资策会产业情报研究所(MIC)研究指出，2023年全球5G智慧制造的应用服务市场达2.52亿美元规模，随着5G技术的逐渐成熟，预期2026年全球5G智慧制造应用服务市场规模将达400亿美元。

IHS Markit的5G经济(The 5G Economy)报告则指出，2035年由5G所带动的工业物联网相关产值将逾5.2兆美元，其中，制造业产值达3兆3,640亿美元。另一方面，随着5G技术的需求大增，带动晶片、模组、系统整合、电信设备、电信服务等领域百花齐放。

5G加速智慧工厂实现 提高良率与产能

然而，虽然5G技术为制造及生产环境提供有力支援，目前多数工厂采用的无线通讯仍以Wi-Fi为主，传输品质、稳定度未臻理想，传输距离不够长，4G LTE虽符合多方条件，速度与频宽与5G相比仍居劣势，仅限於少数应用场景。

工研院机械所所长饶达仁指出，目前Wi-Fi5传输距离短，缺乏稳定性与安全性，不适用於智慧工厂，加上智慧工厂网路无线化应用需求大，更需要5G技术的超高频宽与高速、超高可靠度与低延迟、大规模通讯等特性强力助攻。

图1 : 工研院机械所所长饶达仁。(Source：工研院)

工厂导入5G工业务联网(IIoT)後，不仅有助搜集、整合从设计端到服务流程的各类数据，还能透过即时与海量数据制定策略，即时支援，即时决策。举例来说，5G通讯技术可以使工厂内的生产设备、机台与运输载具更智慧化，可以利用AI瑕疵检测数据分析，再透过5G即时制程检测的资料产生及传送，加速远端制程调整，提高生产检测精准度，大幅增加产品良率与产能。

饶达仁进一步指出，5G具有超高频宽与高速(eMBB)、超高可靠度与低延迟(uRLCC)、大规模通讯(mMTC)特性，被先进国家视为驱动工业4.0的关键技术，可提供奠基於工业物联网(IIoT)的智慧工厂与物流系统所需之联网通讯技术，以及具成本效益的解决方案，还可透过行动通讯技术建立专网，让现有基础设施快速上线，厂商因此可以将智慧制造系统近??无缝整合至完整的生产线与供应链，如英国电信(BT)建置工业4.0的5G专网智慧工厂，工厂产量提升2%，同时可确实掌握生产现场各机械的运作状况。

近年来已有不少5G在智慧工厂落地的案例，如德国博世(Bosch)与诺基亚(Nokia)合作，在2020年底於斯图加特-费尔巴哈的工业 4.0示范工厂建立第一座5G厂域网路运转，所有工厂生产环境均可流动、可相联，生产机器、设备及运输载具都因5G技术变得更智慧。博世全球工厂内已有超过12万台机器及25馀万台装置完成互联化，互联化解决方案让生产效率提升25%，机器可用性提升15%，维护成本则降低了25%，未来博世将在全球250家工厂中陆续导入5G技术。

图2 : 博世集团工业4.0营收累计突破40亿欧元。(Source：Bosch官网)

台湾的5G智慧工厂也在全速前进，如全台共有18座智慧工厂的半导体封测大厂日月光(高雄厂)早在2020年底与中华电信、高通联手打造5G毫米波(mmWave)企业专网智慧工厂，在工厂产线导入AI+AGV智慧无人搬运车、AR远端维护协作、AR教育馆体验等应用。

2021年9月，电子大厂台达与远传电信、台湾微软(Microsoft)合作，於桃园一厂生产线导入5G专网、AMR自主移动机器人、AGV无人搬运车、AI瑕疵检测数据分析、AI产线平衡、智慧监控、MR混合实境等应用。台达侧重於引进智慧设备、提升人力及转型，以及提升每小时单位产能，5G商用生产线同时导入Microsoft HoloLens混合实境及物联网数位双生技术，落实5G MR远距厂房管理、维修监控、远端产线巡检，大幅降低人工作业，单位面积产值提升75%，人均产值提升69%。

图3 : 导入5G後，智慧无人搬运车装设相机搭配AI及大数据分析，可进行产线自动巡检(AI+AGV智慧无人搬运车)。(Source：日月光官网)

5G毫米波(mmWave)的优势与劣势

5G技术所以能够驱动智慧工厂加速实现，主要在於5G毫米波运用於智慧工厂、智慧制造具有许多优劣。举例来说，5G毫米波具有超高网速(最高10Gbps)、低延迟(0.125毫秒)、高频宽(最大400MHz)等技术特性，应用於智慧工厂，可以结合全厂高清晰摄影，做到智慧监控、分析改善关键制程品质、提升产线员工精准度与效率、远端机器人控制、AGV车精准定位与协调控制，还能结合AR辅助自动化生产组装与排障。

不过，饶达仁不讳言，5G技术存在二项劣势，一是讯号射程短(200-300公尺)，容易被建筑物或工厂内大型机具阻挡而产生讯号衰退；二是覆盖范围有限，必须建置许多基地台来传送讯号，如此势必大幅增加5G建置费用。

此外，超低延迟与高可靠度虽是5G的强项，但不是没有天花板。3GPP与ITU-R的规定是，5G URLLC必须同时满足两个条件：32 bytes以上封包数据量成功传输率达99.999%以上，以及无线区间延迟达1毫秒以下，但实际应用时却无法达此要求，特别是对延迟要求最为严格的「运动控制」。CC-Link IE标准化组织对於运动控制所要求的通讯延迟约是微秒（μs）等级，即便控制系统中的某些用途允许包含应用程式处理在内约1-10毫秒的延迟，技术难度仍相当高。

当产业进入5G增强型行动宽频通讯(Enhanced Mobile Broadband；eMBB)商用阶段，也就是2020年定义的3GPP Release-16(5G技术Phase 2规格)，超可靠度和低延迟通讯特性(Ultra-reliable and Low Latency Communications；URLLC)可以与工业4.0结合，加速产线导入智慧制造技术。未来，3GPP的R17版本还会持续针对IIoT技术进行优化，并加入更弹性的NR-Light标准，以满足工业物联网的多元应用需求，但是在技术优化的过程中，业界普遍对於5G公用网路存有极大的资安疑虑。

对此，饶达仁认为，电信公司提供5G企业专网服务有助5G专网独立运作，不受通讯拥塞影响，但建置5G企业专网相关设备的投资成本过高，因此一般中小企业对於5G专网的导入意愿并不高。

图4 : 台达桃园一厂的5G应用示范生产线。(Source：台达官网)

简单来说，未来5G技术有待提升之处主要有三：

(1)一般运动控制的通讯延迟要求约为微秒(μs)等级，透过5G做到无线化控制系统网路，仍有相当难度需克服。

(2)工厂欲达到无缝连续生产，最重要的环节是即时通讯，因此，时基误差(Jitter)大小比低延迟更为重要。

(3)5G网路会产生更多互联端点与边缘运算装置，装置与系统间的相互通讯需打破传统上下垂直的阶层模式。为促成更多5G应用，网路势必要对外开放，相对提高被骇客入侵的机会与风险，因此，资安防护的规划布署更显重要。

5G与AIoT对於智慧制造的机会与挑战

5G与AIoT对於智慧制造、智慧工厂可能带来哪些机会与挑战？饶达仁认为，全球5G商业化布建持续进行中，已有超过70国推出5G服务。2022年已朝向5G独立组网、网路切片、企业专网等垂直应用领域发展。西班牙2022年世界行动通讯大会(MWC 2022)展期中已出现不少元宇宙概念应用范例，但未来在应用上仍需仰赖更为强大的通讯基础设施与技术支持。可预期的是，随着数位内容不断扩增，5G与下世代通讯将成为提升智慧制造、智慧工厂用户体验的重要关键。

另一方面，智慧制造、智慧工厂在AIoT智慧联网的实际运用上除了可见5G身影，绿色制造与永续需求随着2050年净零碳排目标的逼近，5G技术结合绿色转型也成为重要课题。从WEF评选的「全球灯塔工厂」不难看出此一趋势，灯塔工厂就是结合工业物联网 (IIoT)、AI、AIoT、数位化、大数据分析、5G等技术，表现优异的自动化智慧工厂，具有趋势指标性。

目前全球灯塔工厂共有90座，多为广泛使用工业4.0技术的全球领先制造业，以友达为例，除积极叁与台湾气候联盟外，也在厂内导入AI与智慧制造，创造节能减碳效益，如Carbon 2020减碳计画，目标5年内减碳100万公吨已提早达成，并透过AIoT数位化与资料科学技术，开发出智慧水电网系统(Smart Grid)，进一步成立制程水全回收技术的子公司友达宇沛，创造更多永续物流等外部与价值链夥伴。

面板大厂群创光电则积极响应联合国永续发展目标SDG 12促进绿色经济，确保永续消费及生产模式，例如开发废液晶回收技术，成立全球首座全自动化萃取液晶工厂，并透过智慧制造与智慧营运，朝「资源可持续回复及循环再生」的目标推进。在创造产业经济价值的同时，也致力推动循环经济，提升ESG经营绩效，再透过数位分身、AI检测、公私混和云数位平台等技术，提升企业经营的敏捷性与永续性。

饶达仁认为，未来5G与AIoT对於智慧制造、智慧工厂的挑战在於，通讯产业需积极开发基础设施，同时寻找适用於营运过程的节能减碳方法。对供应链厂商而言，须关注产品设计是否符合环境永续要求，同时考量生产过程与使用下的碳排放、绿电凭证使用是否达标。随着元宇宙题材、万物连网大传输发酵，电信系统的效能将更仰赖AI/ML等管理软体的辅助，才能达到降低能源耗损、节省成本增加收益，以及善尽ESG义务等目标，完成2030年减少碳排阶段任务，最终实现2050年净零碳排的终极目标。

图5 : 采用微软HoloLens应用场景。(Source：台达官网)

建置5G智慧工厂的两难：成本与安全性

资诚（PwC Taiwan）研究指出，5G可以实现生产优化，让生产周期更为顺畅，同时减少废弃物产出，极大化生产弹性，让随选式大量客制化制造成为可能，也有助工厂模组化。此外，5G优异的连线速度与网路连接密度可强化人机介面互动，提供各种行动数据与视觉化解决方案；密集的感测器配置有助监控设备状况，紧急停机信号出现时可以更灵敏地做出反应，以及进行预测性维护，提升制造设备的安全性与执行效率。

虽然5G技术带来许多可能，真正落实5G自动化并非易事，业者可能因为建置成本高昂、商业价值无法准确评估，或者对网路系统安全性怀有疑虑而延缓导入时程，这些都是未来5G导入智慧工厂过程中需要克服的挑战。资诚（PwC Taiwan）建议，导入5G最好趁早开始，可以采取策略性角度审视5G的价值，检视5G带来的生产效益和强大的竞争优势，与其他新兴科技带来的效益相比後，企业端可以更清楚地看到导入5G可能产生的价值。

饶达仁坦言，企业端普遍相信5G技术可以带来重要的运营优势，但因投资成本及潜在商业价值无法量化，加上全无线系统衍生的资安疑虑，导致企业无法在短时间内拥抱5G技术，投入智慧制造建置，但他乐观预期，随着5G技术愈来愈成熟，应用愈来愈广泛，建置成本势必会慢慢降低，5G技术全面驱动智慧工厂的时代不远。