基于5.5G Passive IoT的海尔全场景物联应用白皮书

基于5.5GPassiveIoT的海尔全场景物联应用白皮书2023年4月橙、侯丽丽、胡战峰、黄振兴、揭笔超、姜海洋、李倩、李永强、莫依凡、马志强、曲正平、邵海兵、孙晓梅、孙秀全、施恒敬、唐念行、王晨阳、王子真、徐晓磊、杨博涵、张策、张杰、赵荣、张祥、郑晓峰、钟壮(按照姓名拼音排序)序言从2019年5G元年以来，5G网络正在快速的覆盖海内外。随着5G网络建设，全球数字化进程也到网络中来，更多无源场景会涌现出来。海尔作为全球首个物联网品牌，拥有家庭、制造等多元生态化场景，通过PassiveIoT无源物联技术(简称为PIoT)可以为用户提供更健康、安全、舒适、便捷、低碳的个性化场景解决方案。的编制，旨在通过携手数字化领域上下游优秀企业，共同发起对未来数字化场景的定义，探索规划PIoT场景技术架构的发展路径和全场景能力构建，让企业及生态伙伴实现共创共赢，推动行业健康、快速发展。通过生态链上下游企业共同参与，才能实现数字化PIoT场景全面开邓邱伟海尔智家副总裁海尔全屋智慧总经理06未来展望2001数字中国理解和落地 102海尔网器生态和智能制造 32.1.智慧家庭42.2.大规模定制5035.5GPassiveIoT无源物联基本介绍7045.5GPassiveIoT无源物联是衣物数字化管理的核心基石 104.1.场景1：居家衣物洗护穿搭管理场景114.2.场景2：社区洗衣门店洗护服务场景13055.5GPassiveIoT无源物联是数字化物流的核心使能器 155.1.场景1：生产物料透明化场景165.2.场景2：成品管理数字化场景18001章节数字中国理解和落地2数字中国理解和落地22023年2月中共中央国务院印发《数字中国建设整体布局规划》，提出按照“2522”的整体框架进行布局，即夯实数字基础设施和数据资源体系“两大基础”，推进数字技术与经济、政治、文化、社会、生态文明建设“五位一体”深度融合，强化数字技术创新体系和数字安全屏障“两大能力”，优化数字化发展国内国际“两个环境”。一方面，在数字基础设施建设中，为了打通数字基础设施大动脉，提出；加快5G网络与千兆光网协同建设，推进移动物联网全面发展。PassiveIoT无源物联技术(后面章节简化为PIoT)作为移动物联网的前沿技术，大幅扩大移动物联能力边界，实现从有源物联向无源物联的演进，将打开千亿物联市场新空间。另一方面，文件提出，推动数字技术和实体经济深度融合，在农业、工业、金融、教育、医疗、交通、能源等重点领域，加快数字技术创新应用。工信部数据显示到2022年我国已经建设4000个5G+工业互联网项目，到2025年还将建设1万家5G全连接工厂。PIoT无源物联是5G增强技术，利用5G一张网网络优势，带动物流数字化、透明化和智能化进程，提升物料、容器和设备等生产要素的状态实时感知，盘点准确度和效率，加速企业数字化和智能化转型。党的二十大报告提出：“着力提升产业链供应链韧性和安全水平”，对于推动高质量发展、加快建设现代化经济体系、维护国家产业安全具有重要指导意义。在此之前，2021年12月，国务院印发的《"十四五"数字经济发展规划》指出，“要大力推进产业数字化转型，立足不同产业特点和差异化需求，推动传统产业全方位、全链条数字化转型，提高全要素生产率。”当前，全球产业数字化的进程正如火如荼。在后疫情时代，全球贸易格局和消费形态亟待重塑的背景下，全数字化的生产流、供应链数字化能力的建设成为中国制造业发展的共识。时效性、稳定性和增值服务等诉求都成为生产流和供应链价值的主要衡量标准之一。广域局域的全场景全要素的无源物联应用，包括如下几点。“数据驱动”——数据成为智能应用关键使能。构建“采集、建模、分析、决策”的数据优化闭环，应用“数据+模型”对物理世界进行状态描述、规律洞察和预测优化，已成为智能化实现的关键路径，在工厂各个领域展现出巨大赋能潜力。“柔性敏捷”——柔性化制造将成为主导模式。传统大规模量产的生产模式已无法在可控成本范围内满足个性化需求的敏捷响应和快速交付。工厂亟需通过构建柔性化生产能力，以大规模化生产的低成本，实现多品种、变批量和短交期的个性化订单的生产和交付。“全局协同”——单点优化迈向全局协同变革。随着5G、5.5G和物联网等网络技术的全面应用，万物互联已成为数字时代的典型特征。基于数据协同，通过网络化方式进行资源要素的共享、调度，企业内外业务的集成打通，推动从数字化设计、智能化生产等局部业务优化，向网络化协同、共享制造等全局资源协同优化迈进。“绿色安全”——资源效率与社会效益相统一。近年来，在双碳战略目标引领下，开展智能工厂建设和数字化转型的同时，以数字技术赋能节能环保安全技术创新，应用人工智能、大数据、5G、工业互联网等提升工厂能耗、排放、污染、安全等管控能力，逐步迈向绿色制造、绿色工厂和绿色供应链，加快制造业绿色化转型，创造良好的经济效益和社会效益。002章节海尔网器生态和智能制造4海尔网器生态和智能制造42.1智慧家庭智慧家庭行业规模：智慧家庭是数字家庭升级的方向，是一个蓬勃兴起的万亿赛道。随着5G/5.5G、人工智能、物联网、大数据等技术逐渐成熟，以及国家政策利好因素影响，中国逐渐成为全球最大的物联网市场。智慧家庭作为物联网应用落地较为成熟的领域，产品种类不断丰富，细分市场规模加速扩张，渗透率也快速提升。根据CSHIA的数据，2016-2020年间，我国智慧家庭市场规模由2608.5亿元增长至5144.7亿元，年均复合增长率达到18.51%；2021年中国智慧家庭设备市场出货量超过2.2亿台，规模达到5800亿元；未来五年智慧家庭预计将以21.4%的复合增长率快速增长，到2025年市场出货量有望接近5.4亿台，规模达8000亿元，并有望突破万亿。智慧家庭的发展与演进：1984年，美国诞生了世界公认的第一幢智能建筑——都市办公大楼，这标志着智能建筑及智慧家庭发展的起步。1994年，比尔·盖茨的智能化豪宅完工，智能化系统和智慧家庭开始进入普通人的视线。国内智慧家庭产业，尽管起步较晚，但发展速度惊人。在历经萌芽期、开创期、徘徊期、融合演变期后，智慧家庭迎来爆发期，其市场规模和销售额均呈现倍数型增长，足以证明用户对智慧家庭的接受和认可。当前，智慧家庭更加强调以用户体验为中心，建设“家庭大脑”自感知、自学习、自进化技术基础，实现智慧家庭的主动服务能力。相对于传统智能家居基于IoT的远程控制方式，“家庭大脑”是基于AI+IoT能力，通过感知用户相关数据，构建用户画像，通过自主思考为用户进行个性化精准服务。通过增强家居设备的互联、互通互控性，突出人与“家”之间的自然交互关系，物与“机”之间的互联互通关系。2022年3月，家电龙头海尔智家牵头发布《智慧家庭智能家居智能化能力等级评估模型》，从智能化等级到评估标准，构建了完善的智慧家庭智能化等级的评价方法，填补了行业空白。评估模型以智慧家庭系统为评估主体，以人机智能协同理论为基础，通过系统的用户体验作为评估要素，分析用户与智慧家庭系统的关系及业务模式。该标准提出了智慧家庭智能化等级的定义(L1-L5)，分别对应智慧家庭发展的5个阶段：5海尔网器生态和智能制造5单机智能(L1)、协作智能(L2)、决策智能(L3)，以及即将实现的高度主动智能(L4)和泛在智能(L5)。该标准的发布，从根本上解决了长期困扰智慧家庭行业等级标准缺失的问题，为用户提供了智慧家庭智能化水平判断依据。在不久的将来，中国智慧家庭产业有望凭借人工智能、物联网及云计算等技术发展和应用领域的拓宽，跨领域、跨品牌、跨生态互联互通的全面成熟，智慧家庭将逐步迈入泛在智能阶段。PIoT作为新一代物联网技术，将助力智慧家庭中的每一个智能设备在执行和运转过程中均被打上“数字标签”，这些标签作为物理世界在数字世界的映射，通过智慧算法在家庭大脑中汇聚、重组，实现人与物、物与物交互，为用户提供“懂你所需”的持续交互服务。目前海尔已经在开展智家大脑的平台建设，期待5.5GPIoT技术的到来并不断成熟，从而全面提升智慧连接和交互体验。2.2大规模定制消费者对定制化需求：《世界经济论坛白皮书行业数字化转型》分析，企业通过为消费者赋予产品定制能力，更好地满足其个人需求，从而建立更亲密的客户关系。由于数字化能帮助企业大规模提供定制化产品，因此到2025年，选择定制化的消费者数量可能会增加至25%；与此同时，每年选择定制化购物的比例也将从0.1%上升为5%。这将推动约500亿美元的价值从传统非定制化产品向定制化产品转移。预计消费者为定制化产品支付的价格要比传统产品高20%相当于创造了约300亿美元的附加价值。高度个性化不仅仅只有利于企业，客户和社会也能从中获益：节省时间、减少购买闲置物品的开支，并通过减少生产这些闲置物品而降低排放，预计未来十年将累计创造约2,300亿美元的风险价值。海尔大规模定制化探索：在物联网时代，家电龙头海尔高度重视并积极探索用户需求驱动的大规模定制模式，从2015年参加“IEC全球研讨会”发布互联工厂模式，并纳入IEC《未来工厂白皮书》，到2017年发布全球首个工业大规模定制白皮书，截止到2022年海尔已拥有5家工厂被世界经济论坛公布为全球先进“灯塔工厂”，成为拥有“灯塔工厂”数量领先的中国企业之一。海尔将供应链的全流程体系前连引领战略，后连个性化定制，整合全球一流的研发资源网、供应商资源网、用户资源网打造精准、高效、满负荷下的大规模定制体系，颠覆“为库存生产”到“为用户生产”。6海尔网器生态和智能制造6这背后需要企业具备大规模定制交付能力，海尔通过整合全球资源，持续破解行业的诸多结构性难题。其中，基于5.5G的PIoT技术结合海尔现场PLS(物料调度平台)、MOM等智能执行系统的试点，实现了工厂设备、工装容器、物料互联互通和工业流水线的数据驱动，每一个工装容器、关键物料都有一个唯一标识码的PIoTTAG标签，通过PLS与产线订单工艺信息相结合，PIoT能实现Min级现场实物信息的实时感知，驱动信息流和实物流合一，告知每一个物料、工装要被送到那、用到那，结合现场MOM系统也将采集到订单数据、生产数据、人员数据等，为生产系统的优化提供了数据支撑，从而实现了人机互联、机物互联、机物互联、机机互联，搭建了一个自作业、自反馈、自诊断的物联网生态系统，助力海尔实现大规模定制转型。目前，企业已经完成MOM应用层系统的开发，期望5.5GPIoT技术发展成熟，成为工厂数字化物流连接底座，并在新工厂的建设中得到规模化应用。001数字中国理解和落地5.55.5GPassiveIoT无源物联基本介绍003章节85.5GPassiveIoT无源物联基本介绍85.5GPassiveIoT无源物联基本介绍PIoT技术是5.5G的六大能力之一(mMTC)，是在5G的Redcap、NB-IoT物联能力基础上构建无源物联的能力，进而赋能千亿链接的规模。随着蜂窝技术从人到车再到物的链接能力延伸，PIoT技术将赋能物料从供应商到工厂再到用户三个环节的全域感知和用户使用环节的全生命周期管理，助力行业挖掘大数据的价值经营。无源物联技术的目标是利用外部环境能量为标签终端供能，包括无线电、光、热、振动等，实现物品的全生命周期管理的免电池维护。无源物联技术是基于3GPP5G体系重构物理层技术，如下行编码、上行编码、调制等蜂窝远覆盖链路技术；利用运营商频谱和5G基站的多天线技术大幅提升下行的发射功率；从而相对RFID大幅提升链路性能，构建了室外与宏站共部署O2O连续覆盖能力，室内与DIS共站部署的区域连续覆盖能力。PIoT标签可以分为A类标签(PassiveTag，功耗1uw，成本0.05$)，B类标签(Semi-PassiveTag，功耗100uW，成本0.15$)，C类标签(ActiveTag，功耗500uW，成本0.5$)。95.5GPassiveIoT无源物联基本介绍9室外广域场景，如工厂园区场景和物流的全域跟踪场景，利用5G室外宏站，采用Sub1GHz的频谱，通过C类标签可实现室外MCL124dB的O2O连续覆盖能力。也就是行业客户可以使用运营商的已有站点资源和5G网络，通过采购C类标签在广域室外获得连续性服务能力。标签可通过能量收割方式从环境中采集太阳能、无线电等能量，同时标签也可以在物品ID信息的同时支持温度、湿度、三轴等几十uW的传感器，从而大大丰富广域的链接应用。室内局域场景，如厂区内生产物流数字化和室内门店货物跟踪和盘存场景等，可以在5GDIS室内分布式系统上增加无源物联特性。通过室内分布式系统的多天线技术，可以实现对室内复杂堆叠场景下物品的99.99%盘存能力，也可以实现2-3米级别的定位能力。结合A类标签可实现对即用即抛性的物料的跟踪管理，结合B类或者C标签可实现对可重复利用的容器等跟踪管理；通过C类标签可实现对从室外到室内等均有连接性管理的物品进行管理。Assistant室内局域，针对深度覆盖和精准定位的场景，也可以通过UE辅助的拓扑架构实现对A类标签的精准化管理。001数字中国理解和落地0404章节5.5GPassiveIoT无源物联是衣物数字化管理的核心基石启动洗衣PIoTTAG识别衣物动匹配程序5.5GPassiveIoT无源物联是衣物数字化管理的核心基石启动洗衣PIoTTAG识别衣物动匹配程序5.5GPassiveIoT无源物联是衣物数字化管理的核心基石4.1场景1：居家衣物洗护穿搭管理场景家电“网器”生态是围绕给用户一件干净的衣物的全流程生态，在智慧家庭时代，我们的衣物洗护和穿搭管理变得更加重要。在洗衣方面，需要选择适合的洗衣程序和洗涤剂，让衣物洗更干净和耐用。在护衣方面，需要选择适合的护理程序和清香剂，保持衣物的整洁和卫生。在穿搭方面，需要根据季节和场合来组合服装，选择适合自己的风格和颜色搭配。完成洗衣面临的挑战：首先，用户对于衣物的保养方式不够科学。许多人不知道如何正确选择洗衣程序、洗涤剂和护理程序等。再次，用户对于衣物的分类和整理不够细致，衣服穿搭寻找难。最后，用户对洗涤液投放量把握不准，造成环境污染等。PIoT应用价值：随着科技的不断发展，衣物上增加一个PIoTTAG标签，在运营商的网络覆盖下，让衣服数字化管理成为可能。这些技术可以帮助用户更好地管理衣物，提高效率，提供更好的洗护体验。首先，衣服上的PIoTTAG标签上记录每件衣物的品牌、颜色、尺码等信息，当衣服放入洗衣机后，洗衣机自动触发筒内衣物标签，并通过运营商网络获取详细标签信息，智家大脑为用户推荐最佳的洗涤程序，让用户洗的放心。例如，洗衣机识别到西服自动匹配精华湿洗程序，为用户做最优选择。如下图所示：125.5GPassiveIoT无源物联是衣物数字化管理的核心基石12其次，衣服洗涤完成进入烘干机或者护理机时，衣物上的PIoTTAG标签被烘干机或者护理机触发，并通过运营商网络获取详细标签信息，智家大脑为用户推荐最佳的烘干或护理程序，让用户护的安心。例如，护理机识别到羊毛大衣自动匹配暖衣除潮，为用户提供高端衣物护理即穿服务。如下图所示：最后，随着季节等变化用户在衣服穿搭和选购时，衣物上的PIoTTAG标签可以被数字衣柜智能化触发，并通过运营商网络获取详细标签信息，并借助智能化“云镜”将衣物可视化显示，用户可以在家中轻松体验3D量体、虚拟化试衣、服装个性化搭配、单套直购、服装定制等个性化功能，高效、便捷地满足穿衣体验。例如，用户在试衣镜中选择好穿搭后，数字衣柜相应存储区域亮灯，方便用户拿取衣物。如下图所示：综上所述，“PassiveIoT让洗衣机等智能“网器”读懂衣服”，衣物的数字化管理帮助家庭用户量身定制衣物护理方案或用户可以自定义个性化的衣物护理方案，及时的对衣物进行维护和保养，延长衣物的使用寿命，为人们提供最佳的衣物洗护穿搭体验。135.5GPassiveIoT无源物联是衣物数字化管理的核心基石134.2场景2：社区洗衣门店洗护服务场景面向社区门店用户送洗、护理一站式服务场景，海尔成立的洗衣先生品牌以用户关注的场景体验、消费价格、服务质量、便捷时效、健康环保等核心诉求切入，打造“1+N+生态”全新商业模式，塑造差异化体验，打破洗护行业单一价格经营的模式，改变行业小、散、乱特点，引领洗护行业升级转型。面临的挑战：行业缺乏标准化管理：衣物识别和洗涤过程高度依赖员工经验，没有平台化支持。人力成本增加：招聘具备专业技能的服务人员变得困难。业务繁重：门店需承担收衣、顾客取衣、上门取送、洗涤等多重任务。面料多样性：新型面料对洗衣技术提出更高要求。市场支持不足：门店在销售和拓展新客户方面面临压力。口碑与影响力：服务质量与规范化缺失导致顾客纠纷增多和社区影响力、口碑受损。PIoT应用价值：基于PIoTTAG标签的数字化管理的新流程和体验：洗衣先生通过建立中央洗护工厂、智能存储量子小店和智能衣柜，提高清洁护理效率、物流效率和洗护质量的标准化控制。每件衣物需经过15个专业洗护步骤，并在3天内送回。对时效要求高的用户可使用快洗服务，使用该服务后用户可以在送洗4小时后收到洗好的衣物。快洗服务离不开洗衣先生平台的数字化改造。衣物安装PIoTTAG后确保衣物快速识别、送达最近洗护工厂，实现各个洗护环节的优先处理加工，最终及时送达顾客手中。在服务的过程中，用户可实时查看订单状态。如下图所示：145.5GPassiveIoT无源物联是衣物数字化管理的核心基石14对工厂管理者来说，PIoTTAG数字化管理可实现衣物快速清点和分类，减少手工操作的时间和错误率。PIoTTAG数字化管理还可实现衣物追踪和跟踪，提高衣物安全性和管理效率。实现设备和流程的实时监控和快速响应，提高生产过程灵活性和稳定性。实现更好的衣物管理和客户服务。PIoTTAG数字化实现平台和客户之间的信息共享和交流，提高客户满意度和忠诚度。洗衣先生平台将门店、工厂、客户洗衣先生平台将门店、工厂、客户端融合在一起，全面实现数据管理。支持O2O和C2F两种模式，用户下单可选择送到门店或直接送工厂。平台数字化打通顺丰同城、顺丰快递、京东快递等物流渠道，满足不同业务模式下的物流环节，确保全国分布式工厂布局和400多个城市线上接单。洗衣流程的数字化，将PIoTTAG通过IOT传感器读取的数据记录在洗衣先生平台，全面分析不同品类衣服洗护所用时间、不同操作人员的工作效率，制定针对性改进方案，实现精益工厂管理与流程优化。综上所述，PIoT使能洗衣先生平台收洗取全流程在技术提升，这将为社区门店一站式送洗护理服务场景带来更高效、便捷和满意的用户体验。通过洗衣先生平台，门店和工厂可以充分利用数据驱动，实现业务的可持续发展和客户满意度的提高。001数字中国理解和落地0505章节5.5GPassiveIoT无源物联是数字化物流的核心使能器165.5GPassiveIoT165.5GPassiveIoT无源物联是数字化物流的核心使能器5.1场景1：生产物料透明化场景面向大规模定制化生产须在订单管理、物料仓储、物料配送、线体生产和容器回收等各个环节上，都必须支撑小批量、多式样和多规格的精细化管理。即从原物料入库、仓储、配送、使用、装配全流程的实时透明化的管理。如下图所示：面临的挑战：目前大多数企业原材料物流管理比较传统，主要通过一个条形码贯穿部分流程，人工打印纸张、扫码的操作较多、缺少统一的服务标准和侧重于点对点或线对线服务，主要管理的入和出两个环节，环节内部的精细管理，及各个环节间数据互联互通存在挑战。如下图所示：在仓库环节，原材料的存放库位、状态、库龄，物料是否已装车、料到那了、是否已进园区和是否进卸在卸货区环节，存在等待、卸货效率慢、工装容器位置不可视和供方拉错工装等。在厂内仓储及配送环节，物料及工装所在库位、库龄需要大量人工扫码及相关操作，可视化管理差，物料及工装实时物流路径不可视，主关件具体位置及库龄等无法可视。最终导致人找料，料等人、账实不一致等问题。175.5GPassiveIoT无源物联是数字化物流的核心使能器17PIoT应用价值：为确保企业及时准确地掌握产前、产中物流的真实数据，实现高效率的物料查询和实时的库存盘点，有利于提高各方原材料仓储及运输管理方向的工作效率，摆脱费时费力传统的物流管理，合理保持和控制企业库存，使企业高效率的运转。结合PIoT新技术，在关键物料、容器和工装车上安装PIoTTAG无源标签，应用于VMI存储、VMI发货、VMI在途、物料卸货、物料转移入库、物料仓储、物料配送、工装管理、主关件追溯等痛点场景。基于运营商全域覆盖的蜂窝网络，将感知数据实时上传到海尔物料时序调度平台，实现供应商、送货、VMI仓库、原材料仓库、线边、线体使用端到端物料感知，物料全流程14个节点数据互联互通、透明可视，实现实物流和信息流合一。如下图所示，物料和容器所经地点的网络覆盖，通过原材料、工装容器、运输车辆和人员工牌上PIoT的无源标签，实时获取物料、工装容器、运输车辆和人员的信息及所在位置，并集成海尔互联工厂LPS系统，实现计划、看板、波次等的拉动，达成线体拉动三级预警，避免因物料未及时送达导致停机。实现面向订单齐套，柔性按消耗拉动，线体来料即所需。同时通过人、车和空容器的透明精益物流管理，提升人均配送效率和容器运转效率。185.5GPassiveIoT185.2场景2：成品管理数字化场景海尔洗衣机产品在下线、入库、仓储、发货、装运和盘点整个链条使用一维码承载，需要大量的人工扫描工作，希望对不同产品的不同应用环境有一个电子化的标签