5G技術作為新一代信息技術的核心，正在與工業製造深度融合，推動著工業領域的數位化轉型。2025年，5G在工業領域的應用已進入規模化推廣的關鍵時期，國內外紛紛出台政策支持5G技術在工業中的應用落地。目前，5G技術在工業自動化產線控制、設備協同作業、遠程控制等多個應用場景中已取得顯著進展，但仍面臨網絡質量確定性、可用性等關鍵指標需進一步提升的挑戰。本文通過對5G工業應用融合分析、應用過程、現場應用質量測試方法及關鍵指標測試驗證的研究，探討了5G在工業領域的應用現狀與挑戰，並提出了相應的測試方法與解決方案。
《2025-2030年全球及中國5G行業市場現狀調研及發展前景分析報告》5G工業應用已覆蓋工業研發設計、生產運行、生產監測、倉儲物流、運營管理等關鍵環節，並在採礦、電力、鋼鐵等重點行業深度應用。然而，5G與工業領域的深度融合仍面臨諸多挑戰。首先，5G與工業需求匹配存在差距，工業控制對通信的確定性、實時性、可靠性要求高，5G雖通過切片、關鍵數據QoS保障等方案提升網絡確定性和實時性，但仍存在時延高、抖動大等問題，無法完全滿足部分工業核心應用需求。其次，5G與工業網絡融合困難，既要承載管理辦公、經營等信息業務，又要滿足生產管理、數據採集及控制、現場控制類等生產業務要求，同時需滿足數據安全不出廠等要求，在數據優先等級劃分、可靠性保障、覆蓋範圍優化、抗電磁干擾等方面面臨技術挑戰。此外，5G專網建設和開通採用全新流程，不便於根據工廠需求配置修改，對工廠基礎設施建設提出新要求，且5G產品管理和維護涉及多個獨立管理域，要求運維人員掌握專業維護知識。在智能工廠建設或升級改造過程中，5G應用涉及多個角色，各角色職責尚不清晰，需要進一步明確。ICT和OT領域技術差異大，需要考慮深度融合與雙向適配。最後，5G產業生態尚不完善，缺乏規模化應用，終端產品不足，易用性與成本問題待解決，需融入行業信息化、智能化服務，形成行業解決方案。
5G行業應用分析提到5G在工業領域的集成應用是一個系統工程，可分為應用場景設計、應用場景實施、應用集成驗收等階段。應用場景設計階段需針對5G工業場景業務需求，分析採用5G網絡的應用場景及生產要求，梳理5G網絡覆蓋位置及運行環境要求，形成5G工業應用業務需求，並依據業務需求映射為對5G網絡的要求，作為網絡設計和建設的輸入。在項目建設過程中，部分工程師直接將有線連接方式的工程參數應用於工業5G網絡，未進行業務匹配，導致網絡不能滿足業務性能要求，因此需工業集成商、5G網絡運營商等各方協同參與場景設計和需求提取，根據工業5G網絡能力給出業務配置調整建議。不同行業用戶的應用場景與業務需求差異大，應用場景建設實施要求包括業務質量保障、業務隔離、超低時延需求、數據不出場等，5G專網一般分為虛擬專網、混合專網、本地獨立專網，智能工廠目前階段一般採用混合專網。5G網絡建好後，工業場景下缺乏統一的驗收和測試方法，網絡運營商和工業用戶(集成商)的測試側重點不同，出現問題後責任不明確。
5G工業應用質量現場測試主要面向5G工業應用場景進行性能、功能和穩定性等方面的測試，涵蓋5G工業終端、5G工業網絡和整體工業應用系統。目前5G工業應用質量指標可分為5G工業應用業務需求指標、5G工業應用網絡性能指標、5G無線參數指標。測試原則包括：現場測試應在試生產環境下採用接近實際生產運行的方式進行，記錄干擾因素;同類型被測對象宜採用抽樣方式測試，綜合考慮數量、距離、位置等因素;當現場測試環境不能滿足需求時，可採用模擬方式支撐測試。測試方法為：針對每項測試指標，分析網絡拓撲結構和通信關係，確定被測對象，研究對應的測試方法，當現場終端等設備不能滿足測試條件時，可採用模擬業務方式測試，或構建測試環境，搭建綜合測試床進行仿真驗證與結果分析，形成測試案例集及標準測試方案，測試過程中的故障、異常可作為5G工業應用故障定位技術評估的樣本。結合現場環境並從業務需求角度梳理形成時延、可用性、可靠性三個方面的標準進行工業現場5G工業應用綜合評價，關鍵測試指標包括：時延測試，即具有通信關係的終端設備從一端網絡層/應用層到另一端網絡層/應用層所需的通信時間，可分為網絡層時延和應用層時延;可用性測試，即工業蜂窩網絡正常運行狀態下，接入工業蜂窩網絡的蜂窩終端設備的故障恢復時間，通過設備故障重啟恢復後能否順利連接蜂窩網絡來反映網絡是否可用;穩定性測試，即採用接近實際生產運行的方式，按照最大生產連續運行時間或至少連續運行36小時，通過設備、系統或SCADA等記錄報警狀態信息。
(一)5G工業專網測試環境
在5G工業應用聯合創新實驗室建有商用5G專網，基站版本為R15，整體網絡採用混合專網，無線側提供專享基站，核心網採用UPF下沉+MEC方案，滿足時延要求，保證數據不出園區，實現安全性和封閉性。針對不同優先級業務，採用5QI方式進行切片區分，實現資源優先調度，工業專網架構包括無線側專享基站、核心網UPF下沉+MEC方案、5QI切片區分等關鍵組成部分。
(二)5G工業應用測試
為綜合驗證5G工業現場應用質量，採用三種方式進行對比測試驗證。方式一採用運營商常用的測試方式，主要採用Ping方式查驗網絡狀態，單向時延測試採用往返時延的一半作為測試數據，測試結果顯示單業務場景的網絡性能優於多業務並發場景，數據包尺寸越大，時延越大，5G網絡性能配置需與業務需求匹配。方式二在5G工業應用測試驗證系統進行測試驗證，該系統由5G工業應用基礎系統和仿真系統組成，包含典型工業應用設備構成的加工組裝生產線，採用5G通信技術實現關鍵設備互聯，並在PLC控制設備上開展應用測試，支持智能運維、實時控制、車間物流等典型5G工業應用場景，從系統層面評估工業5G網絡對工業應用需求的滿足程度，測試結果表明5G網絡可滿足系統生產要求。方式三採用5G工業應用模擬器進行測試，可採用數據、業務、場景模擬技術對現場設備進行仿真驗證，並可在工業現場按照業務需求進行配置後再測試，支持多業務多設備仿真，解決現場無法獲取測試數據的問題，從工業應用角度反映現場的網絡性能，測試結果同樣表明數據包尺寸越大，時延越大，5G網絡性能配置需與業務需求匹配。
五、總結
2025年，5G在工業領域的應用已取得顯著進展，但仍面臨諸多挑戰。5G與工業需求匹配存在差距，網絡融合困難，專網建設和開通流程複雜，智能工廠建設中各角色職責不清晰，ICT和OT領域技術差異大，產業生態尚不完善。5G工業應用過程包括應用場景設計、實施、集成驗收等階段，目前缺乏統一的驗收和測試方法。5G工業現場應用質量測試涵蓋性能、功能、穩定性等方面，測試原則和方法需綜合考慮現場環境和業務需求。5G工業應用關鍵指標測試驗證表明，5G網絡性能配置需與業務需求匹配，以實現降本增效的目標。面向未來，5G與工業的融合需提高認識、持續推進攻關，加強測試驗證與標準協同，形成可複製可推廣的行業解決方案，不斷完善測試驗證、提升實時分析等核心能力，推動5G應用在工業領域的規模化部署。
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