5G技術(shù)與智慧物流供應(yīng)鏈的互動式演進(jìn)
文/劉大成清華大學(xué)互聯(lián)網(wǎng)產(chǎn)業(yè)研究院副院長兼物流產(chǎn)業(yè)研究中心主任、博士生導(dǎo)師
01
5G技術(shù)及其應(yīng)用的到來
2019 年 6 月 6 日，工信部向中國電信、中國移動、中國聯(lián)通和中廣電正式發(fā)放了 5G 商用牌照，標(biāo)志著中國在 2019 年進(jìn)入了“5G商用元年”；隨后 5G 手機(jī)陸續(xù)推出上市，2020 年“新基建”又把 5G 基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)放在首要位置，同時三大運(yùn)營商允諾 2020 年將完成 55 萬個 5G 基站建設(shè)，并預(yù)計 2025 年 5G 基站將達(dá)到 550 萬個……5G 時代似乎真的到來了。
5G 技術(shù)是基于 3G/4G 技術(shù)的升級版。2015 年 9 月在美國鳳凰城舉行的全球標(biāo)準(zhǔn)化組織——第三代合作伙伴計劃（3GPP）的工作會議中，正式提出下一代無線電技術(shù)將向增強(qiáng)型寬帶（eMBB）、大規(guī)模機(jī)器通信（mMTC）和高可靠性超低時延通信（URLLC）三大方向發(fā)展。
2018 年 6 月，5G 的 NR 獨(dú)立組網(wǎng) SA 標(biāo)準(zhǔn)正式出臺，將空中接口時延縮短到 1ms、峰值速率達(dá)到 1Gb/s、連續(xù)廣域和高移動性下用戶體驗速率達(dá)到 100Mb/s。
5G 的超級帶寬，即增強(qiáng)通信帶寬場景（eMBB），是指其 G 比特級接入速率已經(jīng)超越了互聯(lián)網(wǎng)接入、視頻通信應(yīng)用流量的基本速率，其擁塞和延時也趨于零，終端用戶可以感受到具有無限流量的網(wǎng)絡(luò)。
5G 的海量物聯(lián)（mMTC），是指采取網(wǎng)絡(luò)自動化技術(shù)并基于服務(wù)架構(gòu)，實現(xiàn)對海量的網(wǎng)聯(lián)設(shè)備的全生命周期的管理與安全性保證。5G 的即時可靠通信（URLLC），保證高可靠性、超低時延通信的能力以實現(xiàn)全球網(wǎng)上遠(yuǎn)距離的真實臨場感。
02
5G高成本催生產(chǎn)業(yè)互聯(lián)網(wǎng)落地實施
《中國5G經(jīng)濟(jì)報告2020》提出，到 2025 年 5G 用戶對 4G 的滲透率將達(dá)到 48%，到 2030 年 5G 直接帶動的總產(chǎn)出將達(dá)到 6.3 萬億元，經(jīng)濟(jì)增加值將達(dá)到 2.9 萬億元，間接帶動的總產(chǎn)出將達(dá)到 10.6 萬億元，經(jīng)濟(jì)增加值將達(dá)到 3.6 萬億元。似乎 5G 帶來的都是遠(yuǎn)超現(xiàn)在的經(jīng)濟(jì)收益和利潤。
然而，由于 4G 提前占用了中低頻段，5G 只能采用更高頻段載波，導(dǎo)致了 5G 傳輸距離更短，使得覆蓋與 4G 同樣目標(biāo)的基站數(shù)量在理論上就要比 4G 多出 3 倍左右。按照 2020 年三大運(yùn)營商建設(shè) 55 萬個基站需安排資金 1803 億元的預(yù)算比例計算，2025 年預(yù)計建設(shè)的 550 萬基站總建設(shè)成本約在 1.8 萬億元左右，而覆蓋目前 4G 范圍的基站建設(shè)總成本則可能高達(dá) 5.4 萬億元。
與此同時，考慮 5G 宏基站租用鐵塔和微基站租用室內(nèi)空間等成本，可能每年需要 1 萬億元左右；而考慮 5G 基站耗能要超過 4G 基站的 3 倍，則年耗電量高達(dá) 2430 億度，使得電費(fèi)年總費(fèi)用達(dá)到 2160 億元左右。
由此估算出，5G 僅基站的年運(yùn)營成本就將達(dá)到 1.2 萬億元。對比 2019 年三大運(yùn)營商在 4G 上的年總收入約 8145 億元，凈利潤只有 1400 億元，清晰地顯示出收益與成本之間巨大的差額，也必然導(dǎo)致三大運(yùn)營商在沒有尋找到新的收入增長點之前是難以支撐大規(guī)模 5G 基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)的。所以，才有三大運(yùn)營商半夜關(guān)閉 5G 基站以降低電費(fèi)成本的情況。如此一來如何解決用戶購買套餐中的優(yōu)惠“閑時流量”成為了行業(yè)評價的新難題。
資本和技術(shù)都需要快速開拓新的消費(fèi)市場的。5G 不僅可以做為黑科技發(fā)展的一個支撐工具，還因為其高帶寬、低時延和廣連接的三大場景和按需組網(wǎng)特性而獨(dú)具科技屬性和商用市場。新的收入增長點不可能再大規(guī)模來自于已邊際遞減的消費(fèi)互聯(lián)網(wǎng)，最可能的增量突破口應(yīng)來自于產(chǎn)業(yè)互聯(lián)網(wǎng)和垂直產(chǎn)業(yè)鏈生態(tài)的崛起及其之上的業(yè)務(wù)應(yīng)用。
03
節(jié)點型物流樞紐強(qiáng)烈需要5G+
隨著物流業(yè)的蓬勃發(fā)展，物流節(jié)點的競爭力越來越依賴于物流節(jié)點與物流網(wǎng)絡(luò)中其他物流節(jié)點的網(wǎng)絡(luò)優(yōu)化與供應(yīng)鏈生態(tài)優(yōu)化，而物流節(jié)點也必然在軟硬件、運(yùn)管維等各方面融入整個大系統(tǒng)中，節(jié)點與節(jié)點的線上優(yōu)化，集點成網(wǎng)的網(wǎng)絡(luò)優(yōu)化都直接決定單個節(jié)點的市場競爭力，物流節(jié)點也必然從單個節(jié)點的監(jiān)控、決策、作業(yè)與業(yè)務(wù)達(dá)成轉(zhuǎn)向物流網(wǎng)絡(luò)全供應(yīng)鏈生態(tài)的優(yōu)化與系統(tǒng)集成，必然隨之對通信的超大帶寬、海量物聯(lián)和超高可靠超低時延有更高標(biāo)準(zhǔn)的要求。
物流樞紐是集中實現(xiàn)貨物集散、存儲、分撥、轉(zhuǎn)運(yùn)等多種功能的物流設(shè)施群和物流活動組織中心，是物流體系的核心基礎(chǔ)設(shè)施，其輻射區(qū)域廣、集聚效應(yīng)強(qiáng)、服務(wù)功能優(yōu)和運(yùn)行效率高。在《關(guān)于做好2019年國家物流樞紐建設(shè)工作的通知》中，共有 23 個涵蓋陸港型、空港型、港口型、生產(chǎn)服務(wù)型、商貿(mào)服務(wù)型、陸上邊境口岸型物流樞紐入選首批國家物流樞紐建設(shè)名單，并相應(yīng)形成物流樞紐型城市。
與此對應(yīng)的是，5G 在物流樞紐節(jié)點中因無需過多基站建設(shè)而形成投資成本小、經(jīng)營風(fēng)險少的最佳應(yīng)用場景。中移動在面向 14 個重點行業(yè)規(guī)劃出 100 個 5G 應(yīng)用場景中，智慧港口、智慧礦山和智慧園區(qū)等都屬于物流節(jié)點范圍；中聯(lián)通在發(fā)布的八大 5G 行業(yè)應(yīng)用場景中，“5G+無人駕駛”、“5G+智慧物流”和“5G+智慧港口”也同樣覆蓋物流節(jié)點的智慧化；中電信展現(xiàn)的“5G+”的十大應(yīng)用場景中，智慧交通和車聯(lián)網(wǎng)與物流節(jié)點具有一定的相關(guān)度。基于 5G 的智慧物流園區(qū)成為投資回報率[敏感詞]的選擇。
在物流園區(qū)的封閉區(qū)域內(nèi)，超高寬帶、海量物聯(lián)與高可靠性、超低延遲都能在場內(nèi)找到應(yīng)用場景，并由于各功能業(yè)務(wù)需求的差異性而提供了網(wǎng)絡(luò)切片功能服務(wù)，在一個節(jié)點內(nèi)集中體現(xiàn)了 5G 商用服務(wù)的價值。
在物流網(wǎng)絡(luò)中，節(jié)點間的運(yùn)輸/轉(zhuǎn)載能力更多受制于裝卸能力及盛裝容積比和載重比，路徑優(yōu)化等傳統(tǒng)優(yōu)化方式提升空間并不大。然而，對物流網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)能力約束最大的在于轉(zhuǎn)載/分撥節(jié)點的效率能力上，因此節(jié)點智慧化極其重要。作為節(jié)點的物流園區(qū)智慧化包括軟硬件及運(yùn)營模式的全面升級。
首先，智慧化的基礎(chǔ)是信息化、網(wǎng)絡(luò)化和數(shù)字化，提供設(shè)備與人的信息互聯(lián)、人與人的網(wǎng)絡(luò)互聯(lián)和設(shè)備與設(shè)備的網(wǎng)絡(luò)互聯(lián)，實現(xiàn)系統(tǒng)內(nèi)全資源的賽博（Cyber）物理系統(tǒng)互聯(lián)，通過數(shù)字化轉(zhuǎn)型形成基于數(shù)字化的自組織、自適應(yīng)與基層作業(yè)的自洽體系，實現(xiàn)供需間的精準(zhǔn)對接與資源配置的全局系統(tǒng)優(yōu)化。
其次，物流園區(qū)的智慧化在于能夠低成本、高效率、超低時延的“結(jié)點成網(wǎng)”與集群協(xié)同配置。身處物流網(wǎng)絡(luò)的一個節(jié)點必須要與其他節(jié)點形成可以協(xié)同組織、協(xié)同配置和協(xié)同決策的系統(tǒng)優(yōu)化體系，以物流網(wǎng)絡(luò)型供應(yīng)鏈和產(chǎn)業(yè)鏈生態(tài)形成對生態(tài)圈外部的競爭優(yōu)勢。
第三，物流園區(qū)智慧化在于節(jié)點內(nèi)部作業(yè)的低成本、高效率和資源的集約化配置，動態(tài)實時篩選高附加值服務(wù)并賦予不同優(yōu)先級。第四，智慧化還體現(xiàn)在節(jié)點內(nèi)垂直產(chǎn)業(yè)鏈的塑造，并依托核心功能構(gòu)建衍生的信息服務(wù)、金融服務(wù)等全產(chǎn)業(yè)鏈增值服務(wù)功能圈，助力園區(qū)價值鏈升級。
04
基于5G技術(shù)的物流節(jié)點智慧化演進(jìn)
物流園區(qū)、物流樞紐等物流網(wǎng)絡(luò)節(jié)點中的核心智慧功能及其業(yè)務(wù)增量主要包括監(jiān)控、決策和作業(yè)執(zhí)行，以實現(xiàn)倉儲、分撥、轉(zhuǎn)載和裝卸等功能以及全供應(yīng)鏈資源配置的優(yōu)化，也包括隨核心業(yè)務(wù)而衍生的信息服務(wù)、金融服務(wù)和平臺服務(wù)。
隨著人工智能與物聯(lián)網(wǎng) IoT 的技術(shù)不斷成熟，軟硬件成本不斷降低，基于智聯(lián)網(wǎng)（AIoT）的需求越來越多。
首先是對物流節(jié)點作業(yè)環(huán)境的監(jiān)控，這里既包括高精度視頻，也包括除視頻之外的各種傳感體系所構(gòu)建的系統(tǒng)邊界，還有嵌入到不同裝置中的各種射頻芯片和非接觸式條碼所反射出來的環(huán)境變化，以及在信息化、網(wǎng)絡(luò)化時代賦予環(huán)境裝備的各種數(shù)據(jù)與參數(shù)信息。
其次是對物流節(jié)點作業(yè)裝備的監(jiān)控，這里包括獨(dú)立裝備如自動化分揀裝備、堆垛機(jī)器人、揀選機(jī)器人和搬運(yùn)機(jī)器人等，也包括車聯(lián)網(wǎng)、無人車、無人叉車、網(wǎng)聯(lián) AGV、網(wǎng)聯(lián)機(jī)器人、無人機(jī)等網(wǎng)聯(lián)裝備，還包括貨物-設(shè)備-人-環(huán)境的網(wǎng)絡(luò)集群協(xié)同作業(yè)系統(tǒng)等，每一種類型裝備的監(jiān)控都有不同特征和業(yè)務(wù)熟悉的有效監(jiān)控方式。
第三是對物流節(jié)點中作業(yè)對象的貨物進(jìn)行監(jiān)控，這里既包括因成本或技術(shù)難以植入的大宗散貨，也包括件雜貨，還包括盛袋裝箱的非標(biāo)貨物、各種標(biāo)準(zhǔn) SKU 盛裝單元的貨物以及標(biāo)準(zhǔn)集裝箱盛裝的各類白貨等，其中的監(jiān)控，有的倚重于高清晰視頻，有的倚重于嵌入式芯片，也有的倚重于特殊的人工智能計算分析方法。
5G 支持的支撐技術(shù)同樣也對物流供應(yīng)鏈的智慧提升至關(guān)重要。
首先是 5G 支持的虛擬現(xiàn)實/增強(qiáng)現(xiàn)實技術(shù)?；?5G 的 VR/AR 可以將物流網(wǎng)絡(luò)中不同物流節(jié)點的不同空間的物理位置打斷并形成邏輯直連，其強(qiáng)遠(yuǎn)程“近在咫尺”的代入感可以形成不同節(jié)點間的協(xié)同作業(yè)，并比以往更易于實現(xiàn)整個物流網(wǎng)絡(luò)的系統(tǒng)資源配置優(yōu)化。
其次是 5G 支持的物流園區(qū)無人化。封閉式的節(jié)點物流園區(qū)和物流樞紐無人化的安全可以保障，在于節(jié)點封閉環(huán)境中的環(huán)境多樣性少，使得機(jī)器學(xué)習(xí)和深度學(xué)習(xí)更容易，車聯(lián)網(wǎng)、車路匹配以及無人化、少人化裝備的實施運(yùn)營安全性更強(qiáng)，運(yùn)行成本更低、運(yùn)行效率更高，使得 5G 支持的無人化港口、無人化園區(qū)都可以低成本高效率實現(xiàn)運(yùn)轉(zhuǎn)。
第三是人工作業(yè)導(dǎo)致了各種人為的響應(yīng)速度不及時，更導(dǎo)致物流信息不匹配問題明顯存在。5G 支持的無人化會將（弱）人工智能的優(yōu)勢發(fā)揮得淋漓盡致，并逐步完全獲得 5G 的超高帶寬、海量物聯(lián)和高可靠性超低延遲以及按需組網(wǎng)的功能支持。
智慧物流供應(yīng)鏈經(jīng)歷了從信息化、網(wǎng)絡(luò)化到數(shù)字化等 3 個階段，也構(gòu)建了一個全系統(tǒng)準(zhǔn)時制的交叉互聯(lián)，保證了每一個運(yùn)行單元形成自恰系統(tǒng)，從而形成新的可自組織的智能，進(jìn)一步需求了超高帶寬、海量物聯(lián)、高可靠性超低時延等 5G 特征，更需要通過網(wǎng)絡(luò)切片實現(xiàn)按需組網(wǎng)。5G 技術(shù)的起步與智慧物流供應(yīng)鏈的演進(jìn)形成天然的市場互補(bǔ)。
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