5G發令槍已打響，將給工業界帶來怎樣的變革？

“現在正值變革時刻！”

伴隨著諾基亞通訊業務（Nokia Networks）副總裁Thorsten Robrecht的宣言而來的，是諾基亞為世界最大工業展覽會送上的厚禮：5G網絡。

2019年4月1日至5日，一年一度的漢諾威工業展再度拉開帷幕。不同於往年“人機協作”、“創造價值”等充滿工業味的主題，今年的展會緊跟時代潮流，人工智能和5G技術兩大主題被列為實現工業4.0的關鍵技術，並佔據了展會最黃金的位置。

在別稱“5G競技場”的16號展廳，諾基亞和高通聯合建設了一個足以覆蓋整個展廳區域的5G網絡。這是德國境內第一個覆蓋5G網絡的展廳。諾基亞則計劃在2020年將5G網絡覆蓋整個漢諾威展區。

與4G網絡單純提升消費者移動端的網絡體驗不同，5G網絡除了將服務於消費端，它的巨大潛力還將給整個工業界帶來深刻變革。

從智能工廠到工業物聯網，甚至是自動駕駛，工業數字化時代的幾乎所有應用場景，都對實時無線通訊提出了極高的要求。如果沒有高性能、低延遲、高容量的5G網絡，這些技術只能永遠停留在試驗室之內。

通過5G網絡切片而劃分出的eMBB（增強移動寬頻）、mMTC（大連接物聯網）和URLLC（低時延高可靠通信）三大應用類型，更是為需求極為多元化的工業界提供了更廣闊的選擇。

“5G通信標準推動了工業技術的創新浪潮，唯有通過5G才能發掘工業4.0的潛力，”漢諾威工業展主辦方德國會展公司（Deutsche Messe AG）董事長科克勒（Jochen K?ckler）在開幕前的預熱環節上說，他將工業界比喻為5G世界的半壁江山，“現在，來自世界各地的訪客可以在漢諾威親身體驗5G給工業世界帶來的可能性。”

借助諾基亞建立的5G網絡，包括蔡司、博世力士樂在內的多家工業數字化先驅在“5G競技場”內，向公眾展示了八個5G網絡的工業應用場景。

“漢諾威工業展展示的不僅是5G網絡在工業領域的巨大潛力，本次展會也將打響工業5G的發令槍。”這不僅是會展主辦方的官方表態，諾基亞副總裁Robrecht也深信，“5G競技場”中的技術將是兩年後工業世界的縮影。

光學傳感器得以實時數據處理和可視化

在“5G競技場”的入口處，是蔡司公司（Zeiss，下稱蔡司）帶來的基於5G、針對汽車白車身的在線過程控制（inline process control）解決方案。

與以往汽車生產線上的抽樣檢測不同，蔡司力求通過全樣本分析，為汽車製造商帶來100%的產品合格率。利用多個不同的在線光學傳感器，產線上白車身關鍵部位的鈑金厚度、鈑金接縫寬度、表面粗糙度、雷射焊接點質量等多個指標被詳細記錄在案，而這些傳感器被蔡司整個封裝到名為Zeiss AICell的光學傳感器模組之中。

該模組中最核心的點雲傳感器ZEISS AIMax，更是能構建高精度的複雜三維形體。

為了傳感器模組，特別是點雲傳感器記錄下的大量高精度數據，能夠實現實時的數據處理和可視化，5G是最佳也是唯一的解決方案。

Zeiss AICell配備的5G模組可以通過5G網絡，將所有數據實時傳輸至便攜式監測平台APP。質量工程師不僅可以實時監控流水線上每一個部件的性能參數，還可以將數據和數據趨勢反饋給產線上包括衝壓、雷射焊接等所有的前序工位。

蔡司展示的在線過程控制解決方案。 攝影：錢伯彥

正如蔡司工業質量解決方案業務負責人之一的Kai Udo Modrich所言：“得益於5G網絡的高帶寬和高速性，工廠內可連接設備的數量將大大提高。傳感器數據、質量數據和流程控制指令數據的互聯，不僅使機器能互相交流，也促使我們客戶生產更彈性化、更高質量化、更個性化以及更智能化。”

蔡司的展台負責人員向界面新聞記者表示，如今傳感器模組的5G主要用於數據可視化，下一階段的目標是通過邊緣計算，對傳感器數據進行深度分析。除了將質量指標進行全產線共享外，傳感器模組甚至將有能力進行深度學習，通過自適應標定來不斷優化傳感器自身的參數設置。

提高3D印表機器人精度、降低成本

與蔡司專注於汽車領域的大批量生產不同，博世力士樂（Rexroth，下稱力士樂）則將5G技術應用於個性化生產上。

在力士樂展台展出的是該公司和著名3D印表機廠商BigRep公司合作的、配備5G模塊的3D印表機器人。

力士樂一直視3D列印的增材製造工藝為工業4.0時代的核心技術。該技術除了省卻大量的模具開發時間外，匹配個性化需求、節省材料等優點都完美契合了新時代特點。

但3D列印與一次成型不同，層層增材的製造特點，對3D列印槍頭的精度要求很高。去年年末，力士樂和BigRep已合作研發了配備CNC控制系統和驅動器的3D印表機，以解決高精度問題。如今，憑借5G網絡，兩家公司的高精度之路又往前邁了一大步。

博世力士樂帶來的3D印表機器人原型。 攝影 錢伯彥

與以往將控制器、驅動器和運算設備一並集成在機身的3D印表機器人不同，該款3D印表機器人配備了圖像傳感器，並能通過基於5G網絡的工業以太網，將傳感器數據傳輸至雲端（邊緣雲），之後通過雲端的控制算法進行圖像識別，再對控制器進行微調。該微調量作為控制系統本身算法的補充，能夠最大程度壓縮製造誤差的產生。

此外，通過將數據處理功能轉移至雲端而節省下的空間，也為安裝更多模塊化的傳感器留下了空間，不僅能夠進一步提高精度，還可大幅降低3D印表機器人的複雜程度和採購成本。

3D印表機器人所收集的數據，還可以通過5G網絡傳輸至便攜式控制單元，除了實現和蔡司解決方案類似的數據可視化之外，圖像識別功能也使這款3D印表機器人日後升級為一款協作式機器人成為可能。

讓協作機器人不到3秒作出反饋

真正意義上的協作機器人（Cobot）則來自本次展會主賓國瑞典5G設備製造商巨頭愛立信。

在前兩屆工業展上，日本歐姆龍公司展示了一款名為Forbheus的兵乓球教練機器人。但此次具備5G模塊的協作式機器人卻是首次亮相。

在8號展廳的愛立信展台，曾經單調的迎賓任務，現在交由這樣一位協作式機器人來完成。當訪客向迎賓機器人伸手時，機器人身上的傳感器會將采集到的數據，通過5G網絡實時傳輸至計算設備，再利用人工智能算法確認訪客手部的位置，並為訪客遞上一顆薄荷糖。

默克爾和愛立信協作機器人的互動。圖源：德國商報

這個看似極其簡單的功能背後，卻對實時性提出了極高的要求：不到3秒的機器人反應時間，加上無時無刻待傳輸的圖像數據，目前的LTE網絡顯然無法勝任這個要求。

這個簡單的功能同樣引起了汽車巨頭的極大關注。

作為合作夥伴，奧迪汽車的代表也出現在了愛立信的月台之上。2018年8月，奧迪和愛立信簽署了諒解備忘錄，計劃在位於因戈施塔特（Ingolstadt）的奧迪總廠測試5G網絡。

目前，奧迪已在生產試驗室試點基於5G的工業物聯網以及協作機器人，並希望以此替代生產線上的部分人工操作。

奧迪公司CIO Frank Loydl之前表示：“這個項目帶來了巨大的可能性，在汽車產線上引入5G網絡，能夠提升效率、創造新的價值，如果一切順利，5G網絡很快將覆蓋整個廠區。”

除協作機器人外，愛立信還在27號展廳和16號展廳分別展示了歐司朗智能工廠的案例以及未來5G城市模型。

在歐司朗位於巴伐利亞的Schwabmünchen工廠，愛立信正和德國電信合作，計劃在明年建成覆蓋全廠的5G網絡。此前，歐司朗借助LTE網絡已經實現了部分廠區內無人駕駛的零件物流運輸系統。愛立信的5G城市模型則展示了4G/5G混合組網模式以及未來可能的5G接入網（RAN）架構。

愛立信的5G城市模型。 攝影 錢伯彥

對於以“隱形冠軍”為傲的德國人而言，5G網絡不會也不應成為僅有大企業才能掌握的技術。

展會上，德國的中型企業Weidmüller也展示了該公司過去兩年以來研發的自動實時焊接監控系統。該系統可以將檢測到的焊縫質量數據，通過5G網絡實時上傳至邊緣計算模塊和便攜式可視化APP。現場工程師可根據數據挖掘的結果，調整雷射焊接的功率，以確保焊縫質量。

此外，5G產業自動化聯盟5G ACIA（Alliance for Connected Industries and Automation）和德國帕德博恩大學（Uni Paderborn）也在“5G競技場”詳細介紹了新版的《5G工業化白皮書》。白皮書中除了展示十餘個5G工業應用的潛力，還針對中小企業的實際需求，著重強調了5G小基地台、波束賦形、端對端等技術優點，以期5G技術能夠為中小企業帶來更大的競爭優勢。

主場作戰的西門子也帶來了自己的5G工業應用。借助5G網絡，配備CP 1545工業以太網通訊模塊的SIMATIC S7-1500，可以實時和西門子的MindSphere進行數據傳輸。 攝影：錢伯彥