隨著5G、AI人工智慧新科技的快速發展,未來工廠將不再是夢想!德國工業4.0先驅企業Bosch Rexroth認為,未來工廠的產線與設備配置將具備高度彈性調整特性,以便支持高度客製化產品製造。在未來的工廠中,只有牆面及屋頂固定不動,其他設施都有經常移動的必要,為因應這種需求,未來工廠需要高效能、變動彈性大的無線通訊裝置,來配合各種可移動式設備。

5G通訊將助力製造領域

更具競爭力

另一德國工業大廠西門子在2019年漢諾威工業展中,也展出「從自動化到自主式生產」的未來生產情境:零組件與半成品,以及組裝用的機器手臂都放置在自主移動機器人(AMR)上,這些AMR會依據生產需求,將零組件與半成品、機器手臂聚集到人員工作站旁,再透過人機協作方式完成產品製造組裝。

工研院的觀察,相較於現行4G通訊技術,5G技術具有超高頻寬與高速(eMBB)、超高可靠度與低延遲(uRLCC)、大規模通訊(mMTC)等三大優勢。

基於這些技術優勢,未來5G通訊在製造領域的利基應用包括:機器人控制(特別是移動機器人)、擴增實境與虛擬實境應用、品質檢測與設備即時控制回饋,以及環境與人員狀態監控警示。

其中,在機器人控制應用上,製造領域工業機器人的發展趨勢包括與多種感測裝置(例如視覺)整合、結合邊緣(機器人本體)與雲端控制、透過機器學習自主更新功能、強化與人機協作時的安全性、眾多機器人間協同合作,以及自主移動。而要實現這些功能與應用,則需要穩定、高速、低延遲的無線通訊環境與周邊配合,5G就是最具潛力的無線通訊解決方案。

工業機器人結合5G通訊

展三大效能

工業機器人結合5G的具體效能包括:第一、快速建立、更換、強化個別機器人的能力,以及多個機器人之間的協同工作能力。結合5G、物聯網、機器學習、雲端平台,能針對不同的產品與製程需求,快速更新控制軟體,以及將個別機器人的機器學習結果、新的控制方案與技能,傳遞給其他機器人,位於同一工廠、產線上的機器人,也能以5G相互傳遞資訊,形成更具效能的整合式工作系統來完成任務。

第二、提高機器人與人類協作時的安全性。透過5G通訊,機器人能將多種感測資料傳遞到遠端伺服器或雲端處理後,依據反饋控制來確保周邊合作人員的安全。此外,透過遠距即時控制,讓機器人能在特殊環境(例如高溫、高壓、輻射等)中長期工作。

第三、提升自主移動機器人(AMR)的性能與進行車隊管理。相對於傳統需要預先設定磁軌與標誌、只能在固定線路運行的無人搬運車(AGV),AMR能在設定的空間中自由行駛,應用彈性大幅提高,為了讓AMR能夠自由行駛,需要借助無線通訊來感測環境、處理資料與即時控制,以便在設定的空間內自動導引、避免碰撞。此外,在多數應用場域,會有數台到數百台AMR在相同空間(例如工廠或倉儲區域)內行動,因此需要借助中央車隊管理系統及無線通訊來指揮AMR,5G將成為協助提升AMR性能與提升車隊管理效能的重要無線通訊應用方案。

借鏡國際

期待台灣5G生態系發展

目前國際已經有許多5G通訊應用於製造業的案例,例如,諾基亞位於芬蘭Oulu的智慧工廠,導入許多工業4.0與5G應用方案,使整體生產力增加30%、新產品上市時間縮短50%。諾基亞這座工廠已被顧問公司麥肯錫與世界經濟論壇(WEF)評定為全球智慧工廠典範的「燈塔工廠Lighthouse」之一。這座工廠導入多種結合4G、5G通訊的智慧製造方案,包括物聯網分析、邊緣運算、數位分身(Digital Twin),以及AGV、工業機器人、機器視覺人員輔助、AR等。

對台灣產業來說,5G可改善部分智慧製造應用方案運作效果,加速智慧製造實際應用的擴散,製造業也是5G未來重要的垂直應用領域,可透過相關應用方案推動,協助5G生態系發展。

(本文作者為工研院產業科技國際策略發展所經理熊治民)

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