工業機器人注入5G技術 未來工廠不是夢
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％。圖／摘自官網 西門子5G醫療遠程超聲解決方案。圖／新華社
隨着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認爲，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，爲因應這種需求，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。
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、衆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、雲端平臺，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，爲了讓AMR能夠自由行駛，需要藉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，會有數臺到數百臺AMR在相同空間（例如工廠或倉儲區域）內行動，因此需要藉助中央車隊管理系統及無線通訊來指揮AMR，5G將成爲協助提升AMR性能與提升車隊管理效能的重要無線通訊應用方案。
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）評定爲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。
對臺灣產業來說，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。
（本文作者爲工研院產業科技國際策略發展所經理熊治民）