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【5G 智慧製造新力量】智慧工廠部署時間從 3 個月降為 1 週!海爾集團怎麼辦到的?

【TechOrange 編輯部導讀】
隨著人工智慧、雲端與自動化技術不斷演進,智慧製造正在進入下一個關鍵階段。《TO》精選了世界數家智慧工廠案例,帶領讀者一起了解最先進、最高效與最為永續的新製造面貌。
以下,是全球首個 5G 智慧工廠之一的重要參與者——海爾集團(Haier Group),也是中國智慧製造的絕佳案例,他們如何打造出最合乎現代製造需求的 5G 智慧工廠?

當 5G 智慧工廠遇上了家電製造,會「生產」出什麼有趣的火花?

被《財富》評為全球前 500 強、中國最大製造商之一海爾智家(隸屬於海爾集團 Haier Group),總部位於中國山東省青島市,專門生產消費電子產品和家用電器,曾連續十年在全球大型家電零售額中排名第一。

自 2019 年海爾與中國移動(China Mobile)、華為、Mstar 聯手,共同推出全球首個 5G 智慧工廠的前沿解決方案之一,海爾智家在工廠逐步實現了智能化、綠色製造的戰略目標,影響層面從品質檢測、設備維護、機器協作、物料運輸、能源管理,到園區安全,透過 5G 技術成功提高了生產效率和產品品質。

5G 結合機器視覺、機械手臂,家電產品缺陷偵測效率大提升

海爾的 5G 智慧工廠解決方案,具體來說是把 5G、邊緣運算、機器視覺、AI 人工智慧應用整合,部署到海爾多間工廠的製造環境中,用來快速、大量生產如洗衣機、微波爐、酒櫃、冰箱、烤箱等各種生活居家電器用品。

海爾 5G 整合方案

由於機器視覺本身是一項密集型運算任務,需要有專門的資源和複雜的應用程式支援,才能從靜止或動態的圖像分析中獲得有意義的數據,為了合乎快節奏的商業目的及生產環境,工廠通常都需要一連串且大量的圖像分析,才能快速進行分析和修正措施,因此,數據處理功能會需要放置在靠近攝影機的位置。

以海爾的不銹鋼冰箱舉例而言,由於在生產過程中可能會出現劃痕和凹痕等缺陷,過去海爾對於生產線上每一台冰箱都要細心進行「人工」檢查,相當耗時。藉由導入機器視覺技術,加上邊緣運算和 5G 的運用,讓這樣的分析過程變得高速度、低延遲,等於可以更徹底執行這個品質保證任務,減少人工檢查有遺漏、有疏失的風險。

要能達成這樣的效益,必須由各方平台與技術相互合作配合。首先,透過華為和中國移動在海爾工廠內設置 5G 連接的行動邊緣運算平台(Mobile Edge Computing Platform,又稱 MEC)架構,以最小延遲實現大容量圖像處理。邊緣服務器用於託管 Mstar 的機器視覺應用程式,讓所有數據處理都在生產設施內進行。

華為 MEC 平台則是動態分配和調整可用資源,因此機器視覺應用能夠維持在最高效率運行,並有效管理服務器上的數據處理工作量,然後向工廠管理人員發送數據分析報告,以便進行追蹤。在機器視覺演算法訓練的面向上, 經過調整的演算法會上傳到 MEC 架構中,隨著應用程式處理更多圖像,辨識產品異常的準確性便會提高。

在結合機械手臂的應用上,海爾工廠透過在機械手臂上安裝具有高強度照明的 500W 工業相機,然後使用經訓練的演算法進行掃描,本機應用程式便能夠快速找出需要更換或修正的任何產品外部損壞,如不鏽鋼冰箱的刮痕,甚至幫助抓出人眼都會遺漏的小痕跡或凹痕。

在海爾的案例中,5G 之所以能支持高效的 MEC 部署的原因之一,是讓用戶平面和控制平面功能(UPF)可以分離,讓 5G 網路功能更靠近生產線,藉此大幅減少延遲並提高數據傳輸的可靠性,利用 5G 高速網路傳輸工業相機產生的大量圖像數據,使圖像分析可在大約 200-300 毫秒內即完成。

AI 電腦視覺檢查準確度比人類高 1 成、工廠部署期間縮短 2.7 個月

華為指出,5G 科技的頻寬能夠高達 20Gbps,延遲時間也能降至 1 毫秒以下。同時,MEC 技術的引入,能夠進一步降低延遲,並且增加安全性,支援邊緣運算來實現更多新應用,不再只是仰賴超大規模雲端運算中心。

智慧工業終端裝置透過整合超高畫質鏡頭、5G 閘道,以及 AI 人工智慧協作,便可協調生產線上的大量資產,包括人員、機器和原物料等。

AI 加上電腦視覺進行的快速品質檢查,其準確率超過 99%,比起人類肉眼檢查高出至少 1 成以上,有助減少生產錯誤率,此應用正準備在全球 100 多個海爾工業園區中實施。

AI 人工智慧的驅動,也進一步改善了傳統閉路監視系統(CCTV)的缺點,能夠偵測到工廠地面的不尋常震動、識別未經許可的人員進入、以及識別工作人員不在崗位上的情況,接著自動發出警報。

除了上述的技術應用之外,在海爾中國青島工廠已部署的 5G 相關應用,還包含了工業 AR、無人搬運車(AGV)、機間協作等多種前沿技術。

在實踐綠色製造的層面上,由於邊緣運算降低了與雲端傳輸之間的數據量,以及流量對網路的影響,因此,除了可以降低營運成本,也減少了電力使用和溫室氣體排放,削減不必要的能源消耗或浪費,更有助海爾作為全球製造大廠邁向永續發展,透過減少碳足跡落實環保目標。

商業效益成果上,海爾集結華為、中國移動共同推行的這項 5G 智慧工廠解決方案,把工廠原本相關部署期間從 3 個月縮短至 1 週(相當於縮短 2.7 個月),減少達 20% 的工廠部署成本和 30% 維護成本,讓新產品的生產效率、整體品質和上市時間都有所進步,也大幅提高了工廠人員的效率、舒適度和安全性。

5G 科技突破運算效能,海爾智慧工廠應用有望複製到其他大型場域

近年來,海爾持續加大對智慧場景方案、AI 人工智慧、物聯網、雲端運算,以及各種科技的研發投入,舉例而言,海爾和其商業合作夥伴也在策劃導入數位孿生(digital twin)、元宇宙解決方案,透過建置物理工廠的虛擬模型,來更精確的規劃廠區部署、線路路徑、產線流程與動線等。

海爾元宇宙概念。

據海爾智家 2021 年財報,其研發金額投入 83 億人民幣(約新台幣 368 億元),同比增長 22%,佔青島地區 58 家上市公司總研發投入 155 億人民幣(約新台幣 687 億元)的一半以上。

海爾在合作夥伴共同聲明中指出,未來也計劃未來將這樣的 5G 整合性智慧工廠解決方案,提供給中國或其他國家的製造商,促進製造產業結構升級,並為高端製造業提供創新解決方案,甚至有機會將此類應用到智能港口、智能機場、智能主題公園等延伸場景之中。

智慧工廠和智慧製造的出現,解決了許多製造業正面臨的問題,例如缺工、環境和效率等問題,隨著新興科技融入在工作場景之中,全球製造業正在進入一個嶄新的工業網路時代,對於高性能、具有靈活組網能力的無線網絡需求日益迫切,而 5G 技術無疑會繼續帶來巨大突破,加速低時延、大覆蓋的工業網路落地。

海爾集團智慧工廠的實踐,提供了一個創新實例,向全球製造業證明了智慧工廠的潛力,在  5G、AI 人工智能、大數據、雲端運算等新興科技手段的推動下,製造業的前景趨勢會是智能化、人性化、服務細緻化的面貌,把產業推向更高效率、更環保、更智慧的製造世代。

參考資料:海爾集團GSM 協會華為123Sustainability Success12財富

(責任編輯:藍立晴)

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