「智慧製造」經歷疫情和地緣政治風波，熱度不減反增，企業無不致力追求數位化的下一步：智慧自動化。5G身為另一熱門議題，其高頻寬、低延遲特性成為工廠部署無線網路新選擇，不只改變工廠模式，也打造全新供應鏈生態。
根據調查指出，全球智慧製造市場規模預期從2022年的2.5872億美元成長至2028年的3.6522億美元，年複合成長率為6.0%。當前的智慧製造市場有幾大特色，第一為快速成長的汽車業對彈性製造、節能減碳、新型軟體與材料產生龐大需求，推動智慧工廠解決方案的發展。投資智慧工廠替汽車業者提供競爭優勢，例如提高獲利能力與縮短產品上市時間，企業能夠受益於Hadoop、R、Storm和流分析等大數據處理能力。資料分析與工業設備的整合使市場參與者能夠分析設備壽命、產能波動和需求模式，藉此強化生產效能；第二項特色為政府推出的智慧製造聯盟，由上而下整合垂直領域產業、服務提供商、資通訊設備大廠、軟體業者等，透過水平與垂直整合提高產業轉型能力，智慧製造領導聯盟(SMLC)和工業網際網路聯盟(Industry IoT Consortium, IIC)皆為此類案例。這些製造業聯盟在標準制定與應用場域上，提供業者技術投資方面相當重要的參考資料。
第三為地區性市場的特色興起，在地緣政經風險與政府強力干涉的狀況下，供應鏈已經起了翻天覆地的變化。這個市場談的並非垂直應用領域市場，而是在供應鏈搬遷的過程中，關鍵原物料掌握、戰略物資疑慮、前瞻技術封鎖、政府立場丕變等多種作用力互動形成的新市場。首先是北美地區，在拜登政府強力遊說下，半導體供應鏈已開始聚集美國西部與西南部，美光(Micron)、輝達(NVIDIA)、台積電(TSMC)、英特爾(Intel)、三星(Samsung)、Ascend Elements等業者紛紛布局當地。諮詢業者Reshoring Initiative指出，美國企業回流將帶來35萬個工作機會。不過，這對美國勞工而言不一定是好消息，由於美國勞工成本較許多新興國家多出3~5倍，機器人與自動化設備勢必引起一股採購潮。根據先進自動化產業協會調查，2022年Q1美國製造業者訂購1.1萬台機器人。在全球化式微的時代，美國企業正逆向大舉投資工業自動化解決方案，包括物聯網和雲端平台，以及各種強化工業軟體開發與部署的技術。
遠在大西洋另一側的歐洲也不遑多讓。身為工業4.0的發起方，加上綠色生產/永續製造的競爭力，歐洲雖然在創新速度比不上北美與亞洲，但其製造業穩紮穩打，汽車、航空航天和國防、食品和飲料以及半導體和電子產業皆為強項，成為投入智慧製造的基礎。在技術應用上，歐洲最熱門的應用為積層製造(Additive Manufacturing, AM)，德國、法國、英國、荷蘭，甚至東歐的立陶宛、捷克，都大力投入積層製造。根據麥肯錫(McKinsey)統計，歐洲在十大領域已落後北美對手，包含高速自動化、生物技術、未來程式開發、次世代運算、次世代網路、資安信任結構、應用型人工智慧、分散式底層架構、潔淨科技。加上歐洲具備市場破碎、缺乏科技生態系、新創投資不足、法規限制等問題，追上競爭者的步伐更為緩慢。為奪回技術優勢並縮小與其他地區的差異，歐洲正開始擴大積層製造的使用，並大力投入中小企業的數位轉型。
而亞洲地區的智慧製造市場未來依舊將以最高的速度成長。該地區的國家正致力於透過各種智慧製造政策，如印度製造、中國製造、越南製造等措施提升工廠內部自動化程度。受惠於供應鏈移轉效應，許多國際供應鏈紛紛前往東南亞與印度布局，推動自動化、機器人、3D列印、智慧模具、物流與物聯網、冷鏈科技、雷射應用等技術興起。與歐洲不同的是，亞洲許多新製造據點多為開發中國家，具備豐沛人力資源，但基礎設施較為匱乏，雲端、網路、通訊等皆須翻新；而在產業種類分布上，東南亞原先以傳統製造如紡織、塑橡膠、金屬機具為主，近年來馬來西亞、越南、泰國、新加坡湧入不少印刷電路板(PCB)、電動車(EV)、半導體、資通訊等電子製造，引發一波智慧製造設備投資潮。事實上，日本、韓國也積極投入智慧製造，深化區域產業鏈供應鏈合作，以維持區域市場下的企業競爭力。
5G作為智慧工廠轉型新動能逐步邁向成熟
10秒內下載一部兩小時的電影已讓5G手機成為頭條新聞，但5G的第一批「殺手級應用」或許將在製造業出現。工廠的固有性質與封閉的環境提供5G發揮場域。事實上，當前的工廠為一高度複雜的環境。先進的智慧機械與機器人配備了大量的感測器，這些感測器連接到雲端，透過高性能分析來評估設備可用性與維護、管理生產計畫，同時協調工廠第一線的營運活動。在智慧製造中，5G專網的設置能進一步提升製造業的數位競爭力，如利用高畫質鏡頭與感測器獲取資料，提升工廠製造過程中精準操作與自動化程度。5G高流量的特性能用在工廠遠程維護；低延遲能提升如AGV/AMR、環安偵測、自動化設備的反應能力；連結性則能強化工廠基礎建設，以及營運技術與資訊科技系統的整合。
案例一：Ericsson
其中一個著名案例為愛立信(Ericsson)的5G智慧工廠，該工廠甚至列入由麥肯錫與世界經濟論壇評選的燈塔工廠。自2018年以來，全球大型製造業者無不投入機器人與人工智慧打造下一代智慧工廠，串連端到端的生產。這些典範也從電子製造、汽車產業逐漸擴散至快速消費品、鋼鐵、化工等傳統型產業，可觀察到燈塔工廠已經逐漸成為製造業的標竿與共同語言，除了研發、生產、配送等基本功能外，對於組織文化、數位基礎建設、人才的發展上亦有正向影響。Ericsson位於德州的智慧工廠有幾大特色：透過智慧環境系統減少24%的能源消耗和75%的工廠用水量、每位員工的產出提高2.2倍，同時該工廠使用100%可再生電力。5G在其中的角色功不可沒，Ericsson透過敏捷組織與工業物聯網架構，促使5G智慧工廠團隊在一年內開發25個應用案例，並在12個月內進行部署(圖1)。
圖1 Ericsson位於德州的5G智慧工廠
資料來源：Digi Infra
案例二：富士通
日本電子製造業者富士通也積極建立5G工廠。富士通於2021年宣布在其位於日本栃木縣的小山工廠開始部署5G網路，該網路由一組4.7GHz頻段與一組28GHz擴展頻段，採用非獨立組網(NSA)架構組成，為該公司投入數位轉型(DX)重要的一環，包括設備自動化與工廠遠距監測(圖2)。該公司的策略為引進數位工廠，從單一產線擴散至整廠，再延伸到全球生產基地，利用邊緣運算環境與製造執行系統(MES)連結，識別生產零件，將錯誤回報工作人員，降低不良品數量，形成智慧網路，同時也從智慧裝置、智慧工廠，到一站式智慧製造解決方案，轉型為服務製造業。最後，富士通在2020年設立數位長，投入1,000億日圓於全公司轉型，在專案中設立數位設計者角色，並以MR與3D列印訓練員工數位技能，提高員工參與的重要性，降低變革抗拒。公司轉型策略的背後，都有5G網路提供資訊傳輸支援的影子。
圖2 富士通位於日本小山的5G智慧工廠
其中，遠端資產監控維護的重要性在未來將大幅提升，除了因為疫情導致跨國來往限制，使得維修團隊排程受阻外，地緣政治帶來的影響，例如軍事封鎖與封城措施都可能對製造端帶來嚴重影響。如何遠端遙控工廠運作與監督設備狀態成為未來可能快速成長的應用商機，而5G的優勢是能夠透過遠程操作監控生產資產，作業員不需要親臨工廠車間，透過軟體系統便可即時追蹤營運參數。例如，西門子(Siemens)在其位於墨西哥的變壓器工廠實施了其首個用於工廠驗收測試(FAT)的即時遠程監控系統。FAT證明西門子製造的設備符合客戶的合約規範並準備好現場安裝。以往，客戶必須親自到工廠進行FAT，但藉由即時監控，客戶可以在自己的所在位置進行FAT。隨著5G導入，即時串流與遠程監控將更加準確和安全，使工廠營運能夠擴大其應用範圍並在問題發生時進行故障排除。
其他如汽車製造業者博世(Bosch)與中國海爾電器(Haier)也導入5G工廠。Bosch使用Ericsson提供並由英國電信管理的5G專用網路與邊緣運算基礎設施，啟動了英國第一家5G工廠。透過結合5G技術，該工廠已經能夠優化設備性能並將產能提升2%。該工廠使用5G運行即時感測器，能夠在生產線上出現問題之前解決問題；另一個優勢是安裝了碰撞檢測感測器網路，提升工廠內部的工作環境安全。海爾則在2020年與GSMA、中國移動、華為(Huawei)完成了概念驗證(Proof of Concept, POC)，將邊緣運算、5G和機器視覺部署至海爾的製造環境。華為和中國移動在海爾工廠內部實施了5G互聯MEC架構，以最小延遲實現大容量圖像處理，確保生產線無延遲。同時，海爾工廠也在機械臂上安裝了一台500W工業相機，具有高強度照明，能夠在冰箱從生產線下線時進行掃描，透過使用經過訓練的演算法，識別冰箱外部是否有損壞部分需要更換。
5G對當前供應鏈挑戰的潛在影響
除了工廠端，5G對供應鏈的影響也不容小覷。物聯網業者泰利特(Telit)指出，5G能即時追蹤和分析整個製造過程、運輸、倉庫和配送中心以及所有流程中的貨物移動狀況，包含自動駕駛汽車和無人機在內的運輸方式優化路線，使貨物能安全準時抵達目的地。國際物流業者弗瑪物流(FM Logistic)看準5G在供應鏈的潛力，著手與Verizon Business重塑其全球網路基礎設施，透過SD WAN網路將公司在14個國家/地區進行串接，替未來部署物聯網、人工智慧鋪路。使用5G可以追蹤並紀錄貨物的電子標籤，不僅可以優化供應鏈，還有助於防止貨物遺失或遭竊，形成供應鏈可視化一個相當重要的因素，也可即時掌握備料與庫存。
不同的產業供應鏈都有各自的「咽喉點」(Choke-point)，字面意涵為軍事戰略上的一種要衝位置，如山谷狹徑或是隘口，在供應鏈中則是為提高產能而向上游購買生產設備，但設備因不同原物料交期差異而無法準時交付，企業因此須採購未來可能需要的數量，卻又因終端需求不足，導致生產設備閒置。這種材料、零件、產能、終端需求的供需落差來自供應商間的資訊斷點，這也成為重視供應鏈可視化的一項理由。以近期半導體產業面臨的供需差異而言，這部分或許是5G搭載其他供應鏈技術與人工智慧能夠有所發揮之處。
台灣製造業如何趕上轉型3.0
台灣業者也開始投入5G工廠的測試，例如日月光透過5G毫米波(mmWave)技術提供資料高速傳輸和即時回傳，建立具有思考、偵測、學習與調整等異質整合能力的智慧工廠，爾後進一步導入次世代5G獨立組網(SA)毫米波雙連線(NR-DC)技術，突破傳統5G上的傳輸瓶頸，強化半導體製程效能。其他如台達電(Delta)、英業達(Inventec)等業者也與電信業者合作，紛紛投入5G工廠建置。當然，對企業來說，在製造現場中，具備行動通訊的環境需求為必要條件，因此業者須評估採用何種無線連線方式及通訊規格，這將影響引進和運用的成本。工廠的網路類別多樣，轉型並非全部轉為無線網路，哪些部分可調整為無線，哪些部分又能轉為5G網路，這些都需要業者仔細評估。未來工廠的長相可能是工廠內部設備「皆可移動」，因此推測需要高效能、彈性大的無線通訊裝置來配合各種可移動設備，跨業合作已是必然，從半導體、電動車、電子製造到機械設備製造業者，都存在部署5G工廠的需求。