2019-08-13 05:52:46
5G将成为未来工厂的中枢神经，問題只是谁會是下一个快手和苹果。
文/微胖
来源：机器之能（ID:almosthuman2017）
武汉市江夏区的藏龙岛，尽管距离人们熟悉的光谷很远，但与喧闹的核心商圈不同，这里四面环湖，绿树成荫，风景优美。
中国信科虹信通信天馈生产基地正坐落在这里，它也是华中地区规模最大的无线产品制造基地。
今年4月，中国第一条5G智能生产线正式在这里启动。
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一个人、4分钟、一件5G天线
八月，酷热难耐，不过一进入车间，二十多度的室温让人立感清凉。
目前，工厂的一楼车间仍然负责4G天线生产。除了车间顶部悬挂着的5G信号的标识，这里和笔者参观过的其他制造工厂，并没有太大区别：
几乎每道工序都需要数名身着工服的工人，除了最后的包装环节——在车间的另一边，一台安川电机的机械臂安静地站在铁笼子里，随时待命。
虹信的工作人员告诉我们，4G天线生产过程的非标性比较高，也需要更多的人工。将这类生产线改造成5G智能生产线，也并非不可行，只是面对动辄数百万的改造投入，每个公司都会三思而行。
二楼车间经改造后，成为中国第一条5G智能生产线所在地。目前，这条生产线主要用于5G天线的生产。5G天线，是5G设备的一个核心部件，本質上是一種能量轉換器，主要放在室内和室外基站当中。
5G到底能给哪些行业带来什么样的利好，仍然不明确，但对5G基础设施的生产，比如天线、基站来说，这种利好几乎是明确的。据说，相关市场规模应该有万亿级别。
一位在某运营商的员工曾告诉机器之心，4G时代，单幅天线的价格大概在2000元左右，5G天线的价格可能飙升到7000多，因為你沒辦法向過去一樣單買天線，
“5G天线是有源天线，处理单元和天线被绑到一起了。”
尽管运营商們的4G投入还没回本，5G的投入翻倍甚至更多，“你知道5G有多耗电？！光电费每年就要花去1个亿，”但是，“咬着牙也得继续投啊。”
来到二楼，首先引入眼帘的便是牆上的一个巨大屏幕。屏幕上方赫然显示智慧工厂管理平台几个大字。
我们不仅可以在屏幕上直观地看到诸如人员监控、天线生产质量、生产周期等情况，还可以看到被监控5G智慧车间设备的实时三维建模。
在屏幕的右下角，一楼车间情况也处于实时监控中。虹信曾对比过4G和5G网络条件下的实时监控，结果显示 5G时延明显低于4G，大约在半秒左右。
遗憾的是，拜訪的當天正逢5G智能生产线进行2.0升级，无法进入车间参观，但透过窗户，仍然可以看到一条长约三十米的生产线。
这里的“冷清”与一楼车间形成鲜明对比，由此產生的冲击力，更容易让人印象深刻。
我们从现场工作人员的介绍和网络相关直播视频中了解到，这条生产线主要包括以下几道工序：
隔离条装配、自动焊接、振子自动上料、焊接、视觉检测与性能检测等。
整个流程，仅需要一名工人，主要负责向传送带上料（比如电路板、配件），以及装配隔离条。
工人将隔离条装配好后，系统会利用1分钟左右的时间升温到100度，进行预热。接着，两条平行摆放的爱普生四轴机器人以神同步姿态，焊接隔离条。
生产线上，每条焊笔上都安装有天线，主要通过5G工业无线互联网进行数据采集和控制。为了保证焊接精确性，机器臂通常会带传感器，对焊接电流检测并与设定值比较，进行补偿和调整。
传统上，这一环节大概需要4名工人，现在只需两条机械臂，每一条机械臂相当于一个工人。无论是焊接一致性还是精度上，机器人都更胜一筹，据说，机器人操作精度可达0.02。
其实，AI在工业互联网领域寻求落地的过程中，一个很受欢迎的应用场景正是机器人自动焊接。
机器人焊接也难免出现偏焊、气孔等不足情况，一些AI公司利用单点设备高频次7*24小时产生数据的形态建模，实时追踪设备焊接缝轨迹，发出警告甚至做出相应控制。而传统的做法通常是焊接完毕后，人工检查，难以做到亡羊补牢。
虽然笔者并未从虹信相关工作人员了解到这一焊接环节是否用到AI，但是，5G的搭建至少意味着更加丰富的实时数据，这类工业数据更容易建模，或許AI应用會出現在正在升級的2.0版本中。
焊接完成后，接下来进入让密集恐惧症患者很不舒服的环节：
四轴机器人自动上料，将振子一颗一颗地放到板子上並進行焊接。
所謂振子，其實就是天线上的元器件，具有导向和放大电磁波的作用，使天线接收到的电磁信号更强。每个振子都是独立实现功能。
4G天线也有振子，但是数量和规模和5G天线已经不是一个量级。
比如，现有的4G天线一般为10-40个天线振子（根据通道不等），而目前设备商测试64通道天线大都采用96个双极化天线振子，即192个天线振子。
這也正是5G天线核心技术之一——MassiveMIMO（大规模多阵列技术）的物理體現。
据介绍，机器人焊接零缺陷，人工会存在10%左右的不良率。振子焊接好后，会进入自動视觉检测環節。檢測完畢，系统就要對每个振子射频口进行天線的並收並發性能進行测试。一件5G天线的生产时间大概仅需4分钟。
大规模阵列天线板产品实例不過，目前生产线上的每台设备对5G信号的使用，都需要通过一个叫做CPE（CustomerPremiseEquipment，客户终端设备）的中介。
车间5GCPE一方面與核心網絡連接，接收5G网络信号並以此建立Wi-Fi网络；
另一方面，也与工业物联网相连，车间所有信号传递给CPE，再由CPE传递给核心网络。
CPE只是5G尚未商用普及开来的過渡產品，也意味着当前方案还没有彻底发挥5G的威力。
據介紹，这条5G智能生产线一天的天线产能可供给100个基站：
如果按照5G信号覆盖一公里需要10到20个基站来算，这条生产线一天的产能可以让5G信号覆盖方圆10公里。
“而同等产能的4G天线设备生产线，需要30名工人协同作业，生产效率提升30%以上。”这是官方报道中给出的数字。
目前，工厂仅设有一条5G智能生产线。考虑到生產線从建成到真正投产，中间还有好几个关卡，也没有诸如良品率之类的数字，笔者以为，目前这条生产线的试验性质更浓一些。
一位通信行业的从业者试着解释道，主要是因为5G标准还没有完整出来，還要等到明年三月。
“标准出来后再等半年，商用才有可能起来。”
屆時可以再根据实际需求加以复制、扩充，包括当前没有展示到的物流自动化方案。
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5G，噱头还是刚需？
每当看到类似5G工业落地的消息，心中总会升起一个问题：
现有的4G和有线解决不了這些问题吗？
事實上，不少人也表示看不出5G對工廠的變革意義。他們認為，有线网络比5G更快也更安全，控制部分加上无线模块，4G也能满足。
这一逻辑貌似有道理。
就拿这条5G智慧生产来说，无论是自动焊接还是上料，有线方案足以满足需求。即便加上AGV移动机器人，接入WiFi就可以。
即便是二楼门口的工厂管理平台，严格说来，与5G关系不大，是一个大数据、云计算相关的IT问题。即使没有5G，工厂还是可以建造这样的系统。
一位运营商5G部门负责人曾告诉机器之心，现有的工业场景，只要不是很极端的需求，4G和有线都可以做。即使是港口远程操作，也可以牽光缆，
“可以一边卷，一边用。”在他心目中，无人驾驶才是5G的杀手级应用。
然而，这并不是一个讨论问题的正确思路。
正如R、G、B才能打出彩色画面，讨论5G的价值，單純的技术纬度，是不够的。落地的成本、与产业未来趋势能否兼容的灵活性等因素，均会影响技术对未来的变革能力。
先来看有线方案的主要问题。
不是每个企业都是土豪。某龙头化工企业的生产流程非常严格，企业拥有数以千计的数据采集点，一旦检测到数据异常，必须在规定时间内启动应急控制。因此，分布在广大园区不同地方的大量数据采集终端，采用了有线连接的方式，仅线缆部署工厂就花去了近百万，这还不考虑后期的维护成本。即便安装好后，一旦出现故障，事后排查也十分困难。
某港口为了实现远程控制，不仅需要铺设有线，日常作业还要反复卷、放光缆，非常折损缆线。再土豪的企业恐怕也经不起长期类似的损耗。
更何况，并非所有的工厂环境適合铺设有线，比如腐蚀性环境。
另外，有线最为刚性的需求就是实现工业设备内的控制，这是当前4G根本无法满足的，无论是时延还是安全方面。
但是，随着生产制造走向柔性，需要非常灵活地根据需求改变设备部署的形态，改变机房模具，如果设备都被绑在有线上，柔性从何谈起？5G可协同大小基地台工作，完全不受这个限制。
WiFi的局限性，就更明顯了。
除了满足不了工业设备的控制需求，即使面对需求很佛系的AGV，也有很多問題。
比如，干扰非常多，信号不稳定，安全性不可靠等等。如果是基于视觉定位和视觉控制的移动机器人，由于其对画面精细度要求会非常高，会超过WiFi的能力范围。
儘管在一些特殊场景下，比如矿厂开采、港口作业，优化后的WiFi还能用，但也限制了机器的“才艺展示”：
比如，只能处理自动化中那些简单、重复性的任务；在一些远程控制作业中，由于只能支持中等质量视频的传输，限制了远程控制的能力。5G条件下，下载一部高画质电影只需一秒钟，做到现场及时监控完全没问题。
另外，由于WiFi并不是为户外大区域覆盖设计的，连接能力有限，也限制了新增连接其他自动化机器设备的可能。
讲到这里，或许大家会发现一个很有趣的现象：工业物联网其實包含著各種不同的網。
除了我們剛才談到的有线、WiFi，其实还有用于采集传感器信号的短距无线(比如蓝牙）；
彼此难以兼容、非常窄的工业专网（如WIA-PA/FA）；
还有以2G/3G为主，用于大型设备或者远程监控。
每个设备服务的目的不同，对网络的需求自然各异：工业设备控制对时延、安全要求高，但那些安防监控设备，可能更关心电池能用多久。
没有一个网络可以满足所有这些需求，除了5G：
這些诉求不同的无线网络，基本上可以被替代成一张5G的核心网。這也是5G最核心技術之一。
5G就像一把瑞士军刀，其模块化设计可以帮助它实现功能上的因地制宜：
比如工业自动化控制、机器人协作、远程控制对可靠性、时延要求很高，可以将这类设备接入控制网络（切片）；
物料和环境监控，对電池能耗、海量连接更敏感，可以接入物联网网络（切片）；
工业AR、人机交互对带宽要求高，可以通过多媒体切片来满足。
这就是5G的切片功能，不同功能通道彼此独立，互不影响。
在改造过程中，虹信架设了30个5G室内小基站（室分），每个可以覆盖半径30米的范围，进而实现对生产车间的全覆盖，所有对象统一接入。
一间工厂要自动化，需要大量网络流量，如何解决大量设备吃流量的难题，答案就是这些小基站。
不过，当下的5G切片，更多只是主观上的一种有意为之，毕竟現實场景中，还没有海量设备来吃流量。
“5G无线+5G边缘计算+移动云平台”组网模式。3
真正的亮点
除了架设了30个室内小基站，项目还在虹信机房部署移动边缘计算节点，实现了5G流量的本地卸载，保证了网络的低时延。
同时，可以作为工厂内外网的统一管理节点，实现内外网流量的灵活分流，保证企业关键信息安全。
這也是中信科自己的技術。在一些通信行業從業者心目中，无论是4分钟的生产时间，还是全程几乎无人，都不足以媲美边缘计算，
“我覺得這才這個項目最大亮点。”
5G有两个关键技术，网络切片是一个，另一个就是边缘计算。谈5G不谈边缘计算，是有问题的。
5G时延最低可降至1ms，仅指终端设备与距离最近基站之间的通信。基站之间的传输效率就是另一回事了，数据传到核心网络再返回，其时延不可能控制在1ms。
這意味著，只有在靠近数据产生的工厂附近，再建立一个小规模、或者便携式数据中心，进行一些计算和存储的工作（也就是所谓的核心网络功能的下沉），大量数据就地得到處理，才可能真正实现工业所需要的低时延。
事實上，工廠產生的很多数据也没必要传到核心网络，挤压资源，耗費金錢。
比如，工厂布了幾百個高清摄像头进行监控，摄像头产生的数据不仅特别多，也没必要出厂。类似这种需要高清摄像或者大流量业务的监控类业务，非常適合边缘计算。
另外，对于絕大多數工業企業來說，边缘计算中心就设在厂区，大部分的数据就在自己厂区里面，意味著数据泄密和发生安全风险的概率大大降低。這也是他們喜聞樂見的。
憑藉更实时、更快速的处理能力，成本更低，邊緣計算成為5G的當之無愧的殺手鐧。
除了在工廠附近建立了邊緣計算，虹信還在湖北移动未来城IDC的云服务器上部署了云平台，与边缘计算和公网实现了互联。
云上部署企业工业互联网平台，为产业链协同提供了网络条件，并且与企业内现有业务系统实现灵活互联。
至此，形成“5G无线+5G边缘计算+移动云平台”组网模式，也是一套可複製模式。
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我们是一个技术驱动的行业
“我们这个行业和其他行业最大的不同就是，我们是技术驱动的。”一些通信行业从业者和我聊到道，“我们只管修路，把路修宽，至于这条路最适合什么样的车，那不是我们关心的。”
他们反复强调5G标准还没有完全出来，现在去回答一些预测性问题不合适。不过，有趣的是，他们仍然乐于回答带有预言性质的问题。
“5G场景最为硬核的行业应用会是什么？”我问道。
所有人将选票投给了自动驾驶，大多人也将第二票投给了工业物联网。
3G和4G实现了地球74亿人口之间的连接，但是，這和千亿规模工廠設備连接比起来，就不算什麼了。
当初研发4G时，有人曾經疑惑過，这么大的带宽，研究出来给谁用?怎么用？誰也未曾预料到短视频出现。3G也是如此，谁知道会孕育出一个苹果帝国呢？
“5G将成为未来工厂的中枢神经”，这是大多数人的回答。問題只是，谁會是下一个快手和苹果。
