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有赖通讯科技软实力打造专网智慧工厂
5G工业应用与电信商共营共生

【作者: 陳念舜】2021年03月30日 星期二

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自从2019年世界各国陆续宣布5G开台後,带动全球垂直应用市场逐渐普及,台湾也在2020年由政府释照吸引电信营运商竞标,正式进入5G元年,产官研三方并汲取过去4G时代惨败的经验,抢进Sub-6GHz主流商机,并透过公私营方式打造5G专网工厂,既利用其低延迟特性,也符合更要求广连结、低成本的工业场域需求。


对於政府、研发法人、电信营运商而言,却仍有待克服5G通讯标准不一的课题。犹记2020年底台积电创办人张忠谋叁访工研院5G技术时,便特别询问:「工研院的5G patent(专利)是哪一国的?」可见在5G应用时代选择「通信标准」的重要性!工研院资讯与通讯研究所所长阙志克也随即回覆,目前除了台湾本身的专利之外,大多是使用欧美国家的专利标准,未来才能更容易普及国际,将台湾5G技术转换成对外输出的科技力。


工研院虽在过去通讯技术发展年代直到3G才着手,但在过渡到4G时代阶段,却因为错押宝在Intel的WiMax标准,与後来世界主流的LTE标准不同,导致台湾4G发展受挫,这次转换到5G通讯时代无疑将更为谨慎。


5G标准各取所需 工业应用主流先行

由於现今第一阶段的5G只要提高频率到3~6GHz,就能达到所谓「Sub-6GHz」频段,而不必等到第二阶段才能提高频率到20~60GHz的「毫米波(mmWave)」,後者虽然被视为真正拥有高速率、低延迟、大频宽等特性,下载速度比Sub-6GHz快了约10倍,却也造成空间衰减幅度大、网路覆盖率低等技术问题,比起4G的传输距离较短、讯号容易被阻断,增加了元件设计与基础设施布建的系统复杂性与成本,需要数量及密度更高的基地台来解决绕射问题。


所以目前广为各国电信营运商公网竞标、优先部署使用的主流,还是属於中频段Sub-6GHz(3.5GHz或2.6~4.9GHz),在台湾竞标出天价的3.5GHz穿透力还比mmWave更高,不会轻易被墙壁、窗户,甚至树木阻挡讯号,符合对成本、涵盖率与技术成熟度的优先考量。属於毫米波的28GHz频段,则多用於企业或特殊场域的专网,目前台湾连释出的频段都未标完、总标金和3.5GHz差了近100倍。



图1 : 目前广为各国电信营运商公网竞标、优先部署使用的主流,还是属於中频段Sub-6GHz(3.5GHz或2.6~4.9GHz),不会轻易被墙壁、窗户,甚至树木阻挡讯号。(source:i0.wp.com)
图1 : 目前广为各国电信营运商公网竞标、优先部署使用的主流,还是属於中频段Sub-6GHz(3.5GHz或2.6~4.9GHz),不会轻易被墙壁、窗户,甚至树木阻挡讯号。(source:i0.wp.com)

根据工研院统计,即使过去一年来受到疫情冲击下,全球5G商用网路部署仍持续进行,至今共有59国140家电信商推出5G专网,约占全球电信商18%,却仅42家电信商同时采用Sub-6G与mmWave技术,可见前者乃是主流,就连美国都已回心转意。


阙志克进一步指出:「5G时代带来的最大经济效益还是在应用领域,但成败与否的关键将在两部份:一能否找出『非5G不可』的杀手级创新应用;二发挥5G应用更庞大的商业价值!」前者目前主要集中於利用远端遥控(Tele-Operation)创造不同体验场景,惟其「低延迟」特性将与未来智慧制造发展息息相关。



图2 : 工研院资讯与通讯研究所所长阙志克指出,5G时代成败与否的关键将在於找出「非5G不可」的杀手级创新应用,以及发挥更大商业价值!(摄影:陈念舜)
图2 : 工研院资讯与通讯研究所所长阙志克指出,5G时代成败与否的关键将在於找出「非5G不可」的杀手级创新应用,以及发挥更大商业价值!(摄影:陈念舜)

例如在AOI+AI应用场域,便可藉此即时搜集全部制程叁数,包含制造设备运行状态、检验工件品质有无瑕疵,再将相关资讯上传云端或大数据资料库。或者导入AR元素双向影音沟通,使员工可遵循、专家同步指引,一步步完成检修或确认组立工作正确;以及当AMR与工作站(Station)、站与站连结(Docking)或串联多部AMR(Multi-AMR Platooning)时,透过5G低延迟特性助其互相通讯,达成同步运行。


5G垂直应用关键 有赖公私专网合纵连横

然而,因为频宽及覆盖率有限,并非所有工厂都会在电信营运商的5G公/专网部署优先范围内,这时业者就需考虑建置私有5G专频专网。因为比起公有网路拥有更大的弹性,方便业者在未来整合更多的功能,可为智慧工厂提供许多额外的优势,像是更好的隐私保护、避免干扰、快速进行服务转换、针对本地应用的优化等。台湾企业仍希??使用5G专频专网,尤其是在半导体和高科技领域,其次在医疗和石化业,预估2025年台湾将有50%企业会采用5G专网服务。


例如英业达继两年前在内部成立5G研发中心後,即聚焦在导入智慧工厂应用的相关解决案。其中,自家的桃园伺服器厂区首先进行AI进化、建置自动光学检验系统,利用累积的产线图档经过机器学习、进行分析及判读产品瑕疵,最後达到取代人工检测。


近期更透过与微软旗下专注於5G应用相关解决方案的子公司Affirmed Networks的开放式云端架构UnityCloud联手导入5G实验专网,与其自有AOI系统整合,进一步透过5G有更大灵活性与弹性,能更快速连接产线上的每个多种不同等级、功用的机器设备与自家研发的工业机器人、无人搬运车等设备逐步导入整个厂区,落实於自家首座5G专网智慧工厂运行以大幅提升效能,改善制程的学习曲线及效率;还可整厂输出,为其他的不同制造产业制造厂,提供硬体暨平台与软硬整合应用的效能改善方案,抢攻5G商机下的企业专网商机。


但目前专网是否需要「专频」、频谱成本跟法规规管等议题,仍在行政院进行跨部会讨论,只希??可以争取3.7GHz到3.8GHz的100M频宽做为企业专网专频使用,频谱取得成本可叁照邻近频率竞标成本,法规则叁照电信管理法。


电信商结盟企业 进军专网抢市

此外,基於成本考量,业界也始终有另一股声音,认为企业专网不需专频,而应与电信营运商合作租用频谱或网路,後者更以「喝牛奶不需要自己养牛」来呼吁企业合作。


中华电信除了今年已与虎尾科技大学、威力工业网路公司签署合作备忘录,利用中华电信的5G企业专网、MEC资料大数据分析、VR企业应用及物联网平台等方案,结合虎科大智能机械与智慧制造研究中心专业,整合各厂牌的CNC机台与物联网闸道器,建立AI人工智慧模型;并结合厂区检修AR/VR工具,加速设备检修与维护,打造完整的5G智慧工厂解决方案。


最终目的是透过产官学合作,建立与复制虎科大与客户端的5G智慧工厂实验测试与示范场域为工厂客户提供客制化服务,可以减轻中小企业负担,让台湾的5G智慧工厂能加速开花结果;并透过技术转移的方式,将5G智慧工厂解决方案推广至国内外产业市场。



图3 : 业界始终有另一股声音,认为企业专网不需专频,而应与电信营运商合作租用频谱或网路,後者更以「喝牛奶不需要自己养牛」来呼吁企业合作。(source:远传电信)
图3 : 业界始终有另一股声音,认为企业专网不需专频,而应与电信营运商合作租用频谱或网路,後者更以「喝牛奶不需要自己养牛」来呼吁企业合作。(source:远传电信)

中华电信日前还与东元电机、微软签署三方策略合作备忘录(MOU),因应产业创新5G AIoT应用趋势,整合三方於智慧机电、资通讯、云端服务优势,三家大厂将携手寻求解决方案和扩大商机涵盖,加速推动工业4.0发展为目标。初期将共同开发及优化智能科技产品,包括智慧机电、自动化产品、智慧能源、智慧家电及智慧城市解决方案,带动企业数位转型及企业全面资安升级,寻求三赢的目标与契机。


未来3方也将共同开发工业4.0解决方案,建置於微软Azure云平台上,透过微软全球夥伴生态系,共销至全球市场,此战略合作项目更象徵东元启动「Manufacturing as a Service制造即服务」营运模式。其中主要开发项目包含机电产品预防保养、工厂自动化升级智能化、AR远端协作、大数据平台等解决方案。透过策略联盟启动,三方未来将结合争取国内外发展智慧能源、智慧家电、智慧云服务中心等解决方案之商机,并销往微软全球生态系。



图4 : 中华电信与东元电机、台湾微软策略合作扩大全球商机,由左至右依序为:中华电信董事长谢继茂、东元电机董事长邱纯枝、台湾微软总经理孙基康。(source:东元电机)
图4 : 中华电信与东元电机、台湾微软策略合作扩大全球商机,由左至右依序为:中华电信董事长谢继茂、东元电机董事长邱纯枝、台湾微软总经理孙基康。(source:东元电机)

另一家台湾电信营运商远传电信公司总经理井琪,也认同5G已成为不同产业策略发展的共同重心,数位转型的关键驱动力,当企业所处的市场生命周期已可预见或到了成熟及衰退阶段,导致竞争力大幅下滑或成长面临停滞,组织原有营运模式无法因应市场变迁与需要时,便须历经数位化←数位优化←数位转型过程,利用数位科技创新商业模式。但她也强调:「有时企业不只应关注自身有无转型必要,还须考虑竞争对手会否先发制人!」


远传电信自2019年便开始积极推广「大人物(人工智慧AI+大数据Big Data+物联网IoT)」概念,诉求站在CT营运商的角度利用现有IT软硬体科技,经云平台高速运算、AI分析学习通过5G网路上传的资讯,让业者不必斥资采购庞大又昂贵的伺服器、CPU,而能专注於地端即时接收、上传资讯的硬体装置即可。


井琪进一步分析现行厂内网路连结,系透过WiFi、实体线路混合布建为主,环境较为复杂。举AGV为例,便须安装大量电磁感应、磁带/雷射导引、自然寻标、视觉导航等机制,造成场地布置时间长、精准度低、成本高等问题;WiFi连结须经过多个节点,导致讯号容易中断,而有不稳定和安全性等问题;又因不能主动绕行障碍物、运行自动化,导致工作效率低落。


远传电信则可先协助企业建立5G基地台协助在较小区域或规模传输资讯,室内、园区都在同一张网内,更容易管理,移动性与安全性也高;实现MEC超低延迟,资料流毋须经过多节点即可回传,降低传输延时;同时以5G+AI视觉来替代传统导航,不受场地限制也减少布署成本。



图5 : 远传电信可先协助企业建立5G基地台协助在较小区域或规模传输资讯,更容易管理,移动性与安全性也高。(source:远传电信)
图5 : 远传电信可先协助企业建立5G基地台协助在较小区域或规模传输资讯,更容易管理,移动性与安全性也高。(source:远传电信)

2020年先和台达电、微软(Microsoft)三方合作打造台湾首座5G智慧工业产品工厂,导入5G专网、自主移动机器人(AMR)、瑕疵检测数据分析(AOI)、微软云计算、混合实境(MR)等应用,打造「少量多样、高频换线」5G智慧商用生产线。并在联发科IC封测的合作厂商京元电子、矽格和日月光等产线建置3.5GHz 5G基站,以提升通讯晶片的检测效率与品质管控;近期更在联发科通讯晶片的研发总部,打造5GmmWave互连互测的垂直场域,以强化联发科5GmmWave晶片研发能力,更易於导入全球市场。


透过5G影像辨识技术,实现对於工业生产中的加工工序、安全生产、品质监控等应用,将带来优势如辨识成本较人工劳动成本更低、精度高於劳工,又不会造成工伤,而有效保护员工。井琪最後强调,现在许多5G智慧应用已不可能由一家独拿,期待透过携手CI+IT+OT与不同产业垂直整合、跨业合作来共创多赢


值得一提的是,随着中国大陆、南韩等5G先行者在美中拉开科技铁幕後,导致华为(HUWAI)5G设备在全球布建受挫,大幅增加基础建设和应用成本,推迟全球推动5G应用期程。全球行动宽频业务现已逐渐走向「轻资产、低营运成本」的竞争模式,间接驱动了电信营运商之间透过「共频共网」来节省网路建设成本。


远传电信自从在关键的位址竞标上击败了台湾大哥大,取得3.5GHz频段的「鱼肚」,减少彼此干扰,使之在该频段的频宽高达80MHz,和主要竞争对手台湾大的60MHz拉开了差距,也导致原本4G时代租用台湾大网路的亚太电信宣布与远传合作,并率先获得国家通讯传播委员会(NCC)同意,采取「共频共网」策略,加上长期深耕大数据、AIoT等领域,已超前部署智慧制造、医疗市场。


展??未来,企业采用5G专频专网的好处在於,既可解决传统WiFi连网延迟与品质不易管控,当要求多样少量或弹性生产时,感觉「卡卡」的缺点;还可降低采用电信商公网通讯费、设备负担,倘若采用专网设备并排除多人同时或高速移动时连网等不必要功能,将有机会降低50%成本。但阙志克也坦言,5G专频专网的缺点是建置容易却不易维护营运,所以他建议即使5G设备有逐渐IT化(资讯科技)趋势,仍应纳入CT(通讯科技)领域维运公网knowhow,业者可考虑建置完成私网後委由电信商营运模式。


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