歷經2年的發展，5G從青澀走向成熟，并涌現出一大批具有標桿意義的落地應用，助推AIoT時代加速到來。在產業發展的關鍵節點，我們對行業企業進行訪談，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，其中一個核心亮點是對超可靠低時延通信（URLLC）做了全球統一的標準支持，這標志著“工業5G時代”的大幕正式拉開。
5G和工業的相遇可謂是“天作之合”。一方面，工廠里遍布的產線、設備和機器以及由此產生的海量數據為5G的落地提供了天然的土壤；另一方面，5G獨有的技術優勢也成為緩解傳統制造業痛點的靈丹妙藥。
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”，讓重要數據可以及時回傳，保證關鍵業務的連續性；5G的“高可靠”，讓機器設備因通信干擾造成的“失聯”現象將不復存在；5G的“大帶寬”，使得視頻數據可以被上傳到云端進行統一的處理；5G的“廣連接”，使得成百上千臺設備都可以實現一張網的全覆蓋……當前，越來越多的5G創新應用和成功商業實踐已經在工廠里落地生根，助力制造企業實現成本的節約和效率的提升。
5G助力智慧工廠全覆蓋
國內某大型汽車配件制造商是一家典型的民營制造企業，近些年正遭遇全球競爭加劇等挑戰，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、壓鑄區、初加工區及機加工區域，分布有上百臺MES工控終端、手持終端、PDA和工業iPad，管理者需要采集終端數據以實現對設備狀態的遠程監控。然而，由于其工廠廠區面積大、環境復雜，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，兩臺路由器切換區域容易發生信號不穩定的現象，而制造商現有的生產對穩定性要求極高，WiFi組網在時延及可靠性上無法滿足實際生產需求；其二，該工廠里同時聯網的終端多達上千臺，每秒鐘的計算量、交互量高達數百條，客戶時常會因網絡問題造成的數據采集中斷而感到困擾；最后，基于WiFi的網絡環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，深圳市宏電技術股份有限公司（以下簡稱“宏電”）為其提供了5G轉WiFi Mesh的智慧工廠解決方案，實現了對“有線﹢WiFi”網絡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CPE作為無線組網的關鍵主節點和子節點（強AP），CPE內置基于高通驍龍X55平臺的廣和通FM150 5G模組，實現了5G無線Mesh組網，WiFi Mesh則使用多個組合設備形成一張樹狀網絡，覆蓋全廠。
圖：宏電Z1 5G CPE
方案實施后，宏電為該制造商節約了上百個熱點以及車間內數十余公里網線的鋪設。由于沒有了線纜的“牽絆”，制造商的生產線可以根據需要隨時調整，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CPE支持本地數據處理和分析，可擴展部署5G邊緣計算和網絡切片，實現設備預測性維護、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”、“實時視頻空間指揮系統”等創新應用，為客戶的日常運維和管理提供助力；5G的邊緣計算和網絡切片則能保障數據不出園區，讓數字化工廠的數據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絡異常，設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可靠性網絡的連續覆蓋，機器人可以按需到達工廠里的各個地點，這將給工廠的生產運維模式帶來極大的想象空間。
例如，在某國際領先的汽車主機廠乘用車生產制造基地的總裝車間里，每小時都有數十輛新車下線，產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。傳統的工業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備的同步變更，成本很高。同時，傳統的機器人作業采用人機分離的模式，即機器人運行的區域工人不能隨意進出，從而會浪費很多的空間。
重慶創通聯達智能技術有限公司（以下簡稱“創通聯達”）基于高通機器人RB5平臺開發研制的5G工業搬運機器人則是對傳統模式的顛覆。其搭載了創通聯達T55M-EA 5G模組，集成高通驍龍X55 5G調制解調器-射頻系統，支持5G Sub-6 GHz和毫米波頻段和獨立及非獨立組網模式，并兼容4G/3G網絡，支持GPS/GLONASS /北斗/伽利略/ QZSS衛星定位，在簡化產品設計的同時提供了更快、更準確和更可靠的定位能力。
圖：創通聯達5G工業搬運機器人
該款5G工業搬運機器人具有5G傳輸、自主導航、避障、物體識別等功能，能夠有效提高生產效率并保障車間內人工的安全。在5G技術的加持下——第一，機器人可以在覆蓋全廠的網絡里自由行動，不會出現WiFi組網模式下因跨熱點切換而出現的短暫脫網情況；第二，機器人上加裝的攝像頭所收集的視頻流數據可以直接被拉到邊緣側或云端進行實時分析，實現遠程駕駛和操控；第三，5G的大連接特性還可以容納越來越多的無線設備接入同一張網絡，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，從而大大優化流水線的空間布置，實現成本的節約。
融合AI和邊緣計算的5G智能網關
當越來越多的工廠設備接入5G網絡后，隨之產生的數據量也與日俱增，尤其是很多場景都需要利用攝像頭來收集視頻流數據。
比如，工業產品的瑕疵檢測是保證產品質量的重要環節，一個看起來毫不起眼的缺陷或瑕疵，輕則致使企業的商譽和財產遭受損失，重則甚至會導致傷亡事故的發生，僅靠傳統的人工檢測手段無法保證效率和準確率，所以很多企業正在用攝像頭替代人眼進行質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”的特性實現數據的采集和傳輸，還需要利用人工智能技術在邊緣側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、邊緣計算等技術的融合正在成為大勢所趨。
正是看準了這一趨勢，憑借在業界積累的多年經驗，山東華辰連科通信網絡有限公司（以下簡稱“華辰連科”）推出了AI智能網關AG1002X，該款智能網關基于高通驍龍X55 5G基帶芯片和QCA6391 WiFi6芯片研發，搭載廣和通FM150 5G模組，具有極高的性能。
圖：華辰連科AI邊緣智能網關
過去，工廠需要通過多款設備的組合來實現綜合的功能，而華辰連科的這款設備則創新性的將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的分離設備。其具備的技術能力就像一個個現成的積木塊，客戶可以根據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絡處理的智能網關與AI推理芯片相結合，使得做傳統網絡處理的智能網關在滿足承載網絡應用的同時擁有AI推理能力。
如今，這款AI智能網關已經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，華辰連科的解決方案也在海外的多個項目中實現了落地。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和國家的設計需求，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品的上市。
結語
5G極大契合了工業生產需求，能夠幫助工廠的生產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，市面上還涌現了包括預測性維護、AR遠程維修、機器人精準協同在內的更多應用……值得一提的是，這些應用都不是個例，而是具有相當的“可復制性”，已經在不同行業的工廠里遍地開花。2019年6月6日，5G牌照正式發放，那時人們對5G在制造業的價值還只是暢想，如今，愿景已經照進現實，并正在助力中國制造邁入智造的新階段。