衝出1.2兆美元產值 5G連線製造業 打造製程0偏差

能力雜誌 2019/10/05 16:15(38天前)
對製造業來說,如何提高生產力、降低成本,永遠是營運的重要挑戰。當更快、更即時的5G加入工廠,又將為工廠與製程按下哪些加速鍵?



【文/胡林 圖片提供/達志影像】

5G要改變娛樂、通訊及運輸業可能仍需好幾年時間,但它已在製造業發揮作用,因為5G網路速度比4G快100倍,使裝置和伺服器之間的通訊速度更快,又非常容易佈建在工廠等相對較小的區域,從而降低生產過程中的錯誤率,並提高生產力。的確,結合速度、實用性和潛在成本節省等優點,將促使工廠經營者比較願意嘗試5G。不久前,5G供應商愛立信(Ericsson)與德國弗勞恩霍夫生產技術研究所(Fraunhofer Institute for Production Technology)合作,在MTU航空引擎公司(MTU Aero Engines)的工廠內進行實驗,結果令製造業者振奮不已。
這座生產噴射引擎金屬葉片盤的工廠,採用「金屬銑削」製程,製作時間長達20小時,並需要進行極精確的切割,但製程的錯誤率高達25%。更令人沮喪的是,通常在完成前無法檢測到錯誤。但如今將5G感應器放在零件或工具上,就能即時偵測故障,錯誤率降低至15%,葉片的平均生產成本降低了3,600歐元。5G讓設備與伺服器的溝通幾乎沒有「延遲時間」,這也是它對製造商如此有用的原因。愛立信資深副總裁坦森斯(Åsa Tamsons)說:「由於5G只有1毫秒(千分之一秒)的延遲,你甚至可以在工具撞擊葉片前偵測到製程是否偏差,在出錯前停機。」
Award Solutions的行動無線技術專家崔帕西(Nishith Tripathi)表示,只有5G可以提供工廠所需的效能:「過去的4G根本無法完成這項工作,你需要5G的高速和低延遲。除此之外,還有2大功能讓5G成為工廠的理想選擇─網路相對容易安裝、能支援大量裝置。」
愛立信不是唯一實驗5G技術的公司,專門從事測試5G的「伍斯特郡5G集團」(Worcestershire 5G Consortium)與伍斯特博世公司(Worcester Bosch)合作,他們在博世工廠的機器上安裝數千個監測感應器,經過測試,發現工廠的生產率提高了幾個百分點,故障率也大幅降低。
德國汽車製造商奧迪(Audi)計劃在未來幾年內推出自家的5G網路,它將更快、更安全,可確保製造機器人和其他設備的運作。其他汽車製造商寶馬(BMW)、戴姆勒(Daimler)和福斯汽車(Volkswagen)可能也很快跟進。崔帕西說:「全息技術(Holography)、虛擬實境(Virtual Reality, VR)以及其他5G體驗的普及,我們還得等上好多年,但是對於製造業者來說,就是現在。」
5G網路必定改變許多產業,根據愛立信的研究,在2026年前,5G為各產業所帶來的產值達1.233兆美元,其中製造業就幾乎占了1/5,而愛立信也認為這項新行動網路技術將從下列5大方面啟動工業4.0。

1.工廠作業更靈活
連網的機器可以做的事比起傳統斷網的機器還多,然而,目前製造商基本上是使用乙太網路(Ethernet)和WiFi,並且才將要逐步採用4G LTE來連接工廠設備。但隨著5G網路的導入,操作員可以用網路無縫啟動廠區內外整組設備。自動化技術大廠ABB的數位長祖瑞特(Guido Jouret)說,「機器人只要配置可連接5G網路的SIM卡,作業員就能隨插即用,不需要特別建置新網路;同時,有了高速無線連線的工廠,機器人可以全年無休工作,生產效率將更高。」
5G網路不僅提高機器靈活性、生產力,其低延遲的特性,還使操作員能即時監控機器。愛立信研究中心的5G For Industry項目經理諾林(Mats Norin)表示:「機器可以更容易設定程式且更有機動性,迎接更多個性化的產品和與日俱增的需求。」

2.提高生產力
對於製造商而言,提高生產力可以節省成本。5G網路可在每平方公里佈建多達100萬個感應器,且依舊能提供低延遲的即時資料,從而提高生產效率。例如:愛立信和德國弗勞恩霍夫生產技術研究所合作,將MTU航空引擎公司的流程設計階段縮短了75%。此外,5G網路的低延遲改進了對製程的監控,避免失誤;在短短幾毫秒內,操作員知道何時需要更改機器參數。愛立信指出,根據其實驗案例的經驗估計,每年可為1座工廠節省2,700萬歐元。實際上,工廠流程越複雜,自動化就越能節省成本。科技管理諮詢公司Arthur D. Little的管理合夥人威拉格(Bela Virag)認為,當需要運輸的零件、生產步驟和連結的供應商越多,導入5G網路的好處就越大。

3.即時預測性維護
機器故障而停產所造成的損失,從數千到數百萬美元不等。但5G網路驅動的預測性維護,可以協助避免這項損失。伍斯特本地企業合作夥伴關係(Worcestershire Local Enterprise Partnership)主席和密德蘭引擎(Midlands Engine)的5G領導人史坦斯菲爾德(Mark Stansfeld)表示:「5G的低延遲特性真的很重要,因為1部過熱的機器,只要幾秒就會造成數十萬英鎊的損失。」
PwC表示,幾近100%的製造商希望藉數位科技來達成「預測性維護」,用以提昇效率。採用機器學習(Machine Learning)和分析來改善預測性維護的製造商,預計在未來5年內將增加38%。結合5G無線功能,製造商可以更簡單、更有效的進行預測性和預防性維護。研究並顯示,在橫跨多個製造場所中提高檢測故障的準確性,可降低50%或更多的成本。

4.量身訂製的連線
對製造商來說,管理網路連線也是一筆支出,而且難免有安全疑慮,尤其是對於工廠內的關鍵操作。但若能根據不同機器和操作的特定需求,量身訂製產能、速度、覆蓋範圍和加密,可以提高安全性並降低成本。愛立信和英國電信進行的一項研究發現,與傳統網路相比,網路分段(Network Slicing)是物聯網服務提供的最佳和最經濟的模式,可以提昇150%的經濟效益。
英國創新中心Digital Catapult的5G技術主管卡列許(Dritan Kaleshi)說:「分段(Slicing)為製造商提供了1個可以完全控制的專用系統;它提供可靠的通訊、服務品質保證,以及由運營商絕對控制的雲端運算。」
雖然專用網路已經存在,但5G網路更容易分段,工廠甚至可以依需要提供額外的網路片段以支援不同產量。NOKIA 5G市場開發部的艾略特(Jason Elliott)解釋道:「製造商只要支付他們所需的費用,長期來看更省成本。」

5.提昇供應鏈管理
包裹在運送時,可能經過許多人的手和檢查點,因而衍生了供應鏈的責任、所有權和保險問題。如果包裹受損,何時發生的?誰該負責?運送路線的能見度,對供應鏈管理至關重要。不幸的是,利用現代追蹤方法,例如:QR Code和無線射頻識別(Radio Frequency Identification, RFID),通常只會在送達時記錄位置和時間,一旦發生損毀,很難認定是在運送過程的哪個階段發生。
現在,智慧包裝已獲重大進展,下一代無線通訊技術可以將包裹追蹤提昇到新的層次。在包裹上安裝5G感應器,供應鏈的利害關係人可以找到包裹的即時資訊,包括位置、溫度、重量及濕度等,無需費時費力的手動檢查。

【完整內容請見《能力雜誌》2019年10月號,非經同意不得轉載、刊登】

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