、低成本、功耗低、可大规模生产等优点，MEMS内部一般在微米甚至纳米级别，使得它可以完成某些传统机械传感器所不能实现的功能。MEMS传感器已成为物联网时代驱动变革最重要的力量之一。目前MEMS传感器已经在军事、消费电子、汽车电子、航空航天、医疗设备等众多行业与领域。传感器是整个工业互联网中需求量最大和最为基础的环节之一，相当于大树的枝叶。在工业互联网领域，MEMS传感器趋向微型化、材料多样化、无源化方向发展。工业互联网的进一步推进，拉动了对基于传感器网络技术的工业过程监测系统解决方案的市场需求，进一步推动预计MEMS传感器的出货量增长，据Marketsand Markets预测，到2022年物联网传感器市场将达384.1亿美元，2016年至2022年之间的复合年增长率为42.08%。在我国工业互联网快速普及的背景下，传感器产业有望取得进一步突破，具备垂直产业链一体化的生产能力的企业以及各类应用行业传感器龙头公司有望脱颖而出。市场格局方面，2017年全球前十名MEMS厂商占有60%以上的市场份额，包括博世、意法半导体、惠普、德州仪器、应美盛、安华高、Qorvo、楼氏电子、佳能和松下。博世因为其在汽车电子和消费电子的双重布局，牢牢占据着第一的位置。中国MEMS产业相对起步较晚，企业规模较国外略逊一筹；此外在MEMS产业链中，国内封装环节发展相对较为成熟，更为核心的芯片设计环节实力相对较弱。目前我国MEMS产业链已经初步形成，但其各环节均由不同的公司完成，具备垂直一体化生产能力的仅有士兰微、苏州固锝等少数企业。近年来，国内厂商正在努力追赶国外企业，利用智能传感器的产业变革契机积极布局MEMS产业链，不断提升设计、制造及封装测试环节的竞争力，在声学等领域已经建立了全球化的竞争力并不断向其他领域进行扩展与延伸，打下良好的基础。

二、数据传输：工业互联网的基石，网络设备和通信模组需求大

通信模组：在工业互联网中具有不可替代的关键地位，国内厂商弯道超车。无线模组是设备接入网络和定位的关键部分，属于物联网中网络层的硬件载体。任何物联网终端要想联网实现数据传输或者定位，就需要嵌入无线模组。因此，不同的接入方式要求使用不同标准的无线通信模组。无线模组是将基带/射频/定位芯片、存储器、功放器、PN型器件及阻容感元器件等材料集成于一块印刷电路板上的功能模块，通过标准化接口向终端设备提供服务。通常情况下，每增加一个物联网连接数，就需要增加1~2个无线通信模块，新兴领域的快速发展推动无线通信模块出货量大幅增加。通信模组是工业互联网最边缘的核心网元，无线模组可分为通信模组和定位模组，分别满足网络通信和定位功能。根据制式划分，又可以分为蜂窝类模组和非蜂窝类模组，同样地，蜂窝模组特指2G~5G窝类模组，而非蜂窝类模组分为局域网模组（WiFi、蓝牙、Zigbee）和LPWAN模组（NB-IoT、eMTC、Lora、Sigfox）。工业互联网海量传感、控制单元的快速发展将直接推动无线通信模块出货量爆发。目前，无线模组出货量最大的是非蜂窝模组，但其可靠性、时延和容量等性能指标均无法满足未来工业互联网的需求。在近期，以4G（LTE-Cat 1和Cat M等）为主的蜂窝模组和以NB-IoT、eMTC为主的LPWAN模组增速将最快，国内年出货量正由千万级提升至亿级。随着运营商2G退网进程开启，现有的2G终端市场将逐步被4G/NB-IoT等替代。GSMA和中国信通院的报告指出2016年中国蜂窝连接数为1亿部，按照工信部要求2020年中国LPWA连接数达到6亿部。未来，随着5G mMTC标准逐步冻结和演化，5G模组将会接棒，满足工业互联网演进需求。智能制造场景多样，定制化程度高，中游模组公司地位不可替代。工业化的无线模组兼具标准化和场景定制化特点，这就决定了上游芯片厂商涉足模组并不不经济，同时下游客户自行研发有难度。首先，无线模组需对多种芯片、器件进行再设计与集成，需考虑多种通信协议/制式、体积、干扰、功耗、特殊工艺等，例如工业级的耐低温/高温、抗震动等要求。另外，客户已不满足于通信模块仅承担联网功能，还需融合感知、前端数据处理能力等复合功能，甚至要集成安卓系统、蜂窝网络、WiFi和蓝牙功能及GNSS于一体，均需要与模组厂商合作完成。从当前市场结构来看，全球无线模组市场整体规模大、产品细分差异化明显，各大厂商市场份额较为平均。在2015年以前全球物联网模组市场呈海外主导、国内追赶的态势。综合ABI和Yole数据，2015年时全球无线模组市场主要被海外企业掌握，按出货量算包括Telit（意大利）、Sierra Wireless（加拿大）、Gemalto（荷兰）、U-Blox（瑞士），四家累计份额超过65%。国内主要无线模组厂商有30余家。国内无线模组厂商除SIMCom和移远通信外，还有杭州古北、广和通、上海庆科、龙尚科技、有方科技、高新兴、中移物联网公司等。随着中国移动互联网下游应用的崛起以及政策支持，近4年来一批专注于垂直应用领域的优质模块厂商脱颖而出，与国外龙头企业形成第一梯队。2015年，海外Telit、SierraWireless、Gemalto按照出货量的市场份额分别为20%、19%、18%，包揽了全球2~4位。但到了2018年，3家公司的市场份额分别下滑至10%、12%、9%，仅仅列全球4、3、5位；本土企业来看芯讯通（日海智能）始终保持全球第一市场份额，移远通信份额快速增长，2017年起跻身前二。

三、通信设备：与5G蜂窝网同厂商

5G工业互联网通信设备同传统蜂窝移动网相比没有变化，依然倾向于采用AAU+CU+DU的全新无线接入网构架。天线和射频单元RRU将合二为一，成为全新的单元AAU（Active Antenna Unit，有源天线单元），AAU除含有RRU射频功能外，还将包含部分物理层的处理功能。AAU将主要部署在室外塔站上，采用光纤直连拉远的形式与DU（Distributed Unit，用以实现基带处理的大部分功能，以及部分L2层功能）连接，多个DU将集中部署于机房内，既可以降低运营成本和维护费用，也可以实现DU间的基带资源共享。CU（Centralized Unit，包括部分L2层和全部L3层协议处理功能）既可以和多个DU分离相连，降低总成本，实现对DU的统一和集中化管理。也可以和DU整合实现协议栈全部功能，用以降低时延，满足特殊场景需求。

四、数据处理：网络切片、边缘计算和云计算升级

目前移动蜂窝网络架构主要面向消费互联网应用，以及部分消费级物联网应用（如共享单车、智能家居等），而未来面向工业互联网网络架构将更加复杂。例如，工业互联网的网络需求综合了5G eMBB/uRLLC/mMTC三大类别需求，需要从架构设计上确保资源、算法的协调/隔离，确保并发场景下的性能保障；又如部分工业应用需要数据在尽可能靠近现场的近端（超低时延、或敏感机密业务数据不进入公网），部分工业应用则更期望集中在云端处理。架构设计需要考虑如何灵活适配这些不同的业务要求。我们认为为了适应智能制造多类场景，工业互联网还需要结合边缘计算、网络切片及云计算等多个关键技术。

五、网络切片：实现资源按需分配、按需隔离，端到端SLA保障

现存4G网络着眼于消费移动终端，无法适用于多样化的、不同需求的业务和设备接入，因此需要网络运营商提供不同功能和QoS的通信连接服务。基于此需求，网络切片技术应运而生。

网络切片是一种按需组网的技术。网络切片基于全新的5G网络架构，采用虚拟化和软件定义网络技术，可以让运营商在一个物理网络上切分出多个虚拟的、专用的、隔离的、按需定制的端到端网络，可满足诸如工业控制、自动驾驶、远程医疗等各类行业业务不同场景的差异化需求。在创建网络切片的过程中，需要调度基础设施中的资源，包括空口接入资源、传输资源和云资源等。而各个基础设施资源也都有各自的管理功能。资源按需分配、按需隔离，端到端SLA保障是5G的网络切片关键特征。

工业互联网下的全球经济增长随着5G的商用，有望带动工业互联网的大规模落地，形成全新的制造业经济发展范式。从短期效益来看，工业互联网极大地降低生产、运营成本，提升公司资本效率。同时工业互联网依托集聚共享的资源平台，打破“信息孤岛”，实现上下游商业伙伴的互联互通。从长期效益来看，工业互联网将构建新的商业模式，按产出付费、按需定产，改变原有与用户的连接方式，创造万物基于平台的市场。最终工业互联网将构建供需自治的经济，产品持续需求感知，设备从端到端的全自动化，实现商品流程中资源利用最优化，污染、排放最小化。END本文整理自安信证券《5G智造系列一：云上互联、别开生面》报告。