今年 5G 商用開臺后，強型移動寬帶通信 (eMBB) 的大帶寬高速網絡傳輸使 8K 或增強現實／虛擬現實 (AR/VR) 眼鏡之高分辨率影像得以商用，讓人有身歷其境之感，當下以娛樂為主，但工業應用也逐漸浮現；眾所矚目的超可靠低延遲通信 (uRLLC) 3GPP R16 版本剛于今年定案，預計一年后進入商用。至于大連結 (mMTC) R17 標準仍在制訂中，目標是只要有通電的設備皆能上網，每平方公里容納百萬個連接設備。基于下列考慮，不少企業高度關注 5G 專網應用，預估 2030 年專網設備規模將達 180 億美元。
首先，是為了確保關鍵服務傳輸可靠性與通信質量、節省維護成本、便于工廠產線動態配置。欲取代有線通信，＂6 個 9＂的低延遲、高可靠是必備條件。其次，5G 專網能跟隨企業需求彈性調整網絡架構——消費市場講究＂以人為本＂、但企業是以＂物＂為設計目標，例如同是醫院環境，4G 著眼的是方便候診病患及親友連網，會以門診區為主場；對照 5G 鎖定的是萬物連網，充斥眾多設備的加護病房或許才是首善之區，有應用場景的區別。最后，當然就是考慮到維護企業運營機密數據安全。
電信業者摩拳擦掌，積極搶進
電信業者又是怎么看待智能制造？臺灣遠傳電信企業產品服務管理處協理張文津坦承他們以往跟工廠關系并不密切，但 5G 時代將全然不同！諾基亞 (Nokia) 去年預測，全球 5G 專網可能應用場域達 1,458 萬個；其中，＂工廠制造＂將一躍成為最大宗的垂直應用場域，超越機場／車站等交通樞紐、倉儲中心、醫院和實驗室等。智能制造的痛點在于傳統 IP 網絡采＂Best Effort＂模式傳輸，視網絡負載狀況盡量以＂最佳＂傳輸速率傳送數據、無法確認傳輸穩定度，容易發生延遲或封包遺失，且工控設備不易頻繁補丁 (patch)，對安全性的要求更高。
電信業者又是怎么看待智能制造？臺灣遠傳電信企業產品服務管理處協理張文津坦承他們以往跟工廠關系并不密切，但 5G 時代將全然不同！諾基亞 (Nokia) 去年預測，全球 5G 專網可能應用場域達 1,458 萬個；其中，＂工廠制造＂將一躍成為最大宗的垂直應用場域，超越機場／車站等交通樞紐、倉儲中心、醫院和實驗室等。智能制造的痛點在于傳統 IP 網絡采＂Best Effort＂模式傳輸，視網絡負載狀況盡量以＂最佳＂傳輸速率傳送數據、無法確認傳輸穩定度，容易發生延遲或封包遺失，且工控設備不易頻繁補丁 (patch)，對安全性的要求更高。
照片人物：臺灣遠傳電信企業產品服務管理處協理張文津
張文津分享，截至今年 8 月，全球已有 82 張 5G 商轉網絡，預計年底將大幅增加超過百張，今年底全球 5G 用戶數可望達 1.9 億、2024 年全球 5G 用戶數將達 19 億，專網是重中之重。未來 5G 發展需求依序為：傳輸速度、低時延、設備連接密度、流量密度、安全性。5G+ 智能制造架構由下至上分別為數據層、網絡層、平臺層、應用層，時間敏感網絡 (TSN)、網絡切片和邊緣運算等 5G 網絡基礎設施正是＂網絡層＂新成員。他剖析，現行工廠網絡多以 Wi-Fi、實體線路混合布建，環境復雜；再者，Wi-Fi 連接行經多個節點，信號不穩且安全堪慮。
以無人搬運車 (AGV) 為例，需安裝電磁感應、磁帶導引、雷射制導、自然尋標、視覺導航等技術，場地布置時間長、精準度低、成本高；還無法主動繞行障礙物、運行自動化，工作效率較低。那么，一個有趣的反思是：5G 可取代 Wi-Fi 嗎？遠傳認為，以往兩者的確涇渭分明：局域網絡 (LAN) 歸 Wi-Fi、廣域網 (WAN) 屬蜂巢網絡，但 5G 專網應用于特定場域，較 Wi-Fi 更安全、迅速、大連結、布署簡單，將打破這個通則。例如，跨區域輸入數據必須重新聯機 Wi-Fi 才能繼續作業，這對非定點的巡查人員來說十分不便，改用 5G 就沒這個困擾。
張文津介紹遠傳 5G 智慧工廠專網的優勢：讓室內和園區同一張網，易于管理、移動性佳且兼顧安全和隱私。用它取代其他區域網通信技術用于廠內導航，可不受場地限制、節省部署成本；搭配＂移動邊緣運算＂(MEC) 設施，讓數據流不須經過多節點即可回傳，達到超低時延。他補充，現行 R15 是非獨立組網 (NSA) 架構，著重吞吐量，最新的 R17 版本擬于明年 9 月凍結。值得留意的是，有鑒于地面會受地理環境和電力供應影響，對于林木盜伐、山區監控力有未逮，R17 傳輸將不限定在地面站，加入＂衛星＂協同發功，讓物聯網 (IoT) 更具應用價值。
＂MEC＂移動邊緣運算隱含＂多接取＂期望
特別一提，同樣是＂MEC＂，沛博科技 (Perobot) 對其有不同的定義：＂多接取＂(Multi- access) 邊緣運算。企業及應用部門 Associate Manager 薛祖榕表示，智慧工廠讓各廠房之間須實時處理的信息變得又多、又復雜，將運算從云端移到邊緣，可有效解決各廠房／企業到云端的傳輸成本，并增加數據在端點之間的運算效率，包括：倉儲、員工、車輛運輸、AGV 等管理。問題是：不同系統可能有冗余或功能重復，造成成本浪費且無法有效擴充；不同技術迭代快，可能發生技術不兼容；不同產品或有沖突，穩定性、操作流程、保固條件和成本代價亦不同。
特別一提，同樣是＂MEC＂，沛博科技 (Perobot) 對其有不同的定義：＂多接取＂(Multi- access) 邊緣運算。企業及應用部門 Associate Manager 薛祖榕表示，智慧工廠讓各廠房之間須實時處理的信息變得又多、又復雜，將運算從云端移到邊緣，可有效解決各廠房／企業到云端的傳輸成本，并增加數據在端點之間的運算效率，包括：倉儲、員工、車輛運輸、AGV 等管理。問題是：不同系統可能有冗余或功能重復，造成成本浪費且無法有效擴充；不同技術迭代快，可能發生技術不兼容；不同產品或有沖突，穩定性、操作流程、保固條件和成本代價亦不同。
照片人物：沛博科技企業及應用部門 Associate Manager 薛祖榕
更重要的是，關于員工、物料、倉儲數據的隱私保護。為此，鴻海集團攜手沛博力推＂5G MEC Intelligence＂，具備以下特性：1.低延遲；2.數據保護性；3.多接取、5G 整合不同端點；4.虛擬化將異質服務共構在單一平臺，只須管理一套系統；5.高可用性 (High Availability, HA) 架構可為機器視覺數據備援；6.網關安全保護。薛祖榕說明，從底層通信協議到 4G/5G、以太網，都能在單一平臺運作，輔以 AIOT 實體／虛擬加速技術管理各種服務的虛擬機 (VM) 和容器 (Container) 之虛擬交換，可在開放式邊緣運算平臺架構電腦視覺服務。
薛祖榕直指，加入 5G 分散／集中單元不僅可改進邊緣運算效能，還能管理更多 AIoT 設備、在中央服務器加入更多安全機制，并與后端軟件開發工具包 (SDK) 整合；以 MEC 智能服務為中心，在儀表板做＂可視化＂呈現。目前鴻海集團已用于管理員工差勤、物料管理和交通派車。如何將運營技術 (OT) 和信息科技 (IT) 無縫接軌，已是系統商共同課題。
＂智能制造＂是工業 4.0 精髓
主打軟件即服務 (SaaS) 的新漢智能 (Nexcom)，看到多軸機械手臂接傳統可編程邏輯控制器 (PLC) 效能差強人意的需求缺口，改用 PC-based 的＂多軸多任務智能型運動控制器＂可支持多軸數運動——不須額外增加硬件配置，只要寫一個控制器即可讓效能大幅跳升并降低查線成本。IoT 自動化解決方案處長羅仕昀指出，由數據驅動的閉回路控制設計擁有＂回授＂至容器邊緣網關和公有云的能力，可為邊緣和云端運算的機器學習 (ML) 奠基；新漢開放式架構且符合標準工業通信協議的＂iAT2000 云智化監控系統＂，可為工業 4.0 打造整廠解決方案。
主打軟件即服務 (SaaS) 的新漢智能 (Nexcom)，看到多軸機械手臂接傳統可編程邏輯控制器 (PLC) 效能差強人意的需求缺口，改用 PC-based 的＂多軸多任務智能型運動控制器＂可支持多軸數運動——不須額外增加硬件配置，只要寫一個控制器即可讓效能大幅跳升并降低查線成本。IoT 自動化解決方案處長羅仕昀指出，由數據驅動的閉回路控制設計擁有＂回授＂至容器邊緣網關和公有云的能力，可為邊緣和云端運算的機器學習 (ML) 奠基；新漢開放式架構且符合標準工業通信協議的＂iAT2000 云智化監控系統＂，可為工業 4.0 打造整廠解決方案。
照片人物：新漢智能 IoT 自動化解決方案處長羅仕昀
羅仕昀描繪工業 4.0 發展歷程最早可追溯至 2008 年美國的先進制造技術計劃 (AMP)，2011 年于漢諾威工業博覽會 (Hannover Messe) 首度出現工業 4.0 一詞，復于 2015 年 4 月經德國電工電子與信息技術標準化委員會率先發布《工業4.0參考架構模型》(RAMI 4.0)。到了 2016 年開始倡導數字轉型，隨后在 2017 年誕生＂數位雙胞胎＂(Digital Twins) 概念。從工業 3.0 的大量生產到自動化，工業 4.0 的精髓應聚焦于智能制造、數字工廠、智能機械和虛實整合系統 (CPS)。
