美國發(fā)動貿(mào)易戰(zhàn)并針對《中國制造2025》，5G將加速第四次工業(yè)革命并已上升為國家戰(zhàn)略地位，它們之間到底有啥關(guān)系？一篇長文，讀懂背后的原因。

一場由第四次工業(yè)革命引發(fā)的戰(zhàn)爭

人類經(jīng)歷了三次工業(yè)革命，每一次工業(yè)革命都使人類的生產(chǎn)方式發(fā)生了巨大變化，也引發(fā)了不同形態(tài)的戰(zhàn)爭。

第一次工業(yè)革命源起于18世紀(jì)，開創(chuàng)了以蒸汽機動力代替手工勞動的時代，引發(fā)了戰(zhàn)爭從冷兵器時代進(jìn)入熱兵器時代；第二次工業(yè)革命發(fā)生于1870年至1914年間，開創(chuàng)了電力取代蒸汽動力時代，引發(fā)了戰(zhàn)爭進(jìn)入機械化時代；第三次工業(yè)革命始于二戰(zhàn)之后，信息化、數(shù)字化革命使傳統(tǒng)工業(yè)更加機械化、自動化，戰(zhàn)爭則進(jìn)入信息化時代。

第四次工業(yè)革命正在到來，這是一個智能化時代。貿(mào)易戰(zhàn)的背景無外乎是一場智能化時代的戰(zhàn)爭。

自2008年全球金融危機爆發(fā)后，歐美傳統(tǒng)強國經(jīng)濟受到重創(chuàng)，促使他們重新認(rèn)識到制造業(yè)的重要性，紛紛提出“再工業(yè)化”振興計劃，擬通過提升高端制造技術(shù)，對制造鏈進(jìn)行重構(gòu)來帶動經(jīng)濟發(fā)展與就業(yè)。

美國發(fā)動貿(mào)易戰(zhàn)并非一時心血來潮，早在2011年6月奧巴馬政府就啟動了美國先進(jìn)制造計劃（AMP），提出“制造業(yè)回流”，以確保美國先進(jìn)制造領(lǐng)導(dǎo)地位，并設(shè)立國家制造創(chuàng)新網(wǎng)絡(luò)（NNMI），以加速科研成果落地產(chǎn)業(yè)應(yīng)用。

德國在2011年提出了“工業(yè) 4.0”，其核心系統(tǒng)CPS（Cyber-Physical System）向我們描繪一個虛擬數(shù)字世界和物理世界交匯而成的黑客帝國般的場景。

我國于2012年提出的“十二五”規(guī)劃中，將智能制造、新一代移動通信、三網(wǎng)融合、物聯(lián)網(wǎng)、云計算列為戰(zhàn)略性產(chǎn)業(yè)。2015年，我國宣布實施“中國制造2025”，力爭2025年邁向制造強國行業(yè)。

其間，日本也提出了“日本產(chǎn)業(yè)重振計劃”和機器人新戰(zhàn)略，以重振制造業(yè)和應(yīng)對人口老齡化；韓國提出“制造業(yè)創(chuàng)新3.0”，以鼓勵制造業(yè)轉(zhuǎn)型與發(fā)展，促進(jìn)IT產(chǎn)業(yè)、主力產(chǎn)業(yè)、新產(chǎn)業(yè)的融合發(fā)展。

中國的“中國制造2025”、美國的“AMP”、德國的“工業(yè)4.0”都統(tǒng)稱為第四次工業(yè)革命，都旨在利用科技的重大突破促進(jìn)經(jīng)濟產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)發(fā)生重大變化。So，什么是第四次工業(yè)革命？

什么是第四次工業(yè)革命？

以下將第四次工業(yè)革命統(tǒng)稱為工業(yè)4.0，其核心內(nèi)容可簡單總結(jié)為：一化、一網(wǎng)、三集成。

一化：制造業(yè)服務(wù)化

“制造業(yè)服務(wù)化”是未來的趨勢，到2025年，制造商將從服務(wù)中獲得更多的收入，而不只是產(chǎn)品。

所謂制造業(yè)服務(wù)化，指制造商將在物流、產(chǎn)品設(shè)計、車間自動化和客戶關(guān)系管理等整個產(chǎn)品生命周期中發(fā)生根本性的、顛覆性的變革，以實現(xiàn)價值鏈擴展，從單一的銷售產(chǎn)品轉(zhuǎn)向提供產(chǎn)品加服務(wù)。

三集成：橫向集成、縱向集成、端到端集成

橫向集成

所謂橫向集成，指從采購、生產(chǎn)到銷售的全過程中，實現(xiàn)各企業(yè)間的無縫合作或價值鏈橫向集成，以確保整個價值鏈的每一個環(huán)節(jié)能實時掌控，提供實時產(chǎn)品和服務(wù)。

這一過程將對傳統(tǒng)的產(chǎn)品設(shè)計、制造、銷售和維護方式產(chǎn)生巨大的影響，行業(yè)重新洗牌，新玩家出現(xiàn)，傳統(tǒng)玩家消失，也將促使傳統(tǒng)制造商向綜合產(chǎn)品服務(wù)提供商轉(zhuǎn)型。

這種橫向集成也意味著今天的“淘寶模式”終將被淘汰。

縱向集成

一個企業(yè)內(nèi)部通常是多個信息系統(tǒng)間相互如煙囪般垂直并立，縱向集成就是將這些“煙囪”連通，實現(xiàn)企業(yè)內(nèi)部所有環(huán)節(jié)信息無縫連接，以提高生產(chǎn)效率和實現(xiàn)個性化定制生產(chǎn)。

端到端集成

端到端集成指對產(chǎn)品整個生命周期的集成，它通過網(wǎng)絡(luò)與客戶、售出的產(chǎn)品建立長期聯(lián)系，不斷從客戶或產(chǎn)品反饋的數(shù)據(jù)來優(yōu)化或重新設(shè)計產(chǎn)品，實現(xiàn)“以產(chǎn)品為中心”向“以產(chǎn)品服務(wù)為中心”轉(zhuǎn)變。

要實現(xiàn)“三集成”，ICT基礎(chǔ)設(shè)施是基礎(chǔ)，關(guān)鍵需要一個網(wǎng)絡(luò)。

德國提出的工業(yè)4.0的核心系統(tǒng)叫CPS（Cyber-Physical System，信息物理網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)），它定義為一個虛擬數(shù)字世界和物理世界交匯而成的系統(tǒng)，即CPS將ICT和控制技術(shù)集成于傳統(tǒng)產(chǎn)業(yè)之上，利用物聯(lián)網(wǎng)、云計算、大數(shù)據(jù)、人工智能等技術(shù)來實現(xiàn)自動分析、判斷、決策和學(xué)習(xí)成長，以輔助或替代人類決策。

顯然CPS需要加持了大數(shù)據(jù)分析、人工智能、云計算等技術(shù)的5G網(wǎng)絡(luò)。

5G對于工業(yè)4.0意味著什么？

高性能的無線網(wǎng)絡(luò)連接工廠內(nèi)的海量傳感器、機器人和信息系統(tǒng)，連接產(chǎn)生的海量數(shù)據(jù)、優(yōu)質(zhì)數(shù)據(jù)不斷“喂食”人工智能，并將分析、決策反饋至工廠，同時，5G廣覆蓋的物聯(lián)網(wǎng)絡(luò)覆蓋全球，連接廣泛分布或跨區(qū)域的商品、客戶和供應(yīng)商等，保持對整個產(chǎn)品生命周期的全連接，從而實現(xiàn)工廠內(nèi)/外部的縱向、橫向集成和端到端三大集成。

總之，未來的工廠是數(shù)字虛擬和物理現(xiàn)實相融合，ICT技術(shù)與現(xiàn)代制造業(yè)相融合，以提高工業(yè)生產(chǎn)的靈活性、可追溯性、多功能性和生產(chǎn)效率，為制造業(yè)開辟新的商業(yè)模式。工廠內(nèi)部和外部之間的界限也越來越模糊，工廠不再是獨立的封閉實體，而是龐大的價值鏈和生態(tài)系統(tǒng)的一部分，這就是所謂的“虛擬工廠”。

5G如何驅(qū)動工業(yè)4.0

驅(qū)動工業(yè)4.0，主要依靠三大5G關(guān)鍵技術(shù)：新空口（NR）、網(wǎng)絡(luò)切片和邊緣計算。

新空口

這里指的是5G的無線連接能力，眾所周知，5G定義了eMMB、URLLC和mMTC三大場景，eMMB指高速率連接，URLLC指超低時延超可靠連接，mMTC指超大規(guī)模連接，工業(yè)4.0里，這三大場景均將應(yīng)用到。

我們以未來工廠的四大典型連接：移動機器人、工廠自動化、新的人機界面和物流為例，來看一看它們?nèi)绾螌?yīng)5G的三大場景。

移動機器人

移動機器人屬于“柔性工廠”的范疇，所謂柔性工廠，指可以自由的移動機器設(shè)備、自由的重裝生產(chǎn)工具，以保證工廠可以迅速且低成本地在不同種類的產(chǎn)品生產(chǎn)線之間轉(zhuǎn)換生產(chǎn)，快速適應(yīng)改變。

要實現(xiàn)柔性工廠，需用無線連接來替換工廠內(nèi)現(xiàn)有的有線連接，只有擺脫了有線的束縛，才可以自由的設(shè)計、操作和升級互聯(lián)的機器設(shè)備和機器人。

但是，眾所周知，通常無線連接的穩(wěn)定性遜于有線連接，因此，這就需要——超高可靠超低延遲的無線連接，即5G的URLLC場景。

工廠自動化

在自動化工廠內(nèi)部，為了提高生產(chǎn)線的效率，需對各個子部件進(jìn)行實時監(jiān)控，對生產(chǎn)的產(chǎn)品質(zhì)量進(jìn)行實時測量，乃至對生產(chǎn)線進(jìn)行實時優(yōu)化，這就要求具有超低時延超高可靠的無線連接，同時，視覺控制機器人手臂、3D模型傳送、遠(yuǎn)程數(shù)字工廠等應(yīng)用需要高可靠的高帶寬通信，因此，這就需要同時支持mMTC、eMMB和URLLC三大場景。

新的人機界面（HMI）

早期的人機界面是指工業(yè)控制設(shè)備中的一些串口通信，比如變頻器、直流調(diào)速器、溫控儀表、數(shù)采模塊等都可以連接HMI，來實現(xiàn)人機交互功能。

未來的人機界面應(yīng)用將發(fā)生顛覆性的改變，其借助工業(yè)智能與大數(shù)據(jù)的融合，使可穿戴工業(yè)設(shè)備、增強現(xiàn)實（AR）在人機融合中扮演重要角色，比如讓工人們穿上機器人外骨骼裝備，利用“可穿戴工業(yè)設(shè)備+AR技術(shù)”，將信息與真實世界場景融為一體，隨時捕捉信息、接收云端指令和操作協(xié)助等，這需要網(wǎng)絡(luò)支持eMMB和URLLC兩大場景。

物流

在物流方面，從智能倉庫管理到物流配送，均需要廣覆蓋、深覆蓋、低功耗、大連接、低成本的5G物聯(lián)網(wǎng)連接，這對應(yīng)了5G的mMTC場景。

此外，虛擬工廠的端到端整合跨越產(chǎn)品的整個生命周期，要連接分布廣泛的已售出的商品，也需要低功耗、低成本和廣覆蓋的5G物聯(lián)網(wǎng)，這也對應(yīng)了5G的mMTC場景。

企業(yè)內(nèi)部/企業(yè)之間的橫向集成也需要無所不在的、無縫的5G聯(lián)網(wǎng)。“隨時隨地設(shè)計，隨時隨地生產(chǎn)”是智能工廠的雄心壯志，進(jìn)而要求網(wǎng)絡(luò)必須適應(yīng)即時變化的容量和移動性要求，乃至能靈活融合各種不同的無線接入技術(shù)，因此，5G網(wǎng)絡(luò)的包容性和支持業(yè)務(wù)的多樣性不可或缺。

綜上，未來工廠離不開5G的連接能力，但5G網(wǎng)絡(luò)要一張網(wǎng)絡(luò)支持eMMB、URLLC和mMTC三大場景，離不開另一大關(guān)鍵技術(shù)——網(wǎng)絡(luò)切片。

網(wǎng)絡(luò)切片

我們應(yīng)該不止一次解釋過網(wǎng)絡(luò)切片。所謂網(wǎng)絡(luò)切片，就是將一張物理網(wǎng)絡(luò)切成多張相互獨立的、邏輯的切片子網(wǎng)絡(luò)，這些“切片網(wǎng)絡(luò)”共享物理基礎(chǔ)設(shè)施，分別提供不同的服務(wù)類型，應(yīng)對不同的場景。

我們經(jīng)常把4G網(wǎng)絡(luò)比喻為高速交通系統(tǒng)，你可以把5G網(wǎng)絡(luò)切片比喻為一個城市綜合交通系統(tǒng)，有公路、地鐵、輕軌、BRT，還有人行道、自行車道等等，不同的交通系統(tǒng)應(yīng)對人們不同的需求。

要創(chuàng)建和管理網(wǎng)絡(luò)切片，需要NFV和SDN兩大技術(shù)。

NFV，即網(wǎng)絡(luò)功能虛擬化，其構(gòu)架在橫向分為三層：物理資源層、虛擬化層和服務(wù)層，縱向是NFV管理編排（MANO）層。

▲NFV構(gòu)架

?物理資源層指底層的計算、存儲、網(wǎng)絡(luò)等物理資源。

?虛擬化層是指用于部署和執(zhí)行網(wǎng)絡(luò)功能的一組虛擬資源，它通過對底層物理資源虛擬化，以虛擬機（VM）的形式共享底層物理資源，一個虛擬機可包含一定數(shù)量的計算和存儲資源。

?服務(wù)層由一系列由虛擬資源構(gòu)建的VNF（虛擬網(wǎng)絡(luò)功能單元）組成，VNF可以理解為是對應(yīng)網(wǎng)絡(luò)中現(xiàn)有物理網(wǎng)元的模塊化的軟件功能實體。

?以上三層由MANO負(fù)責(zé)編排管理，MANO根據(jù)需求分配資源，為NF（網(wǎng)絡(luò)功能）配置物理和虛擬資源。

NFV負(fù)責(zé)各種網(wǎng)元的虛擬化，它將傳統(tǒng)電信設(shè)備軟硬件解耦，而SDN主要負(fù)責(zé)將每一個網(wǎng)絡(luò)節(jié)點的控制面和數(shù)據(jù)面分離，并將控制面抽取出來組成一個獨立的、集中的控制器（SDN Controller），這個控制器相當(dāng)于網(wǎng)絡(luò)的中樞大腦，它從更高的層次俯視整個網(wǎng)絡(luò)，并下發(fā)指令統(tǒng)一管理網(wǎng)絡(luò)中的多層轉(zhuǎn)發(fā)，控制信令不再是口口相傳，而是集中智能管理。打個比方，如果把網(wǎng)絡(luò)比喻為人體，人身上的眼、耳、鼻、手、足等這些人體器官對應(yīng)不同的NF（網(wǎng)絡(luò)功能），那么，SDN就相當(dāng)于大腦，控制各個器官協(xié)調(diào)工作。

▲網(wǎng)絡(luò)切片原理

基于NFV/SDN技術(shù)，一張5G物理網(wǎng)絡(luò)“切”成多個邏輯網(wǎng)絡(luò)，服務(wù)于工業(yè)4.0的不同場景。

網(wǎng)絡(luò)切片還有一個關(guān)鍵特征——端到端的QoS保障。傳統(tǒng)的無線服務(wù)主要以“盡力而為”的方式提供，每個人共享網(wǎng)絡(luò)和無線資源，但工業(yè)應(yīng)用要求更嚴(yán)苛的QoS（網(wǎng)絡(luò)服務(wù)質(zhì)量），網(wǎng)絡(luò)切片不但能提供端到端的QoS保障，還能隔離不同服務(wù)，滿足未來工廠不同的服務(wù)需求。

當(dāng)運營商為工業(yè)4.0創(chuàng)建了個性化的網(wǎng)絡(luò)切片之后，每個網(wǎng)絡(luò)切片滿足不同的用例和行業(yè)特定需求，這就打開了全新的、定制化的網(wǎng)絡(luò)切片即服務(wù)（NSaaS）的服務(wù)模式，也未來傳統(tǒng)制造商向綜合產(chǎn)品服務(wù)提供商轉(zhuǎn)型，引入新的商業(yè)模式和商業(yè)生態(tài)奠定了基礎(chǔ)。我們將看到未來更多的網(wǎng)絡(luò)切片、網(wǎng)絡(luò)子切片應(yīng)用于工業(yè)4.0。

以上關(guān)于網(wǎng)絡(luò)切片的介紹有點抽象，我們來舉一個應(yīng)用案例。

以定制化制藥為例。假設(shè)某家制藥廠在全球分布有10家分廠，每一家分廠內(nèi)的制藥流程都是一樣的，即通過控制安裝在機器手臂上移液器來分配藥品的藥物成分。與以往制藥過程不同，現(xiàn)在叫“定制化制藥”，即根據(jù)不同類型的患者來分配藥物成分的類型和數(shù)量，為此，這10家分廠均要通過5G網(wǎng)絡(luò)連接到云端，云端存儲海量的患者信息數(shù)據(jù)，并通過大數(shù)據(jù)分析和人工智能確定針對不同類型患者的藥物成分，在生產(chǎn)過程中機器手臂需實時通過5G網(wǎng)絡(luò)連接到云端，并根據(jù)云端的指令實時的進(jìn)行配藥。

這一案例對應(yīng)了5G URLLC場景，需依靠具備端到端QoS保障的5G網(wǎng)絡(luò)切片才能實現(xiàn)。同時，在生產(chǎn)過程中工人們利用可穿戴設(shè)備、AR技術(shù)等新的人機界面（HMI）來監(jiān)視生產(chǎn)過程，并實時增強顯示來自云端的視頻，以及生產(chǎn)線上安裝無數(shù)傳感器來實現(xiàn)自動化流程等，這些場景還需要其他的5G網(wǎng)絡(luò)切片來實現(xiàn)。

為了保障端到端的QoS，在應(yīng)對工業(yè)4.0中的超低時延超高可靠場景時，另一大關(guān)鍵技術(shù)非常重要——邊緣計算。

邊緣計算

邊緣計算指將云端的計算和存儲能力下沉到網(wǎng)絡(luò)邊緣，使之更接近用戶端，不僅可降低網(wǎng)絡(luò)時延和負(fù)荷，還能基于本地部署新的應(yīng)用。

邊緣計算是工業(yè)4.0的基石，也是催化劑，主要表現(xiàn)在以下幾個方面：

?低時延

邊緣計算部署在本地，意味著可提供超低時延，非常適合于工廠自動化環(huán)境，這不必多言。低時延的另一大好處是可以激發(fā)出創(chuàng)新應(yīng)用，比如我們前面講的利用新的人機界面引入異地協(xié)同增強現(xiàn)實等。

?安全性

工業(yè)4.0通過網(wǎng)絡(luò)將工廠內(nèi)的機器、資產(chǎn)等連接，并通過網(wǎng)絡(luò)連接到外部云端，這提高了工廠靈活性和自動化水平，但這也意味著受到網(wǎng)絡(luò)攻擊的可能性更大，而邊緣計算將盡可能多的數(shù)據(jù)存儲和處理于邊緣，不必發(fā)送到云端，可降低安全風(fēng)險。

?集成性

邊緣計算不僅無需將所有數(shù)據(jù)發(fā)送到遠(yuǎn)端云，它還能在本地與工廠車間的數(shù)據(jù)、ERP系統(tǒng)等無云集成，從而實現(xiàn)工廠縱向集成。

?低成本

智能制造從聯(lián)網(wǎng)的傳感器中收集、分析數(shù)據(jù)，并作出實時決策和預(yù)測性維護，這些數(shù)據(jù)量越來越大，給數(shù)據(jù)傳輸、計算、存儲都帶來了巨大的成本壓力，邊緣計算可智能收集數(shù)據(jù)，過濾無用數(shù)據(jù)，從而降低成本。

此外，未來工廠的一些設(shè)備功能可以通過虛擬實體的方式部署于邊緣計算，進(jìn)一步提升工廠靈活性和可擴展性。