歷經(jīng)2年的發(fā)展，5G從青澀走向成熟，并涌現(xiàn)出一大批具有標(biāo)桿意義的落地應(yīng)用，助推AIoT時(shí)代加速到來。在產(chǎn)業(yè)發(fā)展的關(guān)鍵節(jié)點(diǎn)，我們對(duì)行業(yè)企業(yè)進(jìn)行訪談，撰寫一系列5G&AIoT應(yīng)用案例文章，這是其中的第一篇——《5G&AIoT應(yīng)用案例集之智慧工廠篇》。
2020年7月3日，國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)組織3GPP官宣了5G R16標(biāo)準(zhǔn)的凍結(jié)，其中一個(gè)核心亮點(diǎn)是對(duì)超可靠低時(shí)延通信（URLLC）做了全球統(tǒng)一的標(biāo)準(zhǔn)支持，這標(biāo)志著“工業(yè)5G時(shí)代”的大幕正式拉開。
5G和工業(yè)的相遇可謂是“天作之合”。一方面，工廠里遍布的產(chǎn)線、設(shè)備和機(jī)器以及由此產(chǎn)生的海量數(shù)據(jù)為5G的落地提供了天然的土壤；另一方面，5G獨(dú)有的技術(shù)優(yōu)勢(shì)也成為緩解傳統(tǒng)制造業(yè)痛點(diǎn)的靈丹妙藥。
5G的“易部署”，消除了舊工廠升級(jí)改造過程中的重重障礙，讓工程實(shí)施變得更加容易；5G的“低時(shí)延”，讓重要數(shù)據(jù)可以及時(shí)回傳，保證關(guān)鍵業(yè)務(wù)的連續(xù)性；5G的“高可靠”，讓機(jī)器設(shè)備因通信干擾造成的“失聯(lián)”現(xiàn)象將不復(fù)存在；5G的“大帶寬”，使得視頻數(shù)據(jù)可以被上傳到云端進(jìn)行統(tǒng)一的處理；5G的“廣連接”，使得成百上千臺(tái)設(shè)備都可以實(shí)現(xiàn)一張網(wǎng)的全覆蓋……當(dāng)前，越來越多的5G創(chuàng)新應(yīng)用和成功商業(yè)實(shí)踐已經(jīng)在工廠里落地生根，助力制造企業(yè)實(shí)現(xiàn)成本的節(jié)約和效率的提升。
5G助力智慧工廠全覆蓋
國(guó)內(nèi)某大型汽車配件制造商是一家典型的民營(yíng)制造企業(yè)，近些年正遭遇全球競(jìng)爭(zhēng)加劇等挑戰(zhàn)，期待能在降本提效和精益化管理方面更進(jìn)一步。
在該制造商工廠的熔煉區(qū)、壓鑄區(qū)、初加工區(qū)及機(jī)加工區(qū)域，分布有上百臺(tái)MES工控終端、手持終端、PDA和工業(yè)iPad，管理者需要采集終端數(shù)據(jù)以實(shí)現(xiàn)對(duì)設(shè)備狀態(tài)的遠(yuǎn)程監(jiān)控。然而，由于其工廠廠區(qū)面積大、環(huán)境復(fù)雜，導(dǎo)致有線部署十分困難。
過去，該制造商曾采用過WiFi組網(wǎng)的方案，顯然存在許多問題：首先，一個(gè)工廠需要安裝30多臺(tái)路由器，兩臺(tái)路由器切換區(qū)域容易發(fā)生信號(hào)不穩(wěn)定的現(xiàn)象，而制造商現(xiàn)有的生產(chǎn)對(duì)穩(wěn)定性要求極高，WiFi組網(wǎng)在時(shí)延及可靠性上無法滿足實(shí)際生產(chǎn)需求；其二，該工廠里同時(shí)聯(lián)網(wǎng)的終端多達(dá)上千臺(tái)，每秒鐘的計(jì)算量、交互量高達(dá)數(shù)百條，客戶時(shí)常會(huì)因網(wǎng)絡(luò)問題造成的數(shù)據(jù)采集中斷而感到困擾；最后，基于WiFi的網(wǎng)絡(luò)環(huán)境也不具備邊緣能力，一些需要配合邊緣計(jì)算才能完成的潛在故障分析工作無法勝任。
針對(duì)于此，深圳市宏電技術(shù)股份有限公司（以下簡(jiǎn)稱“宏電”）為其提供了5G轉(zhuǎn)WiFi Mesh的智慧工廠解決方案，實(shí)現(xiàn)了對(duì)“有線﹢WiFi”網(wǎng)絡(luò)的整體替代和低成本改造。該解決方案通過部署宏電5G工業(yè)CPE作為無線組網(wǎng)的關(guān)鍵主節(jié)點(diǎn)和子節(jié)點(diǎn)（強(qiáng)AP），CPE內(nèi)置基于高通驍龍X55平臺(tái)的廣和通FM150 5G模組，實(shí)現(xiàn)了5G無線Mesh組網(wǎng)，WiFi Mesh則使用多個(gè)組合設(shè)備形成一張樹狀網(wǎng)絡(luò)，覆蓋全廠。
圖：宏電Z1 5G CPE
方案實(shí)施后，宏電為該制造商節(jié)約了上百個(gè)熱點(diǎn)以及車間內(nèi)數(shù)十余公里網(wǎng)線的鋪設(shè)。由于沒有了線纜的“牽絆”，制造商的生產(chǎn)線可以根據(jù)需要隨時(shí)調(diào)整，為工廠的柔性制造提供支撐，更容易滿足市場(chǎng)各類個(gè)性化定制的需求。同時(shí)，宏電5G工業(yè)CPE支持本地?cái)?shù)據(jù)處理和分析，可擴(kuò)展部署5G邊緣計(jì)算和網(wǎng)絡(luò)切片，實(shí)現(xiàn)設(shè)備預(yù)測(cè)性維護(hù)、智能巡檢等5G智造場(chǎng)景的應(yīng)用。
圖：宏電5G CPE吸頂式安裝
5G的“大帶寬”支撐了“AR人機(jī)交互系統(tǒng)”、“實(shí)時(shí)視頻空間指揮系統(tǒng)”等創(chuàng)新應(yīng)用，為客戶的日常運(yùn)維和管理提供助力；5G的邊緣計(jì)算和網(wǎng)絡(luò)切片則能保障數(shù)據(jù)不出園區(qū)，讓數(shù)字化工廠的數(shù)據(jù)安全性沒有后顧之憂。得益于此，該制造商能夠快速響應(yīng)和處置各類網(wǎng)絡(luò)異常，設(shè)備平均利用率整體提高，全流程費(fèi)時(shí)縮減6倍。
5G機(jī)器人顛覆工廠傳統(tǒng)運(yùn)維
隨著工廠里線纜的消失，原本束手手腳的機(jī)器人們也重獲自由。基于5G可靠性網(wǎng)絡(luò)的連續(xù)覆蓋，機(jī)器人可以按需到達(dá)工廠里的各個(gè)地點(diǎn)，這將給工廠的生產(chǎn)運(yùn)維模式帶來極大的想象空間。
例如，在某國(guó)際領(lǐng)先的汽車主機(jī)廠乘用車生產(chǎn)制造基地的總裝車間里，每小時(shí)都有數(shù)十輛新車下線，產(chǎn)線要求每天停機(jī)時(shí)長(zhǎng)不能超過兩分鐘，這就對(duì)整條流水線的運(yùn)維水平提出了極高的要求。
為了保證高效的運(yùn)維，供應(yīng)商會(huì)將非生產(chǎn)型零件的備品備件提前存放在車間旁邊的倉庫里，每當(dāng)需要檢修或者更換的時(shí)候，運(yùn)維人員便會(huì)在機(jī)器人的輔助下將替換件搬運(yùn)到目的地，完成相應(yīng)的維保工作。傳統(tǒng)的工業(yè)搬運(yùn)機(jī)器人遵循巡線導(dǎo)航的模式來搬運(yùn)重物，但由于其行進(jìn)路線是固定的，一旦需要更改會(huì)涉及整條流水線上配套設(shè)備的同步變更，成本很高。同時(shí)，傳統(tǒng)的機(jī)器人作業(yè)采用人機(jī)分離的模式，即機(jī)器人運(yùn)行的區(qū)域工人不能隨意進(jìn)出，從而會(huì)浪費(fèi)很多的空間。
重慶創(chuàng)通聯(lián)達(dá)智能技術(shù)有限公司（以下簡(jiǎn)稱“創(chuàng)通聯(lián)達(dá)”）基于高通機(jī)器人RB5平臺(tái)開發(fā)研制的5G工業(yè)搬運(yùn)機(jī)器人則是對(duì)傳統(tǒng)模式的顛覆。其搭載了創(chuàng)通聯(lián)達(dá)T55M-EA 5G模組，集成高通驍龍X55 5G調(diào)制解調(diào)器-射頻系統(tǒng)，支持5G Sub-6 GHz和毫米波頻段和獨(dú)立及非獨(dú)立組網(wǎng)模式，并兼容4G/3G網(wǎng)絡(luò)，支持GPS/GLONASS /北斗/伽利略/ QZSS衛(wèi)星定位，在簡(jiǎn)化產(chǎn)品設(shè)計(jì)的同時(shí)提供了更快、更準(zhǔn)確和更可靠的定位能力。
圖：創(chuàng)通聯(lián)達(dá)5G工業(yè)搬運(yùn)機(jī)器人
該款5G工業(yè)搬運(yùn)機(jī)器人具有5G傳輸、自主導(dǎo)航、避障、物體識(shí)別等功能，能夠有效提高生產(chǎn)效率并保障車間內(nèi)人工的安全。在5G技術(shù)的加持下——第一，機(jī)器人可以在覆蓋全廠的網(wǎng)絡(luò)里自由行動(dòng)，不會(huì)出現(xiàn)WiFi組網(wǎng)模式下因跨熱點(diǎn)切換而出現(xiàn)的短暫脫網(wǎng)情況；第二，機(jī)器人上加裝的攝像頭所收集的視頻流數(shù)據(jù)可以直接被拉到邊緣側(cè)或云端進(jìn)行實(shí)時(shí)分析，實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程駕駛和操控；第三，5G的大連接特性還可以容納越來越多的無線設(shè)備接入同一張網(wǎng)絡(luò)，增強(qiáng)彼此之間的互操作性。
未來，這款機(jī)器人甚至可以和工人們的工作空間合而為一，機(jī)器人實(shí)時(shí)跟隨人的動(dòng)作進(jìn)行搬運(yùn)操作，從而大大優(yōu)化流水線的空間布置，實(shí)現(xiàn)成本的節(jié)約。
融合AI和邊緣計(jì)算的5G智能網(wǎng)關(guān)
當(dāng)越來越多的工廠設(shè)備接入5G網(wǎng)絡(luò)后，隨之產(chǎn)生的數(shù)據(jù)量也與日俱增，尤其是很多場(chǎng)景都需要利用攝像頭來收集視頻流數(shù)據(jù)。
比如，工業(yè)產(chǎn)品的瑕疵檢測(cè)是保證產(chǎn)品質(zhì)量的重要環(huán)節(jié)，一個(gè)看起來毫不起眼的缺陷或瑕疵，輕則致使企業(yè)的商譽(yù)和財(cái)產(chǎn)遭受損失，重則甚至?xí)?dǎo)致傷亡事故的發(fā)生，僅靠傳統(tǒng)的人工檢測(cè)手段無法保證效率和準(zhǔn)確率，所以很多企業(yè)正在用攝像頭替代人眼進(jìn)行質(zhì)量的檢測(cè)和瑕疵的識(shí)別。這個(gè)過程中，不但需要基于5G“大帶寬”的特性實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的采集和傳輸，還需要利用人工智能技術(shù)在邊緣側(cè)或云端快速且準(zhǔn)確地對(duì)圖像和視頻進(jìn)行視覺異常檢測(cè)——換言之，5G和AI、邊緣計(jì)算等技術(shù)的融合正在成為大勢(shì)所趨。
正是看準(zhǔn)了這一趨勢(shì)，憑借在業(yè)界積累的多年經(jīng)驗(yàn)，山東華辰連科通信網(wǎng)絡(luò)有限公司（以下簡(jiǎn)稱“華辰連科”）推出了AI智能網(wǎng)關(guān)AG1002X，該款智能網(wǎng)關(guān)基于高通驍龍X55 5G基帶芯片和QCA6391 WiFi6芯片研發(fā)，搭載廣和通FM150 5G模組，具有極高的性能。
圖：華辰連科AI邊緣智能網(wǎng)關(guān)
過去，工廠需要通過多款設(shè)備的組合來實(shí)現(xiàn)綜合的功能，而華辰連科的這款設(shè)備則創(chuàng)新性的將5G傳輸、SD-WAN、邊緣計(jì)算、路由、交換、AI、WiFi6融為一體，用“白盒化”的解決方案替代傳統(tǒng)的分離設(shè)備。其具備的技術(shù)能力就像一個(gè)個(gè)現(xiàn)成的積木塊，客戶可以根據(jù)自己的需求靈活的進(jìn)行組合和搭建，比如5G+AI——華辰連科將專門用于網(wǎng)絡(luò)處理的智能網(wǎng)關(guān)與AI推理芯片相結(jié)合，使得做傳統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)處理的智能網(wǎng)關(guān)在滿足承載網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用的同時(shí)擁有AI推理能力。
如今，這款A(yù)I智能網(wǎng)關(guān)已經(jīng)在許多客戶的工廠里得到了廣泛應(yīng)用。比如某知名電商在其物流倉庫里用智能攝像頭檢測(cè)物流車的運(yùn)行軌跡是否正常；某知名電信運(yùn)營(yíng)商通過AI算法來檢測(cè)工廠機(jī)械臂的動(dòng)作是否標(biāo)準(zhǔn)；某IT公司利用類似的解決方案來進(jìn)行工廠的火災(zāi)檢測(cè)、工人安全帽檢測(cè)等等……
不只是國(guó)內(nèi)，華辰連科的解決方案也在海外的多個(gè)項(xiàng)目中實(shí)現(xiàn)了落地。在出海的過程中，高通驍龍X55作為一個(gè)真正全球化的5G解決方案，能夠全面完整地支持全球幾乎所有主要5G頻段及其組合，滿足5G終端在全球各個(gè)地區(qū)和國(guó)家的設(shè)計(jì)需求，幫助華辰連科應(yīng)對(duì)不同運(yùn)營(yíng)商的測(cè)試需求，在降低成本的同時(shí)加快了產(chǎn)品的上市。
結(jié)語
5G極大契合了工業(yè)生產(chǎn)需求，能夠幫助工廠的生產(chǎn)操作變得更加靈活高效，同時(shí)提高安全性并降低運(yùn)維成本。除了上文提及的案例，市面上還涌現(xiàn)了包括預(yù)測(cè)性維護(hù)、AR遠(yuǎn)程維修、機(jī)器人精準(zhǔn)協(xié)同在內(nèi)的更多應(yīng)用……值得一提的是，這些應(yīng)用都不是個(gè)例，而是具有相當(dāng)?shù)摹翱蓮?fù)制性”，已經(jīng)在不同行業(yè)的工廠里遍地開花。2019年6月6日，5G牌照正式發(fā)放，那時(shí)人們對(duì)5G在制造業(yè)的價(jià)值還只是暢想，如今，愿景已經(jīng)照進(jìn)現(xiàn)實(shí)，并正在助力中國(guó)制造邁入智造的新階段。