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至頂網網絡與安全頻道 04月22日 編譯：縱觀歷史長河，美國在製造業領域一直擁有強勁的創新表現。早在1913年，亨利·福特就憑藉着全世界第一條自動化裝配線爲工業社會帶來了新的轉折點。時至今日，製造業在經濟體系中仍扮演着至關重要的角色：根據美國勞工統計局公佈的數據，製造行業在全美支撐着近1300萬個就業崗位。
但隨着技能差距的持續擴大，加上不少工作崗位越來越難以找到合適的人選，企業將不得不進一步提升自動化水平作爲增加利潤、提高生產力以及增強競爭優勢的唯一出路。ABI Research發佈的研究報告表明，當前尚未進行數字化轉型的組織已經在實質上落後於其他對手。
當下，全球健康危機的來臨也給整個製造業帶來了巨大挑戰以及難以預見的新需求。隨着COVID-19疫情的快速擴散，企業正面臨着各種各樣令人意想不到的市場變化與難題。很明顯，製造業必須提升效率、保持敏捷，同時迅速提高產能並支持更多不同產品。而一旦核心員工無法正常上班，高度自動化的生產線就成了製造業所能依靠的唯一解決方案。只有這樣，整個行業才能在頂住危機壓力的同時，繼續保持相對正常的運營產出。
由固網以太網以及傳統無線傳輸系統建立的自動化連接體系已經成爲工廠環境中的固有組成部分。到目前爲止，無線技術還不夠快，無法支持那些需要瞬時響應且精確操作的機械運轉。然而，已經開始逐步普及的5G網絡有望取代昂貴的固網線纜，幫助設備擺脫死板的佈線侷限，最終讓工廠的整體佈局與靈活性跨越至新的高度。
最終，5G連接支持下的生產自動化體系將幫助製造企業提高生產效率、降低運營成本並提高潛在投資回報率。除此之外，5G技術還將有效改善零件質量的可追溯性，同時爲生產流程帶來更嚴格的控制引導，保證工廠全面提升生產安全與產品質量，最終降低故障機率、增強業務流程的可靠性與可重複性。
5G運營如何實現上述優勢？
新興5G網絡能夠支持三種適用於工業物聯網（IIoT）場景的實際通信類型，具體包括：
- 增強型移動寬帶，本質類似於我們已經熟悉的4G網絡，只是傳輸速度更快。
- 大型機器類通信（mMTC），適用於連接大量傳感器，且單一傳感器自身所需要的帶寬資源相對較低。
- 超可靠、低延遲通信（URLLC），也是真正的遊戲規則改變者——允許我們對各類精度極高的時間敏感型操作進行遠程與自動化控制。
其中每一種通信類型，都有可能顛覆甚至徹底改變製造業鏈條中的一項或多項核心功能。
物流與倉儲管理
也許有一天，運貨卡車將通過5G網絡的引導前往工廠位置，即時上傳精確的貨物信息與送達時間，確保及時將零件轉移至生產線或通過5G控制的無人機納入庫存控制系統。而在工廠或倉庫內部，企業可以利用能夠相互協調並與生產線/調度部門保持協同的自動引導車（AGV）進一步將必要的零部件運送至對應區域。
工廠自動化
隨着越來越多的設備開始接入廠區5G網絡，不同設備在延遲、容量、吞吐量以及移動性等方面也將提出極具針對性的區別化要求。
在這方面，之前提到的5G網絡低延遲優勢將真正發揮作用。我們可以設想一個徹底擺脫了繁瑣線纜的未來，屆時組裝機器人能夠按照雲端及網絡邊緣軟件的指示實現自由而精確的移動，同時監測儀器以收集質量控制與分析指標。傳感器網絡不僅能夠監控生產線上的製造流程，同時也能夠跟蹤遍佈整個廠區的產品標籤，並通過管理系統將標籤與測試數據關聯起來。而在本地位置上，部分流程有望實現自我調節能力，並進一步與其他流程相協調以完善工作流程。
另一大值得期待的重大轉變將發生在人機交互層面。協作機器人（「cobots」）旨在與人類員工共享工作空間，且始終保持安全且緊密的合作狀態。早期協作機器人在保護人類員工的速度與行動方面往往存在很大侷限，但5G技術支持下的協作機器人將享受到極低延遲帶來的強大助力，實時監控傳感器輸出並優化自身協同行爲。
在危險環境或者遠程操控場景下，機器人能夠響應並調整操作人員在長距離之外下達的細微調整指令，且將延遲控制在極低水平。
數字孿生模型指由軟件爲物理對象或系統生成的新模型，同時也是另一個極具未來意義的新興概念。此類模型，也將給製造業車間帶來深遠影響。隨着人工智能（AI）與5G技術的發展，數字仿真將把來自真實傳感器與仿真傳感器的信息結合起來，允許工作人員通過複雜場景演習做出問題預測。2018年，Gartner公司就將這項技術視爲一項重要的戰略性趨勢，並提到通過由此帶來的停機時間削減與物聯網資產優化，企業將藉此節約數十億美元的運營成本。
遠程操作
爲了緩解COVID-19疫情的傳播，員工們被迫長期滯留在家中。這一基本事實，也給負責提供生活必需品與服務的製造/公共事業單位帶來前所未有的巨大挑戰。
部分企業開始高度依賴於遠程自動化軟件，確保員工能夠通過安全連接（例如VPN連接）從家中的筆記本電腦或移動設備處遠程操作工業系統。雖然十多年以來，現場工作人員一直在利用遠程軟件執行任務，但居家環境無疑給這種應用方式帶來了新的變數與衝擊。
GE Digital發佈報告指出，以自來水公司爲例，工廠當中往往需要二十多位分散在各處的工作人員。但爲了安全起見，真正負責現場任務處理的只有數人而已。爲了保證居家辦公過程中水資源供應不受影響，GE方面爲兩萬家公共事業單位及工廠提供爲期90天的免費遠程監控系統使用許可。
增強現實
未來，5G與AI也將共同爲員工提供身臨其境的工作體驗，藉此降低任務處理負擔。例如，將模擬對象疊加在真實環境當中能夠改善培訓效果、強化產品設計能力並引導操作人員更高效地處理仍需人爲干預的製造流程。
增強現實（AR）還能解決一系列長期困擾工廠的問題：協助發現導致操作效率低下的問題（例如糟糕的維護計劃）、減少生產停機時間並儘可能削減因機械故障引發的額外成本。
以近期事件爲例，國際航空集團（IAG（與AR平臺供應商合作建立起名爲Hangar 51的新項目，通過引入適用於飛機發動機的數字增強結構檢查方案，對其旗下573架飛機進行維護與修理操作。該項目將替代現有（主要基於紙質材料）合規與培訓流程，幫助員工擺脫學習過程中的全程錄像需求，進而替企業節約大量時間。
將能源消耗量控制在最低水平
在5G網絡支持下的工廠當中，製造業也有機會進一步降低碳排放總量。通過對生產流程中的各個階段進行監控，並據此確定最節能的解決方案，未來的製造流程將引入更嚴格的控制舉措、幫助企業將能源消耗量控制在最低水平。
5G工廠，即將全面來臨
製造業已經在5G創新方面取得喜人的進展。實際上，5G支持工廠的首批示例就源自5G基礎設施製造領域。愛立信公司在得克薩斯州路易斯維爾市最新建設的智能工廠已經於2020年3月生產出首款5G毫米波基站，並計劃在今年之內實現生產線的全面運營。
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