可靠、安全、高效的聯網環境，對於工業物聯網的應用發展至為重要，若再搭配專網、數位孿生、正確的數位轉型策略，將可協助製造業者成功進行轉型升級，加速邁向智慧製造與虛實整合的工業元宇宙新時代。
工業、製造業領域加速展開數位轉型，不論是產線自動化、智慧化，或是各式自主移動機具如機器人、無人搬運車(AGV)等，對高可靠、低延遲的工業無線網路技術的需求皆更為殷切，而5G IIoT可以提供低延遲、可靠的資料傳輸連結及穩固的資料安全性，5G專網則有助企業開創全新競爭力，使得5G在產業界的應用版圖快速擴張；2022年中，3GPP R17版標準的底定，更為5G的落地增柴添薪。
5G企業專網實現IIoT新商機
明泰科技總技術室處長黃再裕(圖1)表示，5G大頻寬、低延遲、廣連結的特性中，以低延遲和廣連結，特別適合工業物聯網的應用，若再搭配專網的建設，可進一步擴大應用層面與效果。截至目前的發展來看，美國、德國、日本都已有不少5G企業專網的商用部署案例，中國大陸近期5G專網市場也開始成長。至於台灣市場，數位發展部已研擬在近期開放N79頻段供企業專網使用，預期將有助刺激5G企業專網的應用。
圖1 明泰科技總技術室處長黃再裕表示，台灣N79頻段開放企業專網使用後，將有助帶動5G企業專網發展
黃再裕分析，目前5G專網的布建主要有三種架構，一是採用公網進行部署，二是半公網部署，第三則是完全私網部署。採用公網最大的優點是成本較低，但相對彈性與資安較弱；完全私網則網路規劃相對有彈性，資安風險也較低，但建置成本相對較高。目前，美、日、德的建置案例大部份都是採用私網方式，也就是企業自己擁有頻段。
運用虛擬感測 實現數位工廠轉型
5G傳輸效能的大幅提升，無疑為智慧工廠、智慧製造的轉型提供堅強的發展後盾，從而讓各種落實的方案與措施得以獲得有效的發揮，如數位孿生(Digital Twin)技術的實現，即高度仰賴5G網路環境。
數位孿生是充分利用物理模型、感測器更新、運行歷史等資料，整合多學科、多物理量、多尺度、多概率的模擬過程，在虛擬空間中完成映射，從而反映相對應的實體裝備的全生命週期過程。數位孿生是一種超越現實的概念，可以被視為一個或多個重要的、彼此依賴的裝備系統的數位映射系統。
思渤科技智慧製造產業顧問邱文祥(圖2)提到，數位工廠轉型最大誘因是可以洞察績效，亦即透過稼動率(OEE)進行設備效能管理，透過效能指標來判斷機器是否有效生產，有效抓出計畫與實際產出之間的鴻溝，並以效能指標比較機台、工班、產線、廠房。他進一步指出，提升OEE就意味著降低成本，但該如何持續提升OEE呢？OEE告知了機台生產狀況，但無法了解問題發生原因及如何進行問題改善，需要完整的系統建置去進行持續性改善，因此，基於模擬的數位孿生即可發揮效果。
圖2 思渤科技智慧製造產業顧問邱文祥提到，ARSOP解決方案可讓老師傅的經驗得以傳承，並加速數位工廠轉型實現
邱文祥解釋，數位孿生可用在產品、產線、廠房，甚至是整個城市等不同規模級別；且從設計階段、製造階段，到運行、維護階段，都可以導入數位孿生。其建模的方法是結合了大數據與機器學習、電腦輔助設計(CAD)、電腦輔助工程(CAE)及經驗等等要素。
以思渤科技為例，其所開發出的AR SOP解決方案，目的即是幫助企業加速落實數位工廠與智慧製造。邱文祥表示，AR SOP解決方案採用RealWear的智慧眼鏡，來實現操作指引、設備監控、設備教學、設備控制等功能，讓企業的領域知識(Domain Know How)與老師傅的經驗得以保留、傳承，並提高工作員的安全性、效率與正確性，同時降低維護成本、提高稼動效率。
利用先進NFC/RFID 建構工業物聯網
除了5G技術外，NFC/RFID短距無線技術，近來也廣為運用在工業物聯網領域。意法半導體(ST)亞太區策略行銷經理黃鐙誼(圖3)表示，工業物聯網的建構主要有四大考量，包括運作效率、成本、快速傳輸及安全可靠。而NFC/RFID技術由於兼具了上述特點，加上具備能同時傳送資料與能量的獨特特性，因此除了已廣為消費性電子，特別是智慧手機所採用外，亦快速受到工業領域業者青睞，在工業物聯網的創新應用也愈來愈多樣。
圖3 意法半導體亞太區策略行銷經理黃鐙誼指出，NFC/RFID技術已廣泛應用在智慧生產及製程管理，藉此提高運營效率
黃鐙誼進一步強調，NFC/RFID能在很短距離進行雙向資料傳輸，相較於其他無線技術能避免中間被盜取資料的情形發生，所以已廣泛用在支付領域。更值得一提的是，為了擴展NFC應用，NFC論壇(NFC Forum)定義了所謂的NFC數據交換格式(NDEF)，可實現用戶間的數據交換和基於標籤內容的應用程式自動啟動，再加上Windows、Android、iOS等主要作業系統都已支援NDEF格式，換言之，相關應用毋須再額外開發應用程式即可實現，因此可大幅節省應用開發時程。
針對NFC/RFID在工業領域的應用，目前較常見的是智慧生產及製程管理。舉例來說，進行CNC工件加工時，通常都會使用到多支刀桿。而傳統的人工上機設定流程，除了耗費較多的時間，也增加了發生錯誤的風險。而將刀桿嵌入RFID標籤進行智慧管理，可以帶來幾種優點，包括透過感應方式裝刀及換刀、可自動機外校正、方便加工時的監控及生產數據記錄，以及優化刀具壽命管理。
至於在製程管理方面的應用，則是在生產製造過程中，發揮RFID標籤的感應讀取方式，以及晶片擁有唯一識別碼(UID)的特性，來提高資料蒐集的正確性並可大量及快速讀取，讓各工站生產進度透明化及製程可追蹤，同時提升工(治)具壽命管理及盤點效率。
為滿足日益多元的工業物聯網應用需求，黃鐙誼指出，意法半導體除備齊NFC電子標籤(Tag)、動態標籤(Dynamic Tag)及讀取器晶片(Reader IC)等三大類產品線外，各產品線的組合也相當豐富，且不斷擴充新的規格及功能，如加入篡改偵測(Tamper Detection)功能以強化資料安全性，或是增添非接觸式介面控制的脈寬調變(PWM)輸出，從而實現大規模應用。
沒有開始就永遠做不到 即刻啟動數位轉型
數位轉型與智慧製造夢想雖美，但企業若不知為何而做，不知道數位轉型後要產生的價值為何，將失去數位轉型的意義。美商遠景科技(Exosite)亞太區副總裁郁正德(圖4)表示，工業並不會因為IoT聯網後而自動產生價值，而必須思考如何透過IoT聯網技術，解決什麼樣的問題？量化長期價值效益，估算投入成本ROI；同時也要考量未來的新挑戰，如能源、ESG、地緣政治等，以透過數位轉型來預作準備。
圖4 美商遠景科技亞太區副總裁郁正德認為，找到新的商業模式與提升企業產品服務價值，是工業物聯網數位轉型的最大意義
郁正德認為，工業物聯網數位轉型的最大意義，是找到企業新的商業模式與提升產品服務價值。例如由一次性產品販售轉型為經常性服務合約、由單一零件轉型為方案提供。或是透過工廠生產效率提升、能源管理優化、預測保養、降低停機時間(Down-time)與維修服務成本等方式來提升價值。
至於要如何啟動工業物聯網數位轉型，郁正德建議，公司內部團隊應廣泛交流，了解目前產業痛點，專注數位轉型的價值主張；然後，快速制定可執行的初步計畫，著手小範圍的PoC；接著依需求尋找物聯網的技術合作夥伴，建立執行夥伴團隊，同時審視成效與投入成本，優化效能與執行專案範圍，以決定下一步規模轉型計畫；最後再逐步擴大數位轉型範圍與規模，反覆確定執行成效與效益。
郁正德提醒，工業物聯網數位轉型並非一蹴可幾，過程勢必挑戰重重，但沒有開始做就永遠做不到，只要謹記：「不要什麼都自己來、不要天馬行空、不要等待市場成熟、不要想一步登天」的「四不原則」，就能逐步往轉型目標邁進。