工业机器人注入5G技术 未来工厂不是梦
诺基亚位于芬兰Oulu的智慧工厂，导入许多工业4.0与5G应用方案，使整体生产力增加30％、新产品上市时间缩短50％。图／摘自官网 西门子5G医疗远程超声解决方案。图／新华社
随着5G、AI人工智慧新科技的快速发展，未来工厂将不再是梦想！德国工业4.0先驱企业Bosch Rexroth认为，未来工厂的产线与设备配置将具备高度弹性调整特性，以便支持高度客制化产品制造。在未来的工厂中，只有墙面及屋顶固定不动，其他设施都有经常移动的必要，为因应这种需求，未来工厂需要高效能、变动弹性大的无线通讯装置，来配合各种可移动式设备。
更具竞争力
另一德国工业大厂西门子在2019年汉诺威工业展中，也展出「从自动化到自主式生产」的未来生产情境：零组件与半成品，以及组装用的机器手臂都放置在自主移动机器人（AMR）上，这些AMR会依据生产需求，将零组件与半成品、机器手臂聚集到人员工作站旁，再透过人机协作方式完成产品制造组装。
工研院的观察，相较于现行4G通讯技术，5G技术具有超高频宽与高速（eMBB）、超高可靠度与低延迟（uRLCC）、大规模通讯（mMTC）等三大优势。
基于这些技术优势，未来5G通讯在制造领域的利基应用包括：机器人控制（特别是移动机器人）、扩增实境与虚拟实境应用、品质检测与设备即时控制回馈，以及环境与人员状态监控警示。
其中，在机器人控制应用上，制造领域工业机器人的发展趋势包括与多种感测装置（例如视觉）整合、结合边缘（机器人本体）与云端控制、透过机器学习自主更新功能、强化与人机协作时的安全性、众多机器人间协同合作，以及自主移动。而要实现这些功能与应用，则需要稳定、高速、低延迟的无线通讯环境与周边配合，5G就是最具潜力的无线通讯解决方案。
工业机器人结合5G通讯
展三大效能
工业机器人结合5G的具体效能包括：第一、快速建立、更换、强化个别机器人的能力，以及多个机器人之间的协同工作能力。结合5G、物联网、机器学习、云端平台，能针对不同的产品与制程需求，快速更新控制软体，以及将个别机器人的机器学习结果、新的控制方案与技能，传递给其他机器人，位于同一工厂、产线上的机器人，也能以5G相互传递资讯，形成更具效能的整合式工作系统来完成任务。
第二、提高机器人与人类协作时的安全性。透过5G通讯，机器人能将多种感测资料传递到远端伺服器或云端处理后，依据反馈控制来确保周边合作人员的安全。此外，透过远距即时控制，让机器人能在特殊环境（例如高温、高压、辐射等）中长期工作。
第三、提升自主移动机器人（AMR）的性能与进行车队管理。相对于传统需要预先设定磁轨与标志、只能在固定线路运行的无人搬运车（AGV），AMR能在设定的空间中自由行驶，应用弹性大幅提高，为了让AMR能够自由行驶，需要借助无线通讯来感测环境、处理资料与即时控制，以便在设定的空间内自动导引、避免碰撞。此外，在多数应用场域，会有数台到数百台AMR在相同空间（例如工厂或仓储区域）内行动，因此需要借助中央车队管理系统及无线通讯来指挥AMR，5G将成为协助提升AMR性能与提升车队管理效能的重要无线通讯应用方案。
目前国际已经有许多5G通讯应用于制造业的案例，例如，诺基亚位于芬兰Oulu的智慧工厂，导入许多工业4.0与5G应用方案，使整体生产力增加30％、新产品上市时间缩短50％。诺基亚这座工厂已被顾问公司麦肯锡与世界经济论坛（WEF）评定为全球智慧工厂典范的「灯塔工厂Lighthouse」之一。这座工厂导入多种结合4G、5G通讯的智慧制造方案，包括物联网分析、边缘运算、数位分身（Digital Twin），以及AGV、工业机器人、机器视觉人员辅助、AR等。
对台湾产业来说，5G可改善部分智慧制造应用方案运作效果，加速智慧制造实际应用的扩散，制造业也是5G未来重要的垂直应用领域，可透过相关应用方案推动，协助5G生态系发展。
（本文作者为工研院产业科技国际策略发展所经理熊治民）