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5G重新定义制造业的“智能革命”

作者：DIGITIMES李佳翰
5G重新定义制造业的“智能革命”文章插图
自德国于2013年将“工业4.0”(Industry 4.0)纳入《高科技战略2020》的十大未来项目以来 ， 更高效的制造便成为市场显学 ， 同时“智能制造”也成为所有制造业追逐的方向及目标 。
然不少制造商仅一味的导入自动化制程、机器人、人工智能(AI)技术等 ， 便自许已成功数字转型 ， 却不知失之毫厘、差之千里 。 智能制造 ， 是将物联网(IoT)、数字化工厂、云端服务、通讯等技术紧密结合 ， 其价值是利用物联网、感测技术连接机械与机械、机械与人之间 ， 将传统制造方式转为高度定制化、智慧化、服务化的商业模式 ， 以因应瞬息万变的市场 。
在未来工厂中 ， 理论上所有装置、设备都可侦测周遭环境并相互协作 ， 以实现去中心化决策 。 而预期要达到这样的转变 ， 很大程度将仰赖于5G网络的基本功能 。
随着工厂装置数量越来越多且更为先进 ， 灵活敏捷的基础设施必要性便成为智能制造热议的话题 ， 业者也逐渐意识到必须导入能够快速连接、随意重新设置的高速网络重要性 。
未来智能工厂将满布传感器 ， 各自监测工作场域周遭环境 ， 且相互交换分享信息 ， 让工作人员能实时了解估做场域、产线的概况、进度、使用率等；为此 ， 5G自然成为工厂进行无线网络部署的最佳选择 。
据安侯建业联合会计师事务所(KPMG)研究指出 ， 制造业将是率先开发出5G真正潜在价值的产业之一 。 支持5G网络的智能传感器将加速自动化流程 ， 让机械设备可透过侦测产线实时状况 ， 判断是否继续流程或暂停；这些传感器也可实时评估生产线零组件质量 ， 降低重制成本 。 透过AI规划、边缘运算、低延迟高频宽、连网机械、AR和综合物流的统整 ， 5G具备改变制造商作业模式的潜能 。
5G重新定义制造业的“智能革命”文章插图
工厂内部署短期内跟不上脚步
不过 ， 并非所有5G网络都适用于智能工厂 ， 只有高频谱的毫米波(mmWave)才能够真正释放5G的全部潜能 。 毫米波指的是借于24GHz~39GHz内的频段 ， 可提供800MHz的频宽 ， 延迟低于1毫秒(ms) 。
但就目前应用来看 ， 毫米波更像是“大频宽高速网络” ， 让终端装置能够享有更高速传输 ， 却尚未实现5G真正的功能及潜能 。
国家仪器(National Instruments)总监David Hall表示 ， 目前多数部署的5G都是sub-6GHz的中频谱网络 ， 并认为短期内在室内部署毫米波难以实现 。 尽管毫米波技术前途似锦 ， 但仍有些挑战待解决 ， 如最适当部署地点必须是完全空旷范围 ， 另外能源效率也是另一大症结点 。
sub-6GHz技术自1983年起便已开始发展 ， 但毫米波则是这几年才开始发展 。 鉴于毫米波方向连接特性 ， 波束成形技术特别重要 ， 而这项技术仍在开发中 。
就理论上来说 ， 在工厂内部署毫米波5G确实能够将所有传感器、机器人装置系统连接并实时作出决策 ， 将比传统Wi-Fi快上数倍、延迟更低 。 但就实务上来看 ， 毫米波的穿透性极低 ， 而波束成形技术尚无法解决如工厂内诸多障碍物阻碍讯号的问题 。
要真正实现理论上的毫米波5G以连接大规模自动化装置 ， 必须要开发出物联网等级、低成本的毫米波无线电 ， 但就目前来看 ， 市场上并没有相关的装置在开发或测试中 。
云端操控、AR作业、大数据实时分析
前面说了很多5G可提升制造业生产力和营运效率的展望 ， 绝非空口说白话 ， 而是真正可落实到实际应用上 ， 例如透过云端来进行远端机械操控 。 在过去 ， 自动化工厂必须在机械实体安装可编程逻辑控制器(PLC)并与网络计算机连接 ， 以确保在极端环境中仍然能够精准、可靠的操作机械；但若5G能够达到理论上的效能 ， PLC将可安装在云端上 ， 同样能够达到实时精准操控 ， 还可省下现场安装的高昂成本 。


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