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歷經(jīng)2年的發(fā)展，5G從青澀走向成熟，并涌現(xiàn)出一大批具有標桿意義的落地應用，助推AIoT時代加速到來。在產(chǎn)業(yè)發(fā)展的關(guān)鍵節(jié)點，我們對行業(yè)企業(yè)進行訪談，撰寫一系列5G&AIoT應用案例文章，這是其中的第一篇——《5G&AIoT應用案例集之智慧工廠篇》。
2020年7月3日，國際標準組織3GPP官宣了5G R16標準的凍結(jié)，其中一個核心亮點是對超可靠低時延通信（URLLC）做了全球統(tǒng)一的標準支持，這標志著“工業(yè)5G時代”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獨有的技術(shù)優(yōu)勢也成為緩解傳統(tǒng)制造業(yè)痛點的靈丹妙藥。
5G的“易部署”，消除了舊工廠升級改造過程中的重重障礙，讓工程實施變得更加容易；5G的“低時延”，讓重要數(shù)據(jù)可以及時回傳，保證關(guān)鍵業(yè)務(wù)的連續(xù)性；5G的“高可靠”，讓機器設(shè)備因通信干擾造成的“失聯(lián)”現(xiàn)象將不復存在；5G的“大帶寬”，使得視頻數(shù)據(jù)可以被上傳到云端進行統(tǒng)一的處理；5G的“廣連接”，使得成百上千臺設(shè)備都可以實現(xiàn)一張網(wǎng)的全覆蓋……當前，越來越多的5G創(chuàng)新應用和成功商業(yè)實踐已經(jīng)在工廠里落地生根，助力制造企業(yè)實現(xiàn)成本的節(jié)約和效率的提升。
5G助力智慧工廠全覆蓋
國內(nèi)某大型汽車配件制造商是一家典型的民營制造企業(yè)，近些年正遭遇全球競爭加劇等挑戰(zhàn)，期待能在降本提效和精益化管理方面更進一步。
在該制造商工廠的熔煉區(qū)、壓鑄區(qū)、初加工區(qū)及機加工區(qū)域，分布有上百臺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)以實現(xiàn)對設(shè)備狀態(tài)的遠程監(jiān)控。然而，由于其工廠廠區(qū)面積大、環(huán)境復雜，導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，一個工廠需要安裝30多臺路由器，兩臺路由器切換區(qū)域容易發(fā)生信號不穩(wěn)定的現(xiàn)象，而制造商現(xiàn)有的生產(chǎn)對穩(wěn)定性要求極高，WiFi組網(wǎng)在時延及可靠性上無法滿足實際生產(chǎn)需求；其二，該工廠里同時聯(lián)網(wǎng)的終端多達上千臺，每秒鐘的計算量、交互量高達數(shù)百條，客戶時常會因網(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算才能完成的潛在故障分析工作無法勝任。
針對于此，深圳市宏電技術(shù)股份有限公司（以下簡稱“宏電”）為其提供了5G轉(zhuǎn)WiFi Mesh的智慧工廠解決方案，實現(xiàn)了對“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)點和子節(jié)點（強AP），CPE內(nèi)置基于高通驍龍X55平臺的廣和通FM150 5G模組，實現(xiàn)了5G無線Mesh組網(wǎng)，WiFi Mesh則使用多個組合設(shè)備形成一張樹狀網(wǎng)絡(luò)，覆蓋全廠。
圖：宏電Z1 5G CPE
方案實施后，宏電為該制造商節(jié)約了上百個熱點以及車間內(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)需要隨時調(diào)整，為工廠的柔性制造提供支撐，更容易滿足市場各類個性化定制的需求。同時，宏電5G工業(yè)CPE支持本地數(shù)據(jù)處理和分析，可擴展部署5G邊緣計算和網(wǎng)絡(luò)切片，實現(xiàn)設(shè)備預測性維護、智能巡檢等5G智造場景的應用。
圖：宏電5G CPE吸頂式安裝
5G的“大帶寬”支撐了“AR人機交互系統(tǒng)”、“實時視頻空間指揮系統(tǒng)”等創(chuàng)新應用，為客戶的日常運維和管理提供助力；5G的邊緣計算和網(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，全流程費時縮減6倍。
5G機器人顛覆工廠傳統(tǒng)運維
隨著工廠里線纜的消失，原本束手手腳的機器人們也重獲自由。基于5G可靠性網(wǎng)絡(luò)的連續(xù)覆蓋，機器人可以按需到達工廠里的各個地點，這將給工廠的生產(chǎn)運維模式帶來極大的想象空間。
例如，在某國際領(lǐng)先的汽車主機廠乘用車生產(chǎn)制造基地的總裝車間里，每小時都有數(shù)十輛新車下線，產(chǎn)線要求每天停機時長不能超過兩分鐘，這就對整條流水線的運維水平提出了極高的要求。
為了保證高效的運維，供應商會將非生產(chǎn)型零件的備品備件提前存放在車間旁邊的倉庫里，每當需要檢修或者更換的時候，運維人員便會在機器人的輔助下將替換件搬運到目的地，完成相應的維保工作。傳統(tǒng)的工業(yè)搬運機器人遵循巡線導航的模式來搬運重物，但由于其行進路線是固定的，一旦需要更改會涉及整條流水線上配套設(shè)備的同步變更，成本很高。同時，傳統(tǒng)的機器人作業(yè)采用人機分離的模式，即機器人運行的區(qū)域工人不能隨意進出，從而會浪費很多的空間。
重慶創(chuàng)通聯(lián)達智能技術(shù)有限公司（以下簡稱“創(chuàng)通聯(lián)達”）基于高通機器人RB5平臺開發(fā)研制的5G工業(yè)搬運機器人則是對傳統(tǒng)模式的顛覆。其搭載了創(chuàng)通聯(lián)達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和毫米波頻段和獨立及非獨立組網(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，在簡化產(chǎn)品設(shè)計的同時提供了更快、更準確和更可靠的定位能力。
圖：創(chuàng)通聯(lián)達5G工業(yè)搬運機器人
該款5G工業(yè)搬運機器人具有5G傳輸、自主導航、避障、物體識別等功能，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，機器人可以在覆蓋全廠的網(wǎng)絡(luò)里自由行動，不會出現(xiàn)WiFi組網(wǎng)模式下因跨熱點切換而出現(xiàn)的短暫脫網(wǎng)情況；第二，機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)或云端進行實時分析，實現(xiàn)遠程駕駛和操控；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)，增強彼此之間的互操作性。
未來，這款機器人甚至可以和工人們的工作空間合而為一，機器人實時跟隨人的動作進行搬運操作，從而大大優(yōu)化流水線的空間布置，實現(xiàn)成本的節(jié)約。
融合AI和邊緣計算的5G智能網(wǎng)關(guān)
當越來越多的工廠設(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)品的瑕疵檢測是保證產(chǎn)品質(zhì)量的重要環(huán)節(jié)，一個看起來毫不起眼的缺陷或瑕疵，輕則致使企業(yè)的商譽和財產(chǎn)遭受損失，重則甚至會導致傷亡事故的發(fā)生，僅靠傳統(tǒng)的人工檢測手段無法保證效率和準確率，所以很多企業(yè)正在用攝像頭替代人眼進行質(zhì)量的檢測和瑕疵的識別。這個過程中，不但需要基于5G“大帶寬”的特性實現(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)或云端快速且準確地對圖像和視頻進行視覺異常檢測——換言之，5G和AI、邊緣計算等技術(shù)的融合正在成為大勢所趨。
正是看準了這一趨勢，憑借在業(yè)界積累的多年經(jīng)驗，山東華辰連科通信網(wǎng)絡(luò)有限公司（以下簡稱“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)能力就像一個個現(xiàn)成的積木塊，客戶可以根據(jù)自己的需求靈活的進行組合和搭建，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)應用的同時擁有AI推理能力。
如今，這款AI智能網(wǎng)關(guān)已經(jīng)在許多客戶的工廠里得到了廣泛應用。比如某知名電商在其物流倉庫里用智能攝像頭檢測物流車的運行軌跡是否正常；某知名電信運營商通過AI算法來檢測工廠機械臂的動作是否標準；某IT公司利用類似的解決方案來進行工廠的火災檢測、工人安全帽檢測等等……
不只是國內(nèi)，華辰連科的解決方案也在海外的多個項目中實現(xiàn)了落地。在出海的過程中，高通驍龍X55作為一個真正全球化的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終端在全球各個地區(qū)和國家的設(shè)計需求，幫助華辰連科應對不同運營商的測試需求，在降低成本的同時加快了產(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，同時提高安全性并降低運維成本。除了上文提及的案例，市面上還涌現(xiàn)了包括預測性維護、AR遠程維修、機器人精準協(xié)同在內(nèi)的更多應用……值得一提的是，這些應用都不是個例，而是具有相當?shù)?ldquo;可復制性”，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，那時人們對5G在制造業(yè)的價值還只是暢想，如今，愿景已經(jīng)照進現(xiàn)實，并正在助力中國制造邁入智造的新階段。
