【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。
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。
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1、2、3、Sustainability Success1、2、財富
（責任編輯：藍立晴）
