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有賴通訊科技軟實力打造專網智慧工廠
5G工業應用與電信商共營共生

【作者: 陳念舜】   2021年03月30日 星期二

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自從2019年世界各國陸續宣佈5G開台後,帶動全球垂直應用市場逐漸普及,台灣也在2020年由政府釋照吸引電信營運商競標,正式進入5G元年,產官研三方並汲取過去4G時代慘敗的經驗,搶進Sub-6GHz主流商機,並透過公私營方式打造5G專網工廠,既利用其低延遲特性,也符合更要求廣連結、低成本的工業場域需求。


對於政府、研發法人、電信營運商而言,卻仍有待克服5G通訊標準不一的課題。猶記2020年底台積電創辦人張忠謀參訪工研院5G技術時,便特別詢問:「工研院的5G patent(專利)是哪一國的?」可見在5G應用時代選擇「通信標準」的重要性!工研院資訊與通訊研究所所長闕志克也隨即回覆,目前除了台灣本身的專利之外,大多是使用歐美國家的專利標準,未來才能更容易普及國際,將台灣5G技術轉換成對外輸出的科技力。


工研院雖在過去通訊技術發展年代直到3G才著手,但在過渡到4G時代階段,卻因為錯押寶在Intel的WiMax標準,與後來世界主流的LTE標準不同,導致台灣4G發展受挫,這次轉換到5G通訊時代無疑將更為謹慎。


5G標準各取所需 工業應用主流先行

由於現今第一階段的5G只要提高頻率到3~6GHz,就能達到所謂「Sub-6GHz」頻段,而不必等到第二階段才能提高頻率到20~60GHz的「毫米波(mmWave)」,後者雖然被視為真正擁有高速率、低延遲、大頻寬等特性,下載速度比Sub-6GHz快了約10倍,卻也造成空間衰減幅度大、網路覆蓋率低等技術問題,比起4G的傳輸距離較短、訊號容易被阻斷,增加了元件設計與基礎設施布建的系統複雜性與成本,需要數量及密度更高的基地台來解決繞射問題。


所以目前廣為各國電信營運商公網競標、優先部署使用的主流,還是屬於中頻段Sub-6GHz(3.5GHz或2.6~4.9GHz),在台灣競標出天價的3.5GHz穿透力還比mmWave更高,不會輕易被牆壁、窗戶,甚至樹木阻擋訊號,符合對成本、涵蓋率與技術成熟度的優先考量。屬於毫米波的28GHz頻段,則多用於企業或特殊場域的專網,目前台灣連釋出的頻段都未標完、總標金和3.5GHz差了近100倍。



圖1 : 目前廣為各國電信營運商公網競標、優先部署使用的主流,還是屬於中頻段Sub-6GHz(3.5GHz或2.6~4.9GHz),不會輕易被牆壁、窗戶,甚至樹木阻擋訊號。(source:i0.wp.com)
圖1 : 目前廣為各國電信營運商公網競標、優先部署使用的主流,還是屬於中頻段Sub-6GHz(3.5GHz或2.6~4.9GHz),不會輕易被牆壁、窗戶,甚至樹木阻擋訊號。(source:i0.wp.com)

根據工研院統計,即使過去一年來受到疫情衝擊下,全球5G商用網路部署仍持續進行,至今共有59國140家電信商推出5G專網,約占全球電信商18%,卻僅42家電信商同時採用Sub-6G與mmWave技術,可見前者乃是主流,就連美國都已回心轉意。


闕志克進一步指出:「5G時代帶來的最大經濟效益還是在應用領域,但成敗與否的關鍵將在兩部份:一能否找出『非5G不可』的殺手級創新應用;二發揮5G應用更龐大的商業價值!」前者目前主要集中於利用遠端遙控(Tele-Operation)創造不同體驗場景,惟其「低延遲」特性將與未來智慧製造發展息息相關。



圖2 : 工研院資訊與通訊研究所所長闕志克指出,5G時代成敗與否的關鍵將在於找出「非5G不可」的殺手級創新應用,以及發揮更大商業價值!(攝影:陳念舜)
圖2 : 工研院資訊與通訊研究所所長闕志克指出,5G時代成敗與否的關鍵將在於找出「非5G不可」的殺手級創新應用,以及發揮更大商業價值!(攝影:陳念舜)

例如在AOI+AI應用場域,便可藉此即時蒐集全部製程參數,包含製造設備運行狀態、檢驗工件品質有無瑕疵,再將相關資訊上傳雲端或大數據資料庫。或者導入AR元素雙向影音溝通,使員工可遵循、專家同步指引,一步步完成檢修或確認組立工作正確;以及當AMR與工作站(Station)、站與站連結(Docking)或串聯多部AMR(Multi-AMR Platooning)時,透過5G低延遲特性助其互相通訊,達成同步運行。


5G垂直應用關鍵 有賴公私專網合縱連橫

然而,因為頻寬及覆蓋率有限,並非所有工廠都會在電信營運商的5G公/專網部署優先範圍內,這時業者就需考慮建置私有5G專頻專網。因為比起公有網路擁有更大的彈性,方便業者在未來整合更多的功能,可為智慧工廠提供許多額外的優勢,像是更好的隱私保護、避免干擾、快速進行服務轉換、針對本地應用的優化等。台灣企業仍希望使用5G專頻專網,尤其是在半導體和高科技領域,其次在醫療和石化業,預估2025年台灣將有50%企業會採用5G專網服務。


例如英業達繼兩年前在內部成立5G研發中心後,即聚焦在導入智慧工廠應用的相關解決案。其中,自家的桃園伺服器廠區首先進行AI進化、建置自動光學檢驗系統,利用累積的產線圖檔經過機器學習、進行分析及判讀產品瑕疵,最後達到取代人工檢測。


近期更透過與微軟旗下專注於5G應用相關解決方案的子公司Affirmed Networks的開放式雲端架構UnityCloud聯手導入5G實驗專網,與其自有AOI系統整合,進一步透過5G有更大靈活性與彈性,能更快速連接產線上的每個多種不同等級、功用的機器設備與自家研發的工業機器人、無人搬運車等設備逐步導入整個廠區,落實於自家首座5G專網智慧工廠運行以大幅提升效能,改善製程的學習曲線及效率;還可整廠輸出,為其他的不同製造產業製造廠,提供硬體暨平台與軟硬整合應用的效能改善方案,搶攻5G商機下的企業專網商機。


但目前專網是否需要「專頻」、頻譜成本跟法規規管等議題,仍在行政院進行跨部會討論,只希望可以爭取3.7GHz到3.8GHz的100M頻寬做為企業專網專頻使用,頻譜取得成本可參照鄰近頻率競標成本,法規則參照電信管理法。


電信商結盟企業 進軍專網搶市

此外,基於成本考量,業界也始終有另一股聲音,認為企業專網不需專頻,而應與電信營運商合作租用頻譜或網路,後者更以「喝牛奶不需要自己養牛」來呼籲企業合作。


中華電信除了今年已與虎尾科技大學、威力工業網路公司簽署合作備忘錄,利用中華電信的5G企業專網、MEC資料大數據分析、VR企業應用及物聯網平台等方案,結合虎科大智能機械與智慧製造研究中心專業,整合各廠牌的CNC機台與物聯網閘道器,建立AI人工智慧模型;並結合廠區檢修AR/VR工具,加速設備檢修與維護,打造完整的5G智慧工廠解決方案。


最終目的是透過產官學合作,建立與複製虎科大與客戶端的5G智慧工廠實驗測試與示範場域為工廠客戶提供客製化服務,可以減輕中小企業負擔,讓台灣的5G智慧工廠能加速開花結果;並透過技術轉移的方式,將5G智慧工廠解決方案推廣至國內外產業市場。



圖3 : 業界始終有另一股聲音,認為企業專網不需專頻,而應與電信營運商合作租用頻譜或網路,後者更以「喝牛奶不需要自己養牛」來呼籲企業合作。(source:遠傳電信)
圖3 : 業界始終有另一股聲音,認為企業專網不需專頻,而應與電信營運商合作租用頻譜或網路,後者更以「喝牛奶不需要自己養牛」來呼籲企業合作。(source:遠傳電信)

中華電信日前還與東元電機、微軟簽署三方策略合作備忘錄(MOU),因應產業創新5G AIoT應用趨勢,整合三方於智慧機電、資通訊、雲端服務優勢,三家大廠將攜手尋求解決方案和擴大商機涵蓋,加速推動工業4.0發展為目標。初期將共同開發及優化智能科技產品,包括智慧機電、自動化產品、智慧能源、智慧家電及智慧城市解決方案,帶動企業數位轉型及企業全面資安升級,尋求三贏的目標與契機。


未來3方也將共同開發工業4.0解決方案,建置於微軟Azure雲平台上,透過微軟全球夥伴生態系,共銷至全球市場,此戰略合作項目更象徵東元啟動「Manufacturing as a Service製造即服務」營運模式。其中主要開發項目包含機電產品預防保養、工廠自動化升級智能化、AR遠端協作、大數據平台等解決方案。透過策略聯盟啟動,三方未來將結合爭取國內外發展智慧能源、智慧家電、智慧雲服務中心等解決方案之商機,並銷往微軟全球生態系。



圖4 : 中華電信與東元電機、台灣微軟策略合作擴大全球商機,由左至右依序為:中華電信董事長謝繼茂、東元電機董事長邱純枝、台灣微軟總經理孫基康。(source:東元電機)
圖4 : 中華電信與東元電機、台灣微軟策略合作擴大全球商機,由左至右依序為:中華電信董事長謝繼茂、東元電機董事長邱純枝、台灣微軟總經理孫基康。(source:東元電機)

另一家台灣電信營運商遠傳電信公司總經理井琪,也認同5G已成為不同產業策略發展的共同重心,數位轉型的關鍵驅動力,當企業所處的市場生命週期已可預見或到了成熟及衰退階段,導致競爭力大幅下滑或成長面臨停滯,組織原有營運模式無法因應市場變遷與需要時,便須歷經數位化→數位優化→數位轉型過程,利用數位科技創新商業模式。但她也強調:「有時企業不只應關注自身有無轉型必要,還須考慮競爭對手會否先發制人!」


遠傳電信自2019年便開始積極推廣「大人物(人工智慧AI+大數據Big Data+物聯網IoT)」概念,訴求站在CT營運商的角度利用現有IT軟硬體科技,經雲平台高速運算、AI分析學習通過5G網路上傳的資訊,讓業者不必斥資採購龐大又昂貴的伺服器、CPU,而能專注於地端即時接收、上傳資訊的硬體裝置即可。


井琪進一步分析現行廠內網路連結,係透過WiFi、實體線路混合布建為主,環境較為複雜。舉AGV為例,便須安裝大量電磁感應、磁帶/雷射導引、自然尋標、視覺導航等機制,造成場地布置時間長、精準度低、成本高等問題;WiFi連結須經過多個節點,導致訊號容易中斷,而有不穩定和安全性等問題;又因不能主動繞行障礙物、運行自動化,導致工作效率低落。


遠傳電信則可先協助企業建立5G基地台協助在較小區域或規模傳輸資訊,室內、園區都在同一張網內,更容易管理,移動性與安全性也高;實現MEC超低延遲,資料流毋須經過多節點即可回傳,降低傳輸延時;同時以5G+AI視覺來替代傳統導航,不受場地限制也減少布署成本。



圖5 : 遠傳電信可先協助企業建立5G基地台協助在較小區域或規模傳輸資訊,更容易管理,移動性與安全性也高。(source:遠傳電信)
圖5 : 遠傳電信可先協助企業建立5G基地台協助在較小區域或規模傳輸資訊,更容易管理,移動性與安全性也高。(source:遠傳電信)

2020年先和台達電、微軟(Microsoft)三方合作打造台灣首座5G智慧工業產品工廠,導入5G專網、自主移動機器人(AMR)、瑕疵檢測數據分析(AOI)、微軟雲計算、混合實境(MR)等應用,打造「少量多樣、高頻換線」5G智慧商用生產線。並在聯發科IC封測的合作廠商京元電子、矽格和日月光等產線建置3.5GHz 5G基站,以提升通訊晶片的檢測效率與品質管控;近期更在聯發科通訊晶片的研發總部,打造5GmmWave互連互測的垂直場域,以強化聯發科5GmmWave晶片研發能力,更易於導入全球市場。


透過5G影像辨識技術,實現對於工業生產中的加工工序、安全生產、品質監控等應用,將帶來優勢如辨識成本較人工勞動成本更低、精度高於勞工,又不會造成工傷,而有效保護員工。井琪最後強調,現在許多5G智慧應用已不可能由一家獨拿,期待透過攜手CI+IT+OT與不同產業垂直整合、跨業合作來共創多贏


值得一提的是,隨著中國大陸、南韓等5G先行者在美中拉開科技鐵幕後,導致華為(HUWAI)5G設備在全球布建受挫,大幅增加基礎建設和應用成本,推遲全球推動5G應用期程。全球行動寬頻業務現已逐漸走向「輕資產、低營運成本」的競爭模式,間接驅動了電信營運商之間透過「共頻共網」來節省網路建設成本。


遠傳電信自從在關鍵的位址競標上擊敗了台灣大哥大,取得3.5GHz頻段的「魚肚」,減少彼此干擾,使之在該頻段的頻寬高達80MHz,和主要競爭對手台灣大的60MHz拉開了差距,也導致原本4G時代租用台灣大網路的亞太電信宣布與遠傳合作,並率先獲得國家通訊傳播委員會(NCC)同意,採取「共頻共網」策略,加上長期深耕大數據、AIoT等領域,已超前部署智慧製造、醫療市場。


展望未來,企業採用5G專頻專網的好處在於,既可解決傳統WiFi連網延遲與品質不易管控,當要求多樣少量或彈性生產時,感覺「卡卡」的缺點;還可降低採用電信商公網通訊費、設備負擔,倘若採用專網設備並排除多人同時或高速移動時連網等不必要功能,將有機會降低50%成本。但闕志克也坦言,5G專頻專網的缺點是建置容易卻不易維護營運,所以他建議即使5G設備有逐漸IT化(資訊科技)趨勢,仍應納入CT(通訊科技)領域維運公網knowhow,業者可考慮建置完成私網後委由電信商營運模式。


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