5G工厂一窥：未来的生产线是个什么样？

至顶网网络与安全频道 04月22日 编译：纵观历史长河，美国在制造业领域一直拥有强劲的创新表现。早在1913年，亨利·福特就凭借着全世界第一条自动化装配线为工业社会带来了新的转折点。时至今日，制造业在经济体系中仍扮演着至关重要的角色：根据美国劳工统计局公布的数据，制造行业在全美支撑着近1300万个就业岗位。

但随着技能差距的持续扩大，加上不少工作岗位越来越难以找到合适的人选，企业将不得不进一步提升自动化水平作为增加利润、提高生产力以及增强竞争优势的唯一出路。ABI Research发布的研究报告表明，当前尚未进行数字化转型的组织已经在实质上落后于其他对手。

当下，全球健康危机的来临也给整个制造业带来了巨大挑战以及难以预见的新需求。随着COVID-19疫情的快速扩散，企业正面临着各种各样令人意想不到的市场变化与难题。很明显，制造业必须提升效率、保持敏捷，同时迅速提高产能并支持更多不同产品。而一旦核心员工无法正常上班，高度自动化的生产线就成了制造业所能依靠的唯一解决方案。只有这样，整个行业才能在顶住危机压力的同时，继续保持相对正常的运营产出。

由固网以太网以及传统无线传输系统建立的自动化连接体系已经成为工厂环境中的固有组成部分。到目前为止，无线技术还不够快，无法支持那些需要瞬时响应且精确操作的机械运转。然而，已经开始逐步普及的5G网络有望取代昂贵的固网线缆，帮助设备摆脱死板的布线局限，最终让工厂的整体布局与灵活性跨越至新的高度。

最终，5G连接支持下的生产自动化体系将帮助制造企业提高生产效率、降低运营成本并提高潜在投资回报率。除此之外，5G技术还将有效改善零件质量的可追溯性，同时为生产流程带来更严格的控制引导，保证工厂全面提升生产安全与产品质量，最终降低故障机率、增强业务流程的可靠性与可重复性。

5G运营如何实现上述优势？

新兴5G网络能够支持三种适用于工业物联网（IIoT）场景的实际通信类型，具体包括：

• 增强型移动宽带，本质类似于我们已经熟悉的4G网络，只是传输速度更快。
• 大型机器类通信（mMTC），适用于连接大量传感器，且单一传感器自身所需要的带宽资源相对较低。
• 超可靠、低延迟通信（URLLC），也是真正的游戏规则改变者——允许我们对各类精度极高的时间敏感型操作进行远程与自动化控制。

其中每一种通信类型，都有可能颠覆甚至彻底改变制造业链条中的一项或多项核心功能。

物流与仓储管理

也许有一天，运货卡车将通过5G网络的引导前往工厂位置，即时上传精确的货物信息与送达时间，确保及时将零件转移至生产线或通过5G控制的无人机纳入库存控制系统。而在工厂或仓库内部，企业可以利用能够相互协调并与生产线/调度部门保持协同的自动引导车（AGV）进一步将必要的零部件运送至对应区域。

工厂自动化

随着越来越多的设备开始接入厂区5G网络，不同设备在延迟、容量、吞吐量以及移动性等方面也将提出极具针对性的区别化要求。

在这方面，之前提到的5G网络低延迟优势将真正发挥作用。我们可以设想一个彻底摆脱了繁琐线缆的未来，届时组装机器人能够按照云端及网络边缘软件的指示实现自由而精确的移动，同时监测仪器以收集质量控制与分析指标。传感器网络不仅能够监控生产线上的制造流程，同时也能够跟踪遍布整个厂区的产品标签，并通过管理系统将标签与测试数据关联起来。而在本地位置上，部分流程有望实现自我调节能力，并进一步与其他流程相协调以完善工作流程。

另一大值得期待的重大转变将发生在人机交互层面。协作机器人（「cobots」）旨在与人类员工共享工作空间，且始终保持安全且紧密的合作状态。早期协作机器人在保护人类员工的速度与行动方面往往存在很大局限，但5G技术支持下的协作机器人将享受到极低延迟带来的强大助力，实时监控传感器输出并优化自身协同行为。

在危险环境或者远程操控场景下，机器人能够响应并调整操作人员在长距离之外下达的细微调整指令，且将延迟控制在极低水平。

数字孪生模型指由软件为物理对象或系统生成的新模型，同时也是另一个极具未来意义的新兴概念。此类模型，也将给制造业车间带来深远影响。随着人工智能（AI）与5G技术的发展，数字仿真将把来自真实传感器与仿真传感器的信息结合起来，允许工作人员通过复杂场景演习做出问题预测。2018年，Gartner公司就将这项技术视为一项重要的战略性趋势，并提到通过由此带来的停机时间削减与物联网资产优化，企业将借此节约数十亿美元的运营成本。

远程操作

为了缓解COVID-19疫情的传播，员工们被迫长期滞留在家中。这一基本事实，也给负责提供生活必需品与服务的制造/公共事业单位带来前所未有的巨大挑战。

部分企业开始高度依赖于远程自动化软件，确保员工能够通过安全连接（例如VPN连接）从家中的笔记本电脑或移动设备处远程操作工业系统。虽然十多年以来，现场工作人员一直在利用远程软件执行任务，但居家环境无疑给这种应用方式带来了新的变数与冲击。

GE Digital发布报告指出，以自来水公司为例，工厂当中往往需要二十多位分散在各处的工作人员。但为了安全起见，真正负责现场任务处理的只有数人而已。为了保证居家办公过程中水资源供应不受影响，GE方面为两万家公共事业单位及工厂提供为期90天的免费远程监控系统使用许可。

增强现实

未来，5G与AI也将共同为员工提供身临其境的工作体验，借此降低任务处理负担。例如，将模拟对象叠加在真实环境当中能够改善培训效果、强化产品设计能力并引导操作人员更高效地处理仍需人为干预的制造流程。

增强现实（AR）还能解决一系列长期困扰工厂的问题：协助发现导致操作效率低下的问题（例如糟糕的维护计划）、减少生产停机时间并尽可能削减因机械故障引发的额外成本。

以近期事件为例，国际航空集团（IAG（与AR平台供应商合作建立起名为Hangar 51的新项目，通过引入适用于飞机发动机的数字增强结构检查方案，对其旗下573架飞机进行维护与修理操作。该项目将替代现有（主要基于纸质材料）合规与培训流程，帮助员工摆脱学习过程中的全程录像需求，进而替企业节约大量时间。

将能源消耗量控制在最低水平

在5G网络支持下的工厂当中，制造业也有机会进一步降低碳排放总量。通过对生产流程中的各个阶段进行监控，并据此确定最节能的解决方案，未来的制造流程将引入更严格的控制举措、帮助企业将能源消耗量控制在最低水平。

5G工厂，即将全面来临

制造业已经在5G创新方面取得喜人的进展。实际上，5G支持工厂的首批示例就源自5G基础设施制造领域。爱立信公司在得克萨斯州路易斯维尔市最新建设的智能工厂已经于2020年3月生产出首款5G毫米波基站，并计划在今年之内实现生产线的全面运营。