自從2020年6月底台灣5G正式開台以來，除了檯面上3大電信營運商撒錢競標大戰，讓人津津樂道之外；更重要的還是接下來該如何落實垂直場域應用加值，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之一，COVID-19疫情無疑更加速成長，整合協作型工業機器人、自動搬運車的AMR裝置將扮演關鍵移載角色，帶動相關領域成長！

觀察現今台灣製造業因為沿襲工業2.0~3.0時代以來，福特流水線式生產或豐田精實生產管理（TPS）機制，凡是牽扯到生產命脈流動的環節，越具有導入的急迫性，所以聚焦於生產線最佳化、移動設備與物流管理等，將是5G應用最早在工廠落地的3大領域。尤其是移動設備更顯急迫性，傳統自動化工廠中的自動搬運車（AGV）既屬於移動設備一環，用來執行產線之間物流搬運；在搭載輕量化、協作型機器人之後，更有助於生產最佳化。

相較於現行4G通訊技術，5G技術因具有超高頻寬與高速（eMBB）、超高可靠度與低延遲（uRLCC）、廣連結通訊（mMTC）3大優勢，未來在智慧製造領域可創造的利基應用，包括：機器人控制（特別是移動機器人）、擴增實境與虛擬實境應用、品質檢測與設備即時控制回饋，以及環境與人員狀態監控警示等。

其中，在工業機器人控制應用上發展的趨勢，包括與多種感測裝置（例如視覺）整合、結合邊緣（機器人本體）與雲端控制、透過機器學習自主更新功能、強化與人機協作時的安全性、眾多機器人間協同合作，以及自主移動等，具體效能包括：

1.快速建立、更換、強化個別機器人的能力，以及多個機器人之間的協同工作能力。結合5G、物聯網、機器學習、雲端平台，能針對不同的產品與製程需求，快速更新控制軟體；以及將個別機器人的機器學習結果、新的控制方案與技能，傳遞給其他機器人。即使位於同一工廠、產線上的機器人，也能以5G相互傳遞資訊，形成更具效能的整合式工作系統來完成任務。

2.提高人機協作時的安全性，機器人能將多種感測資料傳遞到遠端伺服器或雲端處理後，依據反饋控制來確保周邊合作人員的安全；並透過遠距即時控制，讓機器人能在特殊環境（例如高溫、高壓、輻射等）中長期工作。

3.提升自主移動機器人（AMR）的性能與車隊管理效能，由於比起傳統須預設磁軌與標誌，在固定線路運行的無人搬運車（AGV），AMR能在設定的空間內利用無線通訊來感測環境、處理資料與即時控制，防止碰撞而自動導引行駛、應用彈性大幅提高；加上在多數應用場域，會有數台到數百台AMR在相同空間內行駛，所以須藉助中央車隊管理系統及無線通訊指揮，5G將成為重要無線通訊應用方案。

根據Nokia預測，未來全球5G專網可能應用場域高達1,458萬個，其中就以工廠製造與倉儲中心的數量遙遙領先。旗下位於芬蘭Oulu的智慧工廠，已導入許多工業4.0與5G應用方案，包括物聯網分析、邊緣運算、數位分身（Digital Twin），以及AGV、工業機器人、機器視覺人員輔助、AR等，使整體生產力增加30%、新產品上市時間縮短50%，已被顧問公司麥肯錫與世界經濟論壇（WEF）評定為全球智慧工廠典範的「燈塔工廠Lighthouse」之一。

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

圖1 : 5G技術未來在智慧製造領域可創造的利基應用，包括：機器人控制、擴增實境與虛擬實境應用。（source：assets.new.siemens.com）

然而，目前廠內AGV多半採取Wi-Fi傳輸模式，屬於免執照的開放頻段，連線品質易受干擾，每當移動距離過遠，切換不同基地台就需要重新連線，造成AGV在移動過程指令中斷，嚴重影響到產線稼動率；其次是Wi-Fi具有資安風險，容易從外部破解。

因此，對於常需要跨廠區移動設備運行的半導體業者，對5G的部署就展現相當高的興趣。包括AGV、AMR或是天車（OHT），都是目前智慧工廠中相對率先導入5G的移動設備。在遠傳協助台達電於桃園龜山廠布建5G企業專網中，就以AGV透過5G訊號與管理平台交換資料，建立智慧物流調度系統，可同時指揮上千台AGV穩定執行搬運工作。

遠傳、台達電、微軟強強三方聯手　打造無線智慧工廠

日前由遠傳電信、台達電子、台灣微軟三方攜手打造的全國首座5G智慧工廠，分別借重遠傳以「大人物」（大數據、人工智慧、物聯網）專長，搭配5G 80MHz連續頻寬，結合台達創新智慧設備以及微軟先進雲端技術，初期將於台達桃園研發中心的智慧製造示範場域，導入AGV無人搬運車、AOI瑕疵檢測設備、雲端AIoT應用三大智慧應用，率先打造完整5G應用示範場域。

三方預計於台達桃園研發中心展示間打造的5G智慧示範場域，將運用AGV傳輸的5G訊號與管理平台交換資料，於生產過程中建立智慧物流調度系統，穩定執行物流搬運工作，將大幅縮減物料搬運次數及人力成本；並依據監測資訊即時下達指令，有效提高產能。

圖2 : 由遠傳電信、台達電子、台灣微軟三方攜手打造的全國首座5G智慧工廠，初期將於台達桃園研發中心的智慧製造示範場域，導入AGV、AOI瑕疵檢測、雲端AIoT應用三大智慧應用。（攝影：陳念舜）

台達將在智慧產線中率先以三方合作開發的AOI瑕疵檢測設備為示範重點，遠傳5G智慧工廠專網，於產線佈建同一網路；利用5G高速、低延遲特性，即時傳送製程中檢測產生的巨量高解析度圖片資料，並進行大數據分析，快速遠端調整製程。因為資料不需經多節點即可回傳，大幅降低傳輸時間，有助於提高檢測精準度、產品良率與產能，期待未來能降低90%直接人工，將5G智慧製造經驗推廣到不同產業。

廠區規劃導入的智慧製造雲端AIoT應用，則是運用Microsoft Azure開放又有彈性的雲端運算平台，以及混合實境（MR）Microsoft HoloLens打造而生；透過5G串連工廠與產線，可幫助製造業快速取得、分析、視覺化大量的訊息，有效提升流程效率，實現工業自動化。

5G第一階段標準完成　即將啟動5A商機

另為了確保產線正常運作，透過新一代資通訊（ICT）技術推動工業自動化（OT）快速進階到智慧製造，生產設備也是5G相當重要的應用場景。尤其是在COVID-19加速數位轉型和生產無人化之後，未來高度自動化設備必須具備即時反應（低延遲）、溝通順暢（大頻寬）、多樣深入（廣連結）等特性，以實現工業控制與自動化系統、設備雲端化，機器人與人、AGV設備互相協作管理；以及可重構的協同控制、產線、無網路線工廠等，能讓雲端科技內建大數據分析的演算法技術（DT），以合理成本落實於產線，成為能真正同步提升ICT、OT、DT等核心競爭力的智慧製造產業。

工研院產科國際所研究員黃仲宏認為，AI/5G智慧自動化加值現今製造業發展，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量將以每18個月倍增的速度增加，提升運算速率；

2.吉爾德定律（Gilder's Law）：網路通訊系統的頻寬會以每6個月增加3倍的速度成長，而消費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)，區域內的網路價值等於該網路內的網通設備（節點）數量的平方，又與聯網用戶數的平方成正比。

隨著國際標準組織3GPP於今年7月3日宣布完成第一階段R16標準之後，即將掀起各行各業無線商機熱潮，包含從架設企業5G專網開始，逐步落實於智慧製造5A領域等賦能創新應用。促使製造系統變得更彈性、有效率，於生產過程中經過實時監控，確保產能及品質穩定，克服產品生命週期短促的挑戰，來提升國際競爭力。

工研院預估全球2020~2035年間投資5G/6G領域將達到3.5兆美元，並藉此加持5A（AMR、AGV、AOI、AR/MR、AIoT）領域發展，衍生出15兆美元以上的市場規模。其中將協助產業發展智慧製造的應用領域，包含：工廠自動化，生產及運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，物料產品的運送、存放、取出；監控與維護，建立因果方法以分析生產良率高低。

舉例來說，3C電子產品（筆電、伺服器、網通設備）製造工廠將是最積極透過5G，建構可自主決策與反應的智慧製造，克服目前AGV、裝置聯網管理在產線遭遇瓶頸或產能變異時，不易調整與變異預期；避免因為使用人工檢測有一定的檢測誤判率，若採自動光學檢測(AOI)不同產品時，恐耗時開發新程序。

反之，在導入5G專網系統的整合架構及高傳輸、低延遲特性，可望讓3C製造工廠轉型為智慧工廠。近來英業達公司便採取獨立組網（SA）模式的開放式架構5G專網，既提供IoT應用所需的可靠連結與資安；同時透過虛擬化的網路軟體架構，降低建置維運成本，兼顧網路安全。5G AI-AOI的整合應用，也確實降低了零組件的誤判率，大幅提升基板直通率，約節省50%的AOI複判人力。

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

此外，目前已在台灣半導體業可見約2,000部AGV/AMR/OHT運行於台積電最先進製程廠，在4個棒球場大的場域裡的移動路線長達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，卻因為關鍵LiDAR感測器及SLM無軌導航系統須仰賴歐日系大廠進口，導致均價高達500萬以上。

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

但黃仲宏也坦言，現今產業要導入5G專網的成本極高，必須結合電信營運商，為製造業導入5G提升競爭力。並借助同時期並存的Wi-Fi6低耗能技術，協助落實工廠設備布建充足無線感測器，以達到有效監控和智慧化目的，還可減少布建特殊危險位置的感測器更換頻率；支援高速傳輸、多設備連結，適用區域網路，滲透率從2020年16%增加為2024年75%，包含網通設備、晶片、PA元件等年複合成長率（CAGR）約55%。

迎接後疫零接觸需求　掌握數位雙生商機

工研院產科國際所機械與製造系統研究部經理熊治民也建議，面對未來新的發展需求與營運環境，台灣機械產業需要精確掌握新商機，並加速企業體質改善與競爭力提升。關鍵議題與策略包括：

1.掌握因應疫情及區域生產帶來的零接觸(無人化及遠距)及分散式生產需求商機。例如基於聯網、雲端平台、擴增實境技術的生產設備遠距監控、健康診斷、遠距維修作業指引在疫情期間需求量暴增，以及應用在製造及服務領域的機器人與智慧自動化方案，需要更高的頻寬需求以達到即時傳輸與高解析度的影像，對於5G的需求也必然增長。。

2.發展、提供能協助製造業強化供應鏈韌性的各類機械設備與產生系統。例如具備高度應變彈性的模組化生產設備，以及透過數位雙生(Digital Twin)為客戶快速建置生產系統的客製化製造服務能力。

3.加速企業數位轉型。透過數位化工具與平台，提升設計、製造、銷售、服務等價值活動環節流程數位化程度，進而提高總體作業及營運效能、降低總體運作成本，以及開發滿足客戶需求與創造價值的新商業模式。

對台灣產業而言，5G可改善部分智慧製造應用方案運作效果，加速智慧製造實際應用的擴散，製造業也是5G未來重要的垂直應用領域，可透過相關應用方案推動，協助5G生態系發展。

長期提供全球客戶3D設計軟體、數位模擬和產品生命週期管理（PLM）解決方案的達梭系統（Dassault Systemes）台灣分公司資深技術經理許欲生指出，該公司目前在3DEXPERIENCE平台下建構的設計管理平台，即可於CAD設計階段納入模擬電控系統、馬達、管線等虛實比對；進而在正式生產前，導入各式機器人驗證或修改模擬及工藝流程，結合如ABB機器人整合多系統/機器、人機協同，在生產線上各工站的組裝程序、稼動率、cycle time等；接著經製造營運管理平台，讓業者MES掃瞄工單QR code即可生產。未來還能透

對於有意規劃5G智慧工廠的製造業者、AMR及網通設備供應商、電信營運商，達梭除了可藉其軟體，模擬驗證5G產品的天線及結構、基地台設計之外，還能兼顧其配置時高頻基地台、感測器密集的特性，建議安裝的位置、數量，避免受到廠內金屬機械設備或其他個人通訊裝置干擾、遮蔽訊號；甚至是電磁波對人體影響、熱管理對策等，確保傳輸效能穩定，提供AI機器學習（Machine learning）分析、預診數據。透過5G持續累積製程數據交換，與上中游供應鏈、國外客戶合作提供遠距維運等售後服務。

圖4 : 對於有意規劃5G智慧工廠的製造業者、AMR及網通設備供應商、電信營運商，達梭系統能兼顧其配置時高頻基地台、感測器密集的特性，建議安裝的位置、數量。（source：達梭系統）

**刊頭圖（source:bosch-presse.de）