製造業的智慧化轉型已是大勢所趨，結合5G本身低延遲、大連結與大頻寬等優勢，將有望為工業物聯網應用帶來嶄新的發展契機，特別是影像、移動型應用如AGV/AMR、AR/VR等，預期會為智慧製造轉型帶來長足的進展。
根據愛立信(Ericsson)研究報告指出，2030年電信業者5G相關商機高達7,000億美元，其中農業類型應用占最大宗，其次為製造業應用；另一方面，於ICT業者的商機更是上看8,000億美元。
5G所帶來的商機令人引頸期盼，若將範圍聚焦到製造業應用的市場規模，資策會MIC預測，2026年全球智慧製造市場規模上看420億美元，其中智慧監控應用占最大宗，其次為ARV/ARM、數位分身、AR/VR與網路安全等技術，可預期未來這些技術與應用將逐步成長。
AGV/AMR協作生產訴求超低延遲
傳統多以工業Wi-Fi控制AGV訊號，但網路表現不佳，特別是覆蓋率、移動性、抗干擾、換手(Handover)，以及其眾多AGV的接入能力，無法穩定地發送AGV控制訊號，將導致整套AGV自動駕駛方案效能不高，特別是從事生產任務而非低階運補工作的應用模式。
因此，若要將AGV連結產線設備，從事生產工作而非低階運補，其需穩定驅動控制訊號，整體網路延遲不得逾50毫秒；否則，系統認為AGV數據不健康，將影響車輛運行效率大打折扣。換言之，眾多AGV的接入能力及其與設備的連結，須確保M2M之間的溝通無礙、穩定且不受干擾，此網路品質的維護將會是工業無線網路發展的重要挑戰。
AMR若以每1毫秒的速度精準移動1公釐，則需於每1毫秒進行一次更新計算。當廠區內AGV/AMR量多時，各自都很接近，則更需精準移動。而協作型機器人重複精準度多為0.1公釐，無法精準移動的AGV成為產線智慧化表現的重大瓶頸。
從標準制定的角度來看，3GPP R16於2020年底定，預計需要再加上2~3年標準測試時間，到了2023年，部分技術才會開始有些微幅成長。舉例來說，韓國政府規畫2022年將建置30,000個5G智慧工廠與10個5G工業區；中、德各國對於5G智慧製造的政策挹注，使得於2026年將有長足的進展。
在未來工廠中，大量設備聯網監控、機器視覺、AR/VR的高解析圖片及其即時傳輸並結合人工智慧運算的需求，需要5G特性支持。而機隊維護、進料物流管理、遠端存取、資產管理等應用，則是透過5G加持，將有更進階的表現。
5G逐漸成為通訊產業上下游積極布局的一塊領域，其低延遲、高頻寬與廣連結的特性，能讓直播賽事如臨現場、高畫質影片秒速下載，同時每平方公里的可連結百萬個終端聯網設備，讓萬物聯網這項特性得以實現。
應援製造業數位轉型 5G/AI系統建置挑大樑
接續工廠自動化的趨勢，許多製造廠商也陸續投入數位轉型的建置，相較於過去工業環境上，大部分強調都是穩定的傳輸，未來工廠自動化的領域，人工智慧(AI)、邊緣運算與高速傳輸的聯網能力已成為不可或缺的關鍵要點。
5G所帶來的種種好處不容忽視，但要讓聯網能力發揮更大的效益，尚需地面的有線傳輸網路基礎建設予以支援，同時還須兼具AI與邊緣運算效能，以進行後端數據分析等應用。看準無線/有線技術即將為通訊產業帶來嶄新的風貌，研華科技也不落人後，推出一系列相關的解決方案，從硬體設備、軟體服務到整體的系統整合，針對不同產業提供相對應的配套措施，助其無痛進行企業的數位轉型。
不同產業別的製造，皆有其獨到之處，無法一體適用於單一解決方案。話雖如此，但實際在資料採集、監控仍有些相同之處。研華科技市場開發經理黃世貴(圖1)談到，為了提供更貼近使用者的解決方案，研華憑藉自身三十年在製造業的經驗積累，為每種產業量身打造相對應的方案，從前端應用的資料收集、即時收集監控，乃至後端與系統廠(SI)的應用連接都參與其中，以助其開發適合的解決方案，提升操作及生產過程的能見度、加快資產管理決策，同時強化OT、IT整合綜效，提升資產活用及生命週期管理。
圖1 研華科技市場開發經理黃世貴談到，製造業數位轉型已成必然趨勢，透過5G、AI與邊緣運算的導入，將有望加速數位轉型的步伐。
黃世貴表示，研華近年已經逐漸朝智慧設備系統服務商的角色前進，提供的解決方案不僅是硬體，還包含軟體技術與整體系統的規畫。諸如智慧設備提供感測器監控、參數管理與數據採集；可視化儀表板提高效率和數據智慧分析管理。最後，透過智慧分析確定最佳模型，增加生產時間。
相較於過去製造業在數據連接過程中，大多是透過各自的子系統來滿足不同應用，由內部流程驅動IT與對應的自動化應用。邁入數位轉型2.0階段，基於雲端數據驅動模式，研華提供一個完整的軟體平台WISE-PaaS，串聯不同的AIoT解決機制，加速製造業數位轉型。
近場通訊技術加持IIoT應用安全又可靠
工業應用領域對於安全性、可靠性的需求可說是基本配備。而工業物聯網(IIoT)的無線通訊技術不僅只有5G，還包含無線射頻辨識系統(RFID)及近距離無線通訊(NFC)的近場通訊技術，其獨立ID識別、防拷貝等機制，無疑是為IIoT應用帶來可靠的防護盾。
意法半導體(ST)策略行銷經理黃鐙誼(圖2)指出，RFID技術對於維繫IIoT的安全性有重大幫助作用，雖然過往僅將RFID作為身分識別之用途，不過在物聯網發展的推動下，RFID用於資料儲存且同時保護資料，已成為IIoT應用中的絕佳利器。
圖2 意法半導體策略行銷經理黃鐙誼表示，NFC技術相較其他無線通訊技術具備更多的安全性及可靠性。
舉例來說，在生產製造的過程當中，從原物料的投放到工(治)具的使用，會產生大量的數據來進行製程的監控。透過RFID標籤的感應讀取方式及晶片擁有唯一識別碼(UID)的特性，可提高資料正確性、大量及快速讀取，同時能讓各工站生產進度透明化及製程可追蹤，提升工(治)具壽命管理及盤點效率。 NFC應用上，黃鐙誼表示，NFC在不需要耗電的情況下傳遞訊息，仍能進行裝置的配對與讀取，可以應用於無電源的產品類型。不過針對需要電池的產品，僅須加上I2C，微處理器(MCU)就可以寫入程式、參數，進而與手機溝通。
NFC已大量內建於智慧手機之中，針對一些工廠內需要用手機作為控制的應用，NFC則可透過NDEF(NFC Data Exchange Format)數據格式，在NFC設備或者標籤之間進行訊息交換。據了解，NDEF具有主動開啟應用程式的功能，可自動依據指令撥打電話、啟動App、傳送電子郵件等。
時間/通訊/定位相輔相成工業4.0布建三要素
時間(Timing)、定位、通訊傳輸是促成工廠自動化的關鍵要素。優北羅(u-blox)應用行銷主管林世澤(圖3)表示，用於工業自動化的場域，時間這件事情關乎到機器與機器之間協作的問題，舉例來說，兩個機器手臂在協作過程中，如時間沒有控制好或不小心工廠斷電，都很容易產生擦撞或工安危險，故目前已有利用IEEE 1588v2在乙太網路內同步和分配精確「時間」的機制。
圖3 u-blox應用行銷主管林世澤表示，時間、位置、通訊等三大要素，為推動工業物聯網發展的關鍵。
如同上述所說，時間是布建工廠的重要元素，而定位則是輔助時間能夠精準校正的技術之一。林世澤指出，全球衛星定位系統(GPS)簡易來說是從衛星上接收原子鐘訊號，不僅可接收所在地點的資訊，亦能提供非常精準的校時。應用在不同工廠的廠區，可以透過GNSS接收同一個衛星時間，讓彼此的溝通可以更加精準明確。事實上，工廠的場域一直是5G專網早期的概念驗證(Proof of Concept, PoC)階段的熱點，而Timing在應用上可助其發揮所長。 林世澤透露，u-blox的GPS在全球市占約六成，目前除了GPS等高精度全球導航衛星系統(GNSS)技術之外，亦提供藍牙解決方案。未來該公司將考慮整合藍牙、GPS甚至是基地台蜂巢網路輔助的三角定位，並且結合感測器融合(Sensor Fusion)技術做成開發板，無縫接軌室內外定位。
在聯網部分，林世澤表示，有鑑於工廠的現實操作環境，如要偵測惡劣環境下的感測器資訊，就必須拉網路線到艱困環境，才能協助接收相關感測資訊，但過程非常繁瑣且成本耗費極大。因此以實現快速布建(Rapid Implementation)為首要目標，預計聯網技術將逐步從有線轉至無線，以節省布建時間、成本及難度，同時也能擴大布建範圍。以豐田製造為例，其可根據需求即時調整工廠生產線的配置或產線上機械手臂的配置，甚至機械手臂作什麼動作、事情，也許可透過OTA的方式去改變程式跟工作，藉此提升非常大的設計彈性。
掌握台廠新機會智慧工廠結合5G專網應用
資策會智慧系統研究所廖書漢博士(圖4)表示，5G本身大頻寬、大連結和低延遲的特性，是結合專用網路應用於智慧工廠的不二選擇。5G大頻寬的特性能有助於開啟更多如AR、VR等次世代企業應用，而大連結的優勢，則能透過大量感測/控制裝置，形成數位分身，隨時提供大量即時數據並接收指令；最後低延遲則是針對某些企業需幾近同步聯網應用場景上，滿足效率與安全的能力。
圖4 資策會智慧系統研究所廖書漢博士認為，5G企業專網非常適用於智慧工廠領域，是台灣投入工業自動化的下一個藍海市場。
看好5G所帶來的優勢，部分國家已劃定5G專網專用頻譜資源，以利垂直產業頻譜取得不受制於電信業者(圖5)。以實際案例來看，Siemens、Bosch已經在幾個工廠內進行5G試驗網路，Airbus、BASF也正在尋找更高控制性的廠內行動網路。另外，NTT DoCoMo則是利用5G網路，在體育場內推出專網品質的服務，像是在其他公共地區觀看賽事，透過5G傳送觸覺式、立體聲等畫面，讓觀眾如臨現場，又或者是利用5G網路傳送現場影像，讓觀眾可以在現場看到各種不同角度的畫面。
圖5 已有多個國家開始提供專用頻譜以推動專網發展
資料來源：各國、Nokia，MIC整理
廖書漢認為，5G專網的趨勢無疑是台廠在工業應用大啖商機的金雞母，不過目前仍有三大課題有待解決。首先，在技術層面來說，目前少有具獨特價值的5G方案，且5G仍有穿透力不足等技術挑戰，影響布建成本；其次，受限於投資報酬率和數位化程度的影響，5G專網須要有實質的成本效益，方能激勵垂直產業進行投資，再者企業需要達到一定的數位化程度，導入5G專網才會有較顯著之效益。
最後，在環境面的挑戰，來自於同業壓力、上下游廠商合作與法規上的問題。部分業者會視同業之5G化程度進行競爭，而有時也須視上下游5G化程度配合升級，除此之外，對於頻譜使用原則的法規政策需更加明確。