在产业发展的关键节点，我们对行业企业进行访谈，撰写一系列5G&AIoT应用案例文章，这是其中的第一篇——《5G&AIoT应用案例集之智慧工厂篇》。
2020年7月3日，国际标准组织3GPP官宣了5G R16标准的冻结，其中一个核心亮点是对超可靠低时延通信（URLLC）做了全球统一的标准支持，这标志着“工业5G时代”的大幕正式拉开。
5G和工业的相遇可谓是“天作之合”。一方面，工厂里遍布的产线、设备和机器以及由此产生的海量数据为5G的落地提供了天然的土壤；另一方面，5G独有的技术优势也成为缓解传统制造业痛点的灵丹妙药。
5G的“易部署”，消除了旧工厂升级改造过程中的重重障碍，让工程实施变得更加容易；5G的“低时延”，让重要数据可以及时回传，保证关键业务的连续性；5G的“高可靠”，让机器设备因通信干扰造成的“失联”现象将不复存在；5G的“大带宽”，使得视频数据可以被上传到云端进行统一的处理；5G的“广连接”，使得成百上千台设备都可以实现一张网的全覆盖……当前，越来越多的5G创新应用和成功商业实践已经在工厂里落地生根，助力制造企业实现成本的节约和效率的提升。
5G助力智慧工厂全覆盖
国内某大型汽车配件制造商是一家典型的民营制造企业，近些年正遭遇全球竞争加剧等挑战，期待能在降本提效和精益化管理方面更进一步。
在该制造商工厂的熔炼区、压铸区、初加工区及机加工区域，分布有上百台MES工控终端、手持终端、PDA和工业iPad，管理者需要采集终端数据以实现对设备状态的远程监控。然而，由于其工厂厂区面积大、环境复杂，导致有线部署十分困难。
过去，该制造商曾采用过WiFi组网的方案，显然存在许多问题：首先，一个工厂需要安装30多台路由器，两台路由器切换区域容易发生信号不稳定的现象，而制造商现有的生产对稳定性要求极高，WiFi组网在时延及可靠性上无法满足实际生产需求；其二，该工厂里同时联网的终端多达上千台，每秒钟的计算量、交互量高达数百条，客户时常会因网络问题造成的数据采集中断而感到困扰；最后，基于WiFi的网络环境也不具备边缘能力，一些需要配合边缘计算才能完成的潜在故障分析工作无法胜任。
针对于此，深圳市宏电技术股份有限公司（以下简称“宏电”）为其提供了5G转WiFi Mesh的智慧工厂解决方案，实现了对“有线﹢WiFi”网络的整体替代和低成本改造。该解决方案通过部署宏电5G工业CPE作为无线组网的关键主节点和子节点（强AP），CPE内置基于高通骁龙X55平台的广和通FM150 5G模组，实现了5G无线Mesh组网，WiFi Mesh则使用多个组合设备形成一张树状网络，覆盖全厂。
图：宏电Z1 5G CPE
方案实施后，宏电为该制造商节约了上百个热点以及车间内数十余公里网线的铺设。由于没有了线缆的“牵绊”，制造商的生产线可以根据需要随时调整，为工厂的柔性制造提供支撑，更容易满足市场各类个性化定制的需求。同时，宏电5G工业CPE支持本地数据处理和分析，可扩展部署5G边缘计算和网络切片，实现设备预测性维护、智能巡检等5G智造场景的应用。
图：宏电5G CPE吸顶式安装
5G的“大带宽”支撑了“AR人机交互系统”、“实时视频空间指挥系统”等创新应用，为客户的日常运维和管理提供助力；5G的边缘计算和网络切片则能保障数据不出园区，让数字化工厂的数据安全性没有后顾之忧。得益于此，该制造商能够快速响应和处置各类网络异常，设备平均利用率整体提高，全流程费时缩减6倍。
5G机器人颠覆工厂传统运维
随着工厂里线缆的消失，原本束手手脚的机器人们也重获自由。基于5G可靠性网络的连续覆盖，机器人可以按需到达工厂里的各个地点，这将给工厂的生产运维模式带来极大的想象空间。
例如，在某国际领先的汽车主机厂乘用车生产制造基地的总装车间里，每小时都有数十辆新车下线，产线要求每天停机时长不能超过两分钟，这就对整条流水线的运维水平提出了极高的要求。
为了保证高效的运维，供应商会将非生产型零件的备品备件提前存放在车间旁边的仓库里，每当需要检修或者更换的时候，运维人员便会在机器人的辅助下将替换件搬运到目的地，完成相应的维保工作。传统的工业搬运机器人遵循巡线导航的模式来搬运重物，但由于其行进路线是固定的，一旦需要更改会涉及整条流水线上配套设备的同步变更，成本很高。同时，传统的机器人作业采用人机分离的模式，即机器人运行的区域工人不能随意进出，从而会浪费很多的空间。
重庆创通联达智能技术有限公司（以下简称“创通联达”）基于高通机器人RB5平台开发研制的5G工业搬运机器人则是对传统模式的颠覆。其搭载了创通联达T55M-EA 5G模组，集成高通骁龙X55 5G调制解调器-射频系统，支持5G Sub-6 GHz和毫米波频段和独立及非独立组网模式，并兼容4G/3G网络，支持GPS/GLONASS /北斗/伽利略/ QZSS卫星定位，在简化产品设计的同时提供了更快、更准确和更可靠的定位能力。
图：创通联达5G工业搬运机器人
该款5G工业搬运机器人具有5G传输、自主导航、避障、物体识别等功能，能够有效提高生产效率并保障车间内人工的安全。在5G技术的加持下——第一，机器人可以在覆盖全厂的网络里自由行动，不会出现WiFi组网模式下因跨热点切换而出现的短暂脱网情况；第二，机器人上加装的摄像头所收集的视频流数据可以直接被拉到边缘侧或云端进行实时分析，实现远程驾驶和操控；第三，5G的大连接特性还可以容纳越来越多的无线设备接入同一张网络，增强彼此之间的互操作性。
未来，这款机器人甚至可以和工人们的工作空间合而为一，机器人实时跟随人的动作进行搬运操作，从而大大优化流水线的空间布置，实现成本的节约。
融合AI和边缘计算的5G智能网关
当越来越多的工厂设备接入5G网络后，随之产生的数据量也与日俱增，尤其是很多场景都需要利用摄像头来收集视频流数据。
比如，工业产品的瑕疵检测是保证产品质量的重要环节，一个看起来毫不起眼的缺陷或瑕疵，轻则致使企业的商誉和财产遭受损失，重则甚至会导致伤亡事故的发生，仅靠传统的人工检测手段无法保证效率和准确率，所以很多企业正在用摄像头替代人眼进行质量的检测和瑕疵的识别。这个过程中，不但需要基于5G“大带宽”的特性实现数据的采集和传输，还需要利用人工智能技术在边缘侧或云端快速且准确地对图像和视频进行视觉异常检测——换言之，5G和AI、边缘计算等技术的融合正在成为大势所趋。
正是看准了这一趋势，凭借在业界积累的多年经验，山东华辰连科通信网络有限公司（以下简称“华辰连科”）推出了AI智能网关AG1002X，该款智能网关基于高通骁龙X55 5G基带芯片和QCA6391 WiFi6芯片研发，搭载广和通FM150 5G模组，具有极高的性能。
图：华辰连科AI边缘智能网关
过去，工厂需要通过多款设备的组合来实现综合的功能，而华辰连科的这款设备则创新性的将5G传输、SD-WAN、边缘计算、路由、交换、AI、WiFi6融为一体，用“白盒化”的解决方案替代传统的分离设备。其具备的技术能力就像一个个现成的积木块，客户可以根据自己的需求灵活的进行组合和搭建，比如5G+AI——华辰连科将专门用于网络处理的智能网关与AI推理芯片相结合，使得做传统网络处理的智能网关在满足承载网络应用的同时拥有AI推理能力。
如今，这款AI智能网关已经在许多客户的工厂里得到了广泛应用。比如某知名电商在其物流仓库里用智能摄像头检测物流车的运行轨迹是否正常；某知名电信运营商通过AI算法来检测工厂机械臂的动作是否标准；某IT公司利用类似的解决方案来进行工厂的火灾检测、工人安全帽检测等等……
不只是国内，华辰连科的解决方案也在海外的多个项目中实现了落地。在出海的过程中，高通骁龙X55作为一个真正全球化的5G解决方案，能够全面完整地支持全球几乎所有主要5G频段及其组合，满足5G终端在全球各个地区和国家的设计需求，帮助华辰连科应对不同运营商的测试需求，在降低成本的同时加快了产品的上市。
结语
5G极大契合了工业生产需求，能够帮助工厂的生产操作变得更加灵活高效，同时提高安全性并降低运维成本。除了上文提及的案例，市面上还涌现了包括性维护、AR远程维修、机器人精准协同在内的更多应用……值得一提的是，这些应用都不是个例，而是具有相当的“可复制性”，已经在不同行业的工厂里遍地开花。2019年6月6日，5G牌照正式发放，那时人们对5G在制造业的价值还只是畅想，如今，愿景已经照进现实，并正在助力中国制造迈入智造的新阶段。
