自從2020年6月底臺灣5G正式開臺以來，除了檯面上3大電信營運(yùn)商撒錢競標(biāo)大戰(zhàn)，讓人津津樂道之外；更重要的還是接下來該如何落實(shí)垂直場域應(yīng)用加值，逐步降低上下游初期建置成本，無線智慧工廠既是其中選項(xiàng)之一，COVID-19疫情無疑更加速成長，整合協(xié)作型工業(yè)機(jī)器人、自動搬運(yùn)車的AMR裝置將扮演關(guān)鍵移載角色，帶動相關(guān)領(lǐng)域成長！

觀察現(xiàn)今臺灣製造業(yè)因?yàn)檠匾u工業(yè)2.0~3.0時(shí)代以來，福特流水線式生產(chǎn)或豐田精實(shí)生產(chǎn)管理（TPS）機(jī)制，凡是牽扯到生產(chǎn)命脈流動的環(huán)節(jié)，越具有導(dǎo)入的急迫性，所以聚焦於生產(chǎn)線最佳化、移動設(shè)備與物流管理等，將是5G應(yīng)用最早在工廠落地的3大領(lǐng)域。尤其是移動設(shè)備更顯急迫性，傳統(tǒng)自動化工廠中的自動搬運(yùn)車（AGV）既屬於移動設(shè)備一環(huán)，用來執(zhí)行產(chǎn)線之間物流搬運(yùn)；在搭載輕量化、協(xié)作型機(jī)器人之後，更有助於生產(chǎn)最佳化。

相較於現(xiàn)行4G通訊技術(shù)，5G技術(shù)因具有超高頻寬與高速（eMBB）、超高可靠度與低延遲（uRLCC）、廣連結(jié)通訊（mMTC）3大優(yōu)勢，未來在智慧製造領(lǐng)域可創(chuàng)造的利基應(yīng)用，包括：機(jī)器人控制（特別是移動機(jī)器人）、擴(kuò)增實(shí)境與虛擬實(shí)境應(yīng)用、品質(zhì)檢測與設(shè)備即時(shí)控制回饋，以及環(huán)境與人員狀態(tài)監(jiān)控警示等。

其中，在工業(yè)機(jī)器人控制應(yīng)用上發(fā)展的趨勢，包括與多種感測裝置（例如視覺）整合、結(jié)合邊緣（機(jī)器人本體）與雲(yún)端控制、透過機(jī)器學(xué)習(xí)自主更新功能、強(qiáng)化與人機(jī)協(xié)作時(shí)的安全性、眾多機(jī)器人間協(xié)同合作，以及自主移動等，具體效能包括：

1.快速建立、更換、強(qiáng)化個(gè)別機(jī)器人的能力，以及多個(gè)機(jī)器人之間的協(xié)同工作能力。結(jié)合5G、物聯(lián)網(wǎng)、機(jī)器學(xué)習(xí)、雲(yún)端平臺，能針對不同的產(chǎn)品與製程需求，快速更新控制軟體；以及將個(gè)別機(jī)器人的機(jī)器學(xué)習(xí)結(jié)果、新的控制方案與技能，傳遞給其他機(jī)器人。即使位於同一工廠、產(chǎn)線上的機(jī)器人，也能以5G相互傳遞資訊，形成更具效能的整合式工作系統(tǒng)來完成任務(wù)。

2.提高人機(jī)協(xié)作時(shí)的安全性，機(jī)器人能將多種感測資料傳遞到遠(yuǎn)端伺服器或雲(yún)端處理後，依據(jù)反饋控制來確保周邊合作人員的安全；並透過遠(yuǎn)距即時(shí)控制，讓機(jī)器人能在特殊環(huán)境（例如高溫、高壓、輻射等）中長期工作。

3.提升自主移動機(jī)器人（AMR）的性能與車隊(duì)管理效能，由於比起傳統(tǒng)須預(yù)設(shè)磁軌與標(biāo)誌，在固定線路運(yùn)行的無人搬運(yùn)車（AGV），AMR能在設(shè)定的空間內(nèi)利用無線通訊來感測環(huán)境、處理資料與即時(shí)控制，防止碰撞而自動導(dǎo)引行駛、應(yīng)用彈性大幅提高；加上在多數(shù)應(yīng)用場域，會有數(shù)臺到數(shù)百臺AMR在相同空間內(nèi)行駛，所以須藉助中央車隊(duì)管理系統(tǒng)及無線通訊指揮，5G將成為重要無線通訊應(yīng)用方案。

根據(jù)Nokia預(yù)測，未來全球5G專網(wǎng)可能應(yīng)用場域高達(dá)1,458萬個(gè)，其中就以工廠製造與倉儲中心的數(shù)量遙遙領(lǐng)先。旗下位於芬蘭Oulu的智慧工廠，已導(dǎo)入許多工業(yè)4.0與5G應(yīng)用方案，包括物聯(lián)網(wǎng)分析、邊緣運(yùn)算、數(shù)位分身（Digital Twin），以及AGV、工業(yè)機(jī)器人、機(jī)器視覺人員輔助、AR等，使整體生產(chǎn)力增加30%、新產(chǎn)品上市時(shí)間縮短50%，已被顧問公司麥肯錫與世界經(jīng)濟(jì)論壇（WEF）評定為全球智慧工廠典範(fàn)的「燈塔工廠Lighthouse」之一。

Siemens在2019年漢諾威工業(yè)展中，也展出「從自動化到自主式生產(chǎn)」的未來生產(chǎn)情境，將零組件與半成品，以及組裝用的工業(yè)機(jī)器人都放置在自主移動機(jī)器人（AMR）上，依據(jù)生產(chǎn)需求聚集到人員工作站旁，再透過人機(jī)協(xié)作方式完成產(chǎn)品製造組裝。

圖1 : 5G技術(shù)未來在智慧製造領(lǐng)域可創(chuàng)造的利基應(yīng)用，包括：機(jī)器人控制、擴(kuò)增實(shí)境與虛擬實(shí)境應(yīng)用。（source：assets.new.siemens.com）

然而，目前廠內(nèi)AGV多半採取Wi-Fi傳輸模式，屬於免執(zhí)照的開放頻段，連線品質(zhì)易受干擾，每當(dāng)移動距離過遠(yuǎn)，切換不同基地臺就需要重新連線，造成AGV在移動過程指令中斷，嚴(yán)重影響到產(chǎn)線稼動率；其次是Wi-Fi具有資安風(fēng)險(xiǎn)，容易從外部破解。

因此，對於常需要跨廠區(qū)移動設(shè)備運(yùn)行的半導(dǎo)體業(yè)者，對5G的部署就展現(xiàn)相當(dāng)高的興趣。包括AGV、AMR或是天車（OHT），都是目前智慧工廠中相對率先導(dǎo)入5G的移動設(shè)備。在遠(yuǎn)傳協(xié)助臺達(dá)電於桃園龜山廠布建5G企業(yè)專網(wǎng)中，就以AGV透過5G訊號與管理平臺交換資料，建立智慧物流調(diào)度系統(tǒng)，可同時(shí)指揮上千臺AGV穩(wěn)定執(zhí)行搬運(yùn)工作。

遠(yuǎn)傳、臺達(dá)電、微軟強(qiáng)強(qiáng)三方聯(lián)手　打造無線智慧工廠

日前由遠(yuǎn)傳電信、臺達(dá)電子、臺灣微軟三方攜手打造的全國首座5G智慧工廠，分別借重遠(yuǎn)傳以「大人物」（大數(shù)據(jù)、人工智慧、物聯(lián)網(wǎng)）專長，搭配5G 80MHz連續(xù)頻寬，結(jié)合臺達(dá)創(chuàng)新智慧設(shè)備以及微軟先進(jìn)雲(yún)端技術(shù)，初期將於臺達(dá)桃園研發(fā)中心的智慧製造示範(fàn)場域，導(dǎo)入AGV無人搬運(yùn)車、AOI瑕疵檢測設(shè)備、雲(yún)端AIoT應(yīng)用三大智慧應(yīng)用，率先打造完整5G應(yīng)用示範(fàn)場域。

三方預(yù)計(jì)於臺達(dá)桃園研發(fā)中心展示間打造的5G智慧示範(fàn)場域，將運(yùn)用AGV傳輸?shù)?G訊號與管理平臺交換資料，於生產(chǎn)過程中建立智慧物流調(diào)度系統(tǒng)，穩(wěn)定執(zhí)行物流搬運(yùn)工作，將大幅縮減物料搬運(yùn)次數(shù)及人力成本；並依據(jù)監(jiān)測資訊即時(shí)下達(dá)指令，有效提高產(chǎn)能。

圖2 : 由遠(yuǎn)傳電信、臺達(dá)電子、臺灣微軟三方攜手打造的全國首座5G智慧工廠，初期將於臺達(dá)桃園研發(fā)中心的智慧製造示範(fàn)場域，導(dǎo)入AGV、AOI瑕疵檢測、雲(yún)端AIoT應(yīng)用三大智慧應(yīng)用。（攝影：陳念舜）

臺達(dá)將在智慧產(chǎn)線中率先以三方合作開發(fā)的AOI瑕疵檢測設(shè)備為示範(fàn)重點(diǎn)，遠(yuǎn)傳5G智慧工廠專網(wǎng)，於產(chǎn)線佈建同一網(wǎng)路；利用5G高速、低延遲特性，即時(shí)傳送製程中檢測產(chǎn)生的巨量高解析度圖片資料，並進(jìn)行大數(shù)據(jù)分析，快速遠(yuǎn)端調(diào)整製程。因?yàn)橘Y料不需經(jīng)多節(jié)點(diǎn)即可回傳，大幅降低傳輸時(shí)間，有助於提高檢測精準(zhǔn)度、產(chǎn)品良率與產(chǎn)能，期待未來能降低90%直接人工，將5G智慧製造經(jīng)驗(yàn)推廣到不同產(chǎn)業(yè)。

廠區(qū)規(guī)劃導(dǎo)入的智慧製造雲(yún)端AIoT應(yīng)用，則是運(yùn)用Microsoft Azure開放又有彈性的雲(yún)端運(yùn)算平臺，以及混合實(shí)境（MR）Microsoft HoloLens打造而生；透過5G串連工廠與產(chǎn)線，可幫助製造業(yè)快速取得、分析、視覺化大量的訊息，有效提升流程效率，實(shí)現(xiàn)工業(yè)自動化。

5G第一階段標(biāo)準(zhǔn)完成　即將啟動5A商機(jī)

另為了確保產(chǎn)線正常運(yùn)作，透過新一代資通訊（ICT）技術(shù)推動工業(yè)自動化（OT）快速進(jìn)階到智慧製造，生產(chǎn)設(shè)備也是5G相當(dāng)重要的應(yīng)用場景。尤其是在COVID-19加速數(shù)位轉(zhuǎn)型和生產(chǎn)無人化之後，未來高度自動化設(shè)備必須具備即時(shí)反應(yīng)（低延遲）、溝通順暢（大頻寬）、多樣深入（廣連結(jié)）等特性，以實(shí)現(xiàn)工業(yè)控制與自動化系統(tǒng)、設(shè)備雲(yún)端化，機(jī)器人與人、AGV設(shè)備互相協(xié)作管理；以及可重構(gòu)的協(xié)同控制、產(chǎn)線、無網(wǎng)路線工廠等，能讓雲(yún)端科技內(nèi)建大數(shù)據(jù)分析的演算法技術(shù)（DT），以合理成本落實(shí)於產(chǎn)線，成為能真正同步提升ICT、OT、DT等核心競爭力的智慧製造產(chǎn)業(yè)。

工研院產(chǎn)科國際所研究員黃仲宏認(rèn)為，AI/5G智慧自動化加值現(xiàn)今製造業(yè)發(fā)展，主要係奠基於3大核心定律：

1.摩爾定律（Moore's law），晶片上可容納的電晶體數(shù)量將以每18個(gè)月倍增的速度增加，提升運(yùn)算速率；

2.吉爾德定律（Gilder's Law）：網(wǎng)路通訊系統(tǒng)的頻寬會以每6個(gè)月增加3倍的速度成長，而消費(fèi)者每單位的變動通訊成本將逐漸降低；

3.梅特卡夫定律(Metcalf’s Law)，區(qū)域內(nèi)的網(wǎng)路價(jià)值等於該網(wǎng)路內(nèi)的網(wǎng)通設(shè)備（節(jié)點(diǎn)）數(shù)量的平方，又與聯(lián)網(wǎng)用戶數(shù)的平方成正比。

隨著國際標(biāo)準(zhǔn)組織3GPP於今年7月3日宣布完成第一階段R16標(biāo)準(zhǔn)之後，即將掀起各行各業(yè)無線商機(jī)熱潮，包含從架設(shè)企業(yè)5G專網(wǎng)開始，逐步落實(shí)於智慧製造5A領(lǐng)域等賦能創(chuàng)新應(yīng)用。促使製造系統(tǒng)變得更彈性、有效率，於生產(chǎn)過程中經(jīng)過實(shí)時(shí)監(jiān)控，確保產(chǎn)能及品質(zhì)穩(wěn)定，克服產(chǎn)品生命週期短促的挑戰(zhàn)，來提升國際競爭力。

工研院預(yù)估全球2020~2035年間投資5G/6G領(lǐng)域?qū)⑦_(dá)到3.5兆美元，並藉此加持5A（AMR、AGV、AOI、AR/MR、AIoT）領(lǐng)域發(fā)展，衍生出15兆美元以上的市場規(guī)模。其中將協(xié)助產(chǎn)業(yè)發(fā)展智慧製造的應(yīng)用領(lǐng)域，包含：工廠自動化，生產(chǎn)及運(yùn)作自動控制與最佳化；處理自動化，物料、半成品處置的自動化決策；物流與倉儲，物料產(chǎn)品的運(yùn)送、存放、取出；監(jiān)控與維護(hù)，建立因果方法以分析生產(chǎn)良率高低。

舉例來說，3C電子產(chǎn)品（筆電、伺服器、網(wǎng)通設(shè)備）製造工廠將是最積極透過5G，建構(gòu)可自主決策與反應(yīng)的智慧製造，克服目前AGV、裝置聯(lián)網(wǎng)管理在產(chǎn)線遭遇瓶頸或產(chǎn)能變異時(shí)，不易調(diào)整與變異預(yù)期；避免因?yàn)槭褂萌斯z測有一定的檢測誤判率，若採自動光學(xué)檢測(AOI)不同產(chǎn)品時(shí)，恐耗時(shí)開發(fā)新程序。

反之，在導(dǎo)入5G專網(wǎng)系統(tǒng)的整合架構(gòu)及高傳輸、低延遲特性，可望讓3C製造工廠轉(zhuǎn)型為智慧工廠。近來英業(yè)達(dá)公司便採取獨(dú)立組網(wǎng)（SA）模式的開放式架構(gòu)5G專網(wǎng)，既提供IoT應(yīng)用所需的可靠連結(jié)與資安；同時(shí)透過虛擬化的網(wǎng)路軟體架構(gòu)，降低建置維運(yùn)成本，兼顧網(wǎng)路安全。5G AI-AOI的整合應(yīng)用，也確實(shí)降低了零組件的誤判率，大幅提升基板直通率，約節(jié)省50%的AOI複判人力。

圖3 : 電子產(chǎn)品將是最積極建構(gòu)可自主決策與反應(yīng)的無線智慧工廠（source：smart-industry.net）

此外，目前已在臺灣半導(dǎo)體業(yè)可見約2,000部AGV/AMR/OHT運(yùn)行於臺積電最先進(jìn)製程廠，在4個(gè)棒球場大的場域裡的移動路線長達(dá)500,000km，每天接收8,000萬次指令。黃仲宏分析，過去AMR雖被看好能兼具OHT/AGV功能，卻因?yàn)殛P(guān)鍵LiDAR感測器及SLM無軌導(dǎo)航系統(tǒng)須仰賴歐日系大廠進(jìn)口，導(dǎo)致均價(jià)高達(dá)500萬以上。

預(yù)估未來5年臺灣市場出貨量約1,300部，但國際市場複合成長率將達(dá)到10%~20%，臺灣自主移動式機(jī)器人供應(yīng)鏈足以滿足電子科技業(yè)未來需求，其中開源系統(tǒng)、感測器會隨著Tokuyo、SICK競爭激烈，加入中國大陸後進(jìn)者讓門檻逐漸降低，估計(jì)AMR每年降價(jià)5%~10%，建議可從後段製程切入。

但黃仲宏也坦言，現(xiàn)今產(chǎn)業(yè)要導(dǎo)入5G專網(wǎng)的成本極高，必須結(jié)合電信營運(yùn)商，為製造業(yè)導(dǎo)入5G提升競爭力。並借助同時(shí)期並存的Wi-Fi6低耗能技術(shù)，協(xié)助落實(shí)工廠設(shè)備布建充足無線感測器，以達(dá)到有效監(jiān)控和智慧化目的，還可減少布建特殊危險(xiǎn)位置的感測器更換頻率；支援高速傳輸、多設(shè)備連結(jié)，適用區(qū)域網(wǎng)路，滲透率從2020年16%增加為2024年75%，包含網(wǎng)通設(shè)備、晶片、PA元件等年複合成長率（CAGR）約55%。

迎接後疫零接觸需求　掌握數(shù)位雙生商機(jī)

工研院產(chǎn)科國際所機(jī)械與製造系統(tǒng)研究部經(jīng)理熊治民也建議，面對未來新的發(fā)展需求與營運(yùn)環(huán)境，臺灣機(jī)械產(chǎn)業(yè)需要精確掌握新商機(jī)，並加速企業(yè)體質(zhì)改善與競爭力提升。關(guān)鍵議題與策略包括：

1.掌握因應(yīng)疫情及區(qū)域生產(chǎn)帶來的零接觸(無人化及遠(yuǎn)距)及分散式生產(chǎn)需求商機(jī)。例如基於聯(lián)網(wǎng)、雲(yún)端平臺、擴(kuò)增實(shí)境技術(shù)的生產(chǎn)設(shè)備遠(yuǎn)距監(jiān)控、健康診斷、遠(yuǎn)距維修作業(yè)指引在疫情期間需求量暴增，以及應(yīng)用在製造及服務(wù)領(lǐng)域的機(jī)器人與智慧自動化方案，需要更高的頻寬需求以達(dá)到即時(shí)傳輸與高解析度的影像，對於5G的需求也必然增長。。

2.發(fā)展、提供能協(xié)助製造業(yè)強(qiáng)化供應(yīng)鏈韌性的各類機(jī)械設(shè)備與產(chǎn)生系統(tǒng)。例如具備高度應(yīng)變彈性的模組化生產(chǎn)設(shè)備，以及透過數(shù)位雙生(Digital Twin)為客戶快速建置生產(chǎn)系統(tǒng)的客製化製造服務(wù)能力。

3.加速企業(yè)數(shù)位轉(zhuǎn)型。透過數(shù)位化工具與平臺，提升設(shè)計(jì)、製造、銷售、服務(wù)等價(jià)值活動環(huán)節(jié)流程數(shù)位化程度，進(jìn)而提高總體作業(yè)及營運(yùn)效能、降低總體運(yùn)作成本，以及開發(fā)滿足客戶需求與創(chuàng)造價(jià)值的新商業(yè)模式。

對臺灣產(chǎn)業(yè)而言，5G可改善部分智慧製造應(yīng)用方案運(yùn)作效果，加速智慧製造實(shí)際應(yīng)用的擴(kuò)散，製造業(yè)也是5G未來重要的垂直應(yīng)用領(lǐng)域，可透過相關(guān)應(yīng)用方案推動，協(xié)助5G生態(tài)系發(fā)展。

長期提供全球客戶3D設(shè)計(jì)軟體、數(shù)位模擬和產(chǎn)品生命週期管理（PLM）解決方案的達(dá)梭系統(tǒng)（Dassault Systemes）臺灣分公司資深技術(shù)經(jīng)理許欲生指出，該公司目前在3DEXPERIENCE平臺下建構(gòu)的設(shè)計(jì)管理平臺，即可於CAD設(shè)計(jì)階段納入模擬電控系統(tǒng)、馬達(dá)、管線等虛實(shí)比對；進(jìn)而在正式生產(chǎn)前，導(dǎo)入各式機(jī)器人驗(yàn)證或修改模擬及工藝流程，結(jié)合如ABB機(jī)器人整合多系統(tǒng)/機(jī)器、人機(jī)協(xié)同，在生產(chǎn)線上各工站的組裝程序、稼動率、cycle time等；接著經(jīng)製造營運(yùn)管理平臺，讓業(yè)者M(jìn)ES掃瞄工單QR code即可生產(chǎn)。未來還能透

對於有意規(guī)劃5G智慧工廠的製造業(yè)者、AMR及網(wǎng)通設(shè)備供應(yīng)商、電信營運(yùn)商，達(dá)梭除了可藉其軟體，模擬驗(yàn)證5G產(chǎn)品的天線及結(jié)構(gòu)、基地臺設(shè)計(jì)之外，還能兼顧其配置時(shí)高頻基地臺、感測器密集的特性，建議安裝的位置、數(shù)量，避免受到廠內(nèi)金屬機(jī)械設(shè)備或其他個(gè)人通訊裝置干擾、遮蔽訊號；甚至是電磁波對人體影響、熱管理對策等，確保傳輸效能穩(wěn)定，提供AI機(jī)器學(xué)習(xí)（Machine learning）分析、預(yù)診數(shù)據(jù)。透過5G持續(xù)累積製程數(shù)據(jù)交換，與上中游供應(yīng)鏈、國外客戶合作提供遠(yuǎn)距維運(yùn)等售後服務(wù)。

圖4 : 對於有意規(guī)劃5G智慧工廠的製造業(yè)者、AMR及網(wǎng)通設(shè)備供應(yīng)商、電信營運(yùn)商，達(dá)梭系統(tǒng)能兼顧其配置時(shí)高頻基地臺、感測器密集的特性，建議安裝的位置、數(shù)量。（source：達(dá)梭系統(tǒng)）

**刊頭圖（source:bosch-presse.de）