未来制造业中的5G：新的无线标准将如何加速自动化进程？

未来制造业中的5G新的无线标准将如何加速自动化进程？3 PwC 5G in manufacturing概要第四次工业革命（4IR）所依赖的技术大多已经完备 —— 至少从理论角度而言。先进的机器人技术和3D打印、人工智能（AI）和机器学习、高级传感器和物联网（IoT）、云计算、虚拟和增强现实、先进数据分析 —— 这些技术无论是应用于供应链、生产过程还是提供给客户的产品和服务，大多数制造企业都认同这些技术的价值，但目前却很少有企业在整个运营过程中押下重注来部署这些技术。普华永道与美国制造业协会在2019年的研究表明，超过半数的制造商仅处于尝试新兴技术的起步阶段，有的甚至远未启动。如今，超高速、超灵活的5G无线通信技术已经在全球各地开始应用。5G技术将会带来高度可靠、几乎瞬时的数据连接 —— 这是支持智能工厂、互联供应链和物联网赋能产品等愿景的关键组成。5G也许无法立即提升4IR的内在生产力，但无论哪个制造商都无法忽视它的潜力，在不久的将来，5G将助力工厂实现许多新技术和新流程的应用。3 未来制造业中的5G畅想智能制造现代工厂已然是一个高度复杂的环境。即便不是现实情况，4IR有望推动各种组织在制造业实现全方位的数字化。先进的机器和机器人装载了大量传感器，这些传感器与云端的高性能分析引擎相连接，完成对设备性能的评估，管理生产计划，保证供给并安排工厂内的各项活动。想象一下5G网络是如何改造工厂的：5G的网速高达10Gbps，远超wi-fi，而且其接近于零的延迟将会减少人们先前对于无线协议的速度和可靠性方面的担忧。摆脱了有线网络，5G将带来更高的灵活性，支持高速的制造环境。与有线网络或以前的无线设备相比，部署了5G网络的工厂可以将更多传感器纳入网络连接，最终实现万物互联（详见表1）。来源：普华永道表1. 5G的技术规格远远超过其他无线协议指标延迟描述Wi-Fi620 毫秒（ms）4G30–50毫秒5G1–10毫秒可靠性/可用性在不丢包的情况下，网络在信息源和目的地之间传输数据的效率如何99.99%99.99%99.99%吞吐量在给定时期内，数据从一处传输至另一处的理论最大数据量300 Mbps –1 Gbps速率（项目驱动） 每个用户或设备的预期实际速度20–50Mbps高达1Gbps连接密度单位区域内连接的设备数每单位8台能耗耗电量水平比较中等高数据发送方和接收方之间的延迟——延迟越低，体验就越“实时”9.6 Gbps1 Gbps每单位12台每单位100台中等实时、大容量、低延时的应用10 Gbps4 未来制造业中的5G5G如何提高生产力？以下方面最有潜力实现优化：• 生产优化。实时获取设备、库存和生产的数据，使企业可以详细地分析生产模式。根据这些信息，企业就可以确定工厂生产活动的正确顺序，使流程最优化，同时有助于提高生产周期的流畅性，减少浪费。• 模块化工厂。 5G的大密度、高速度、高带宽和低延时将带来相当大的灵活性。制造工具和机器人得以迅速反复利用，提高了效率，从而创造一个能够实现大规模定制和按需生产的环境。• 企业连通性。5G有助于工厂的基础设施、运营技术和资源与企业IT系统的整合，优化工厂生产流程并实现远程控制。• 人机界面。5G的高速度和大密度可以为员工提供移动数据和可视化解决方案的手段，例如平板电脑和增强现实装备，让员工能与机器和产品进行可视化交互，从而将他们从固定的计算机终端解放出来。• 供应链整合。随着供应链透明度的提高，5G网络集成到工厂生产工具中可以保证快速、自动地补充零部件和供应物资，从而最大限度地减少生产延迟，提高效率。• 预防性维护。密集的传感器阵列能帮助企业即时监控生产设备的状态，反过来也使企业可以根据需要对设备进行定期维护，在问题出现前预测非定期维护的需求，也有助于综合设备供应商实施远程诊断。• 安全。各种传感器的应用和5G接近瞬时的响应时间，将营造十分安全的制造环境，现场所需的员工更少，紧急关闭信号响应更灵敏。以一家生产喷气发动机金属叶盘的德国制造商的经验为例。制造叶盘的过程漫长而复杂，导致次品率高达25%，而且在产品完工之前无法识别出有问题的叶盘。安装能够实时检测潜在故障的传感器，并利用5G网络将它们连接起来后，制造商就能够在故障发生之前停止机器。结果是：次品率显着下降，叶盘的单个平均生产成本节省了数千欧元。与有线网络或以前的无线设备相比，部署了5G网络的工厂可以将更多传感器纳入网络连接，最终实现万物互联。5 未来制造业中的5G评估面临的挑战关于未来工厂的畅想固然十分迷人，但想要实现并非易事。5G赋能自动化生产所面临的挑战主要有两个方面：即技术挑战和财务挑战。技术挑战自动化生产技术的复杂性是一个主要限制因素。普华永道最近对制造商开展的一项调查显示，大多数工业企业尚未部署与4IR相关的技术（详见下页，表2）。此外，即使是已经在新技术部署方面走在前面的企业，对于将其工厂完全转变为无线的生产环境仍然心存担忧。长期以来，制造商一直依赖于封闭、硬连接的工厂系统，因为这样的系统不存在可靠性和安全性的重大担忧。但是，在一个完全无线的生产环境中，这两点就成了迫在眉睫的问题。尽管5G承诺其可靠性，但对于任何无线系统而言，因为工厂车间是非常困难和嘈杂的环境。依赖于开放式云连接的无线系统不可能做到100%安全。虽然将5G网络作为一个完全封闭的系统来部署可以确保安全，但这意味着将失去云计算带来的速度和灵活性。最后，5G技术（和组成4IR的整套技术一样）又一次给制造商带来了一个长期性的问题：要如何确保这些新技术在未来几年不会被更好的技术所取代？当然，没有任何技术是亘古长青的，但数字化工厂的一个非凡优点在于，工厂所依赖的关键基础软件可以定期更新，这就减轻了对整个系统很快就会过时的担忧。的确，目前的趋势也是由完全集成、基于软件的平台来管理工厂，并且这些平台可以随着需求的变化快速启动和修改。7 PwC 5G in manufacturing17%23%表2. 产业供应链企业正通过人工智能、机器学习或深度学习等技术提升核心能力13%24%41%15%24%41%0%12%33%3%15%27%服务成本优化供应链分割端到端供应链规划智慧物流供应链透明度无数字化经验的企业所有企业拥有丰富数字化经验的企业6 未来制造业中的5G问：您将人工智能、机器学习或深度学习等技术应用于企业的哪些方面？受访对象：1,601家企业。来源：普华永道思略特2020年全球数字化运营调研43%7 未来制造业中的5G财务挑战决定是否部署5G或任何与4IR相关新技术的最关键因素往往是成本，这一点毋庸置疑。坦白地说，就是企业对5G网络的投资能否为其创造足够的价值，助其继续发展？决定工厂是否部署5G取决于三个相关因素。• 成本。部署5G的绝对成本取决于工厂的规模和业务范围。这不仅包括5G网络本身的能力，还包括需要联网的传感器阵列的范围，以及将5G技术集成到工厂基础架构过程中所要解决的复杂问题。• 效率。5G技术很大一部分财务效益来自预期的效率提升。普华永道最近对多个行业的高管进行了调研，了解他们对4IR影响企业运营效率的预期。（虽然这项调查是在2018年进行，但其结果在今天同样适用。）受访的高管们认为，4IR对其运营效率的总体影响