5G技術(shù)與智慧物流供應(yīng)鏈的互動(dòng)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(zhǎng)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(lái)
2019 年 6 月 6 日，工信部向中國(guó)電信、中國(guó)移動(dòng)、中國(guó)聯(lián)通和中廣電正式發(fā)放了 5G 商用牌照，標(biāo)志著中國(guó)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(shí)三大運(yùn)營(yíng)商允諾 2020 年將完成 55 萬(wàn)個(gè) 5G 基站建設(shè)，并預(yù)計(jì) 2025 年 5G 基站將達(dá)到 550 萬(wàn)個(gè)……5G 時(shí)代似乎真的到來(lái)了。
5G 技術(shù)是基于 3G/4G 技術(shù)的升級(jí)版。2015 年 9 月在美國(guó)鳳凰城舉行的全球標(biāo)準(zhǔn)化組織——第三代合作伙伴計(jì)劃（3GPP）的工作會(huì)議中，正式提出下一代無(wú)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(shí)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(tái)，將空中接口時(shí)延縮短到 1ms、峰值速率達(dá)到 1Gb/s、連續(xù)廣域和高移動(dòng)性下用戶體驗(yàn)速率達(dá)到 100Mb/s。
5G 的超級(jí)帶寬，即增強(qiáng)通信帶寬場(chǎng)景（eMBB），是指其 G 比特級(jí)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(shí)也趨于零，終端用戶可以感受到具有無(wú)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(dòng)化技術(shù)并基于服務(wù)架構(gòu)，實(shí)現(xiàn)對(duì)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(shí)可靠通信（URLLC），保證高可靠性、超低時(shí)延通信的能力以實(shí)現(xiàn)全球網(wǎng)上遠(yuǎn)距離的真實(shí)臨場(chǎng)感。
02
5G高成本催生產(chǎn)業(yè)互聯(lián)網(wǎng)落地實(shí)施
《中國(guó)5G經(jīng)濟(jì)報(bào)告2020》提出，到 2025 年 5G 用戶對(duì) 4G 的滲透率將達(dá)到 48%，到 2030 年 5G 直接帶動(dòng)的總產(chǎn)出將達(dá)到 6.3 萬(wàn)億元，經(jīng)濟(jì)增加值將達(dá)到 2.9 萬(wàn)億元，間接帶動(dòng)的總產(chǎn)出將達(dá)到 10.6 萬(wàn)億元，經(jīng)濟(jì)增加值將達(dá)到 3.6 萬(wàn)億元。似乎 5G 帶來(lái)的都是遠(yuǎn)超現(xiàn)在的經(jīng)濟(jì)收益和利潤(rùn)。
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(yíng)商建設(shè) 55 萬(wàn)個(gè)基站需安排資金 1803 億元的預(yù)算比例計(jì)算，2025 年預(yù)計(jì)建設(shè)的 550 萬(wàn)基站總建設(shè)成本約在 1.8 萬(wàn)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(wàn)億元。
與此同時(shí)，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(wàn)億元左右；而考慮 5G 基站耗能要超過(guò) 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(yíng)成本就將達(dá)到 1.2 萬(wàn)億元。對(duì)比 2019 年三大運(yùn)營(yíng)商在 4G 上的年總收入約 8145 億元，凈利潤(rùn)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(yíng)商在沒(méi)有尋找到新的收入增長(zhǎng)點(diǎn)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(yíng)商半夜關(guān)閉 5G 基站以降低電費(fèi)成本的情況。如此一來(lái)如何解決用戶購(gòu)買套餐中的優(yōu)惠“閑時(shí)流量”成為了行業(yè)評(píng)價(jià)的新難題。
資本和技術(shù)都需要快速開(kāi)拓新的消費(fèi)市場(chǎng)的。5G 不僅可以做為黑科技發(fā)展的一個(gè)支撐工具，還因?yàn)槠涓邘挕⒌蜁r(shí)延和廣連接的三大場(chǎng)景和按需組網(wǎng)特性而獨(dú)具科技屬性和商用市場(chǎng)。新的收入增長(zhǎng)點(diǎn)不可能再大規(guī)模來(lái)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(lái)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(diǎn)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(diǎn)的競(jìng)爭(zhēng)力越來(lái)越依賴于物流節(jié)點(diǎn)與物流網(wǎng)絡(luò)中其他物流節(jié)點(diǎn)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(diǎn)也必然在軟硬件、運(yùn)管維等各方面融入整個(gè)大系統(tǒng)中，節(jié)點(diǎn)與節(jié)點(diǎn)的線上優(yōu)化，集點(diǎn)成網(wǎng)的網(wǎng)絡(luò)優(yōu)化都直接決定單個(gè)節(jié)點(diǎn)的市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)力，物流節(jié)點(diǎn)也必然從單個(gè)節(jié)點(diǎn)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(duì)通信的超大帶寬、海量物聯(lián)和超高可靠超低時(shí)延有更高標(biāo)準(zhǔn)的要求。
物流樞紐是集中實(shí)現(xiàn)貨物集散、存儲(chǔ)、分撥、轉(zhuǎn)運(yùn)等多種功能的物流設(shè)施群和物流活動(dòng)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(guó)家物流樞紐建設(shè)工作的通知》中，共有 23 個(gè)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(guó)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(duì)應(yīng)的是，5G 在物流樞紐節(jié)點(diǎn)中因無(wú)需過(guò)多基站建設(shè)而形成投資成本小、經(jīng)營(yíng)風(fēng)險(xiǎn)少的最佳應(yīng)用場(chǎng)景。中移動(dòng)在面向 14 個(gè)重點(diǎn)行業(yè)規(guī)劃出 100 個(gè) 5G 應(yīng)用場(chǎng)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(diǎn)范圍；中聯(lián)通在發(fā)布的八大 5G 行業(yè)應(yīng)用場(chǎng)景中，“5G+無(wú)人駕駛”、“5G+智慧物流”和“5G+智慧港口”也同樣覆蓋物流節(jié)點(diǎn)的智慧化；中電信展現(xiàn)的“5G+”的十大應(yīng)用場(chǎng)景中，智慧交通和車聯(lián)網(wǎng)與物流節(jié)點(diǎn)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(bào)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(chǎng)內(nèi)找到應(yīng)用場(chǎng)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(gè)節(jié)點(diǎn)內(nèi)集中體現(xiàn)了 5G 商用服務(wù)的價(jià)值。
在物流網(wǎng)絡(luò)中，節(jié)點(diǎn)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(duì)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(diǎn)的效率能力上，因此節(jié)點(diǎn)智慧化極其重要。作為節(jié)點(diǎn)的物流園區(qū)智慧化包括軟硬件及運(yùn)營(yíng)模式的全面升級(jí)。
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(shí)現(xiàn)系統(tǒng)內(nèi)全資源的賽博（Cyber）物理系統(tǒng)互聯(lián)，通過(guò)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(shí)現(xiàn)供需間的精準(zhǔn)對(duì)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(shí)延的“結(jié)點(diǎn)成網(wǎng)”與集群協(xié)同配置。身處物流網(wǎng)絡(luò)的一個(gè)節(jié)點(diǎn)必須要與其他節(jié)點(diǎn)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(duì)生態(tài)圈外部的競(jìng)爭(zhēng)優(yōu)勢(shì)。
第三，物流園區(qū)智慧化在于節(jié)點(diǎn)內(nèi)部作業(yè)的低成本、高效率和資源的集約化配置，動(dòng)態(tài)實(shí)時(shí)篩選高附加值服務(wù)并賦予不同優(yōu)先級(jí)。第四，智慧化還體現(xiàn)在節(jié)點(diǎn)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(jià)值鏈升級(jí)。
04
基于5G技術(shù)的物流節(jié)點(diǎn)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(diǎn)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(shí)現(xiàn)倉(cāng)儲(chǔ)、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(tái)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(lái)越多。
首先是對(duì)物流節(jié)點(diǎn)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(lái)的環(huán)境變化，以及在信息化、網(wǎng)絡(luò)化時(shí)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(duì)物流節(jié)點(diǎn)作業(yè)裝備的監(jiān)控，這里包括獨(dú)立裝備如自動(dòng)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(wú)人車、無(wú)人叉車、網(wǎng)聯(lián) AGV、網(wǎng)聯(lián)機(jī)器人、無(wú)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(duì)物流節(jié)點(diǎn)中作業(yè)對(duì)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(jì)算分析方法。
5G 支持的支撐技術(shù)同樣也對(duì)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(shí)/增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)技術(shù)。基于 5G 的 VR/AR 可以將物流網(wǎng)絡(luò)中不同物流節(jié)點(diǎn)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(diǎn)間的協(xié)同作業(yè)，并比以往更易于實(shí)現(xiàn)整個(gè)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(wú)人化。封閉式的節(jié)點(diǎn)物流園區(qū)和物流樞紐無(wú)人化的安全可以保障，在于節(jié)點(diǎn)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(wú)人化、少人化裝備的實(shí)施運(yùn)營(yíng)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(wú)人化港口、無(wú)人化園區(qū)都可以低成本高效率實(shí)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(shí)，更導(dǎo)致物流信息不匹配問(wèn)題明顯存在。5G 支持的無(wú)人化會(huì)將（弱）人工智能的優(yōu)勢(shì)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(gè)階段，也構(gòu)建了一個(gè)全系統(tǒng)準(zhǔn)時(shí)制的交叉互聯(lián)，保證了每一個(gè)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(shí)延等 5G 特征，更需要通過(guò)網(wǎng)絡(luò)切片實(shí)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(chǎng)互補(bǔ)。
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