隨著5G開始部署，全球製造業逐漸將聯網/智慧化視為未來發展關鍵指標，因此工廠網路無線化的需求也不斷提升。在此前提下，如何突破既有無線網路的延遲、活用5G專網，並舒緩勞力短缺的問題，為部分業者現今關注的焦點。
全球工廠持續物聯網化、智慧化，而5G勢將成為推動加速的關鍵技術。日本電信龍頭NTT DoCoMo企業銷售總部解決方案服務部門指出，製造業客戶對5G期待相當高。此外，NEC新事業推廣總部也指出，製造業對於日本提供的Local 5G(又稱5G專網)亦有相當高的詢問度，NEC接受到的針對Local 5G相關服務的諮詢中有四成都來自於製造業。同時間，NEC也表示，工廠網路無線化的潛在需求相當大。但由於Wi-Fi缺乏穩定性與安全性，並不適用於某些特定用途。但若是依靠Local 5G技術，就有望能夠使這些特定用途得以實現無線化。
即使是5G，也不代表什麼都能辦到。NTT DoCoMo也實際地指出，雖然工廠內部存在著各式各樣的網路，但「並不表示一切都應該採用無線」。隨著5G用戶案例持續開發，想要滿足製造業所追求的可靠性，仍有其挑戰。工廠的網路並非單一用途，而是各式各樣類型交織而成，哪一部分應該無線化甚至5G化，必須要一邊研究探討、一邊實作驗證。
製造業追求超低延遲網路存在局限
特別是，製造業用戶必須確實理解，即使在工業用途中作為5G最大賣點的超低延遲與高可靠度(Ultra-Reliable and Low Latency Communications, URLLC)，也有所謂的極限。3GPP與ITU-R規定5G URLLC的必要條件為，必須同時滿足「32bytes以上的封包數據量成功傳輸率達到99.999%以上」與「無線區間延遲達到1毫秒(ms)以下」。但實際使用在工廠內的應用時，無線區間以外的通訊延遲，以及應用處理的延遲都會進一步增加，以致無法達到真正的URLLC指標。
上述的URLLC性能一般來說若可實現，就可以滿足製造業所要求的通訊要件。另一方面，也有部分案例要求需達到1ms或是更短的延遲。例如到目前為止，仍由工業用乙太網路負責的控制與緊急通報領域。此外，對延遲要求最為嚴格的典型用例就是「運動控制」。運動控制是透過馬達控制位置等機械工具與機器人控制的核心技術。根據「CC-Link IE」標準化組織表示：「運動控制要求的通訊延遲『大約是微秒(μs)』等級」。「CC-Link IE」為工業用乙太網路規格之一。「CC-Link IE」標準化組織特別指出，1微秒與1毫秒單位相差千倍，藉由無線網路控制並非可替換透過有線網路控制的規格。
雖然在控制系統中，某些用途仍允許1到10毫秒的延遲，但這個數值包含了應用程式處理等延遲在內(圖1)。要跨越的障礙從來就不低。因此，要利用5G無線化控制系統網路，從製造業的角度來看目前仍相當困難。
圖1 典型無線用戶案例的延遲允許程度
資料來源：RIC，資策會MIC整理(11/2020)
除此之外，難以在控制系統中活用5G的理由還包含「抖動(Jitter)」。
在工廠中，低延遲可以說是必然條件。但同時「CC-Link IE」標準化組織指出，只有低延遲並無法滿足工廠的需求；其關鍵不在低延遲，而是是否「即時」，各種指令務必在一定的時間內發送，工廠方面稱之為即時通訊。
因此，比延遲更重要的是抖動的大小。「CC-Link IE」標準化組織表示，只要知道會發生何種程度的延遲，就能預先計算與設計。但是，如果抖動太大就束手無策。重要的是可以消除多少的抖動。
如果是對延遲與抖動要求較低的用途或應用程式，即使是控制系統，使用5G或許還是能完成部分操作。只不過，在工廠場域中，對於抗噪及抗干擾還必須要求可靠性。且如果作業現場再加入發生故障或當機時，如何快速確定原因並修復等種種問題是否可因應，目前要無線化乙太網路相當困難。如此一來，即使活用了URLLC的特性，想要達到真正即時低誤差的機械與機器人控制，想以無線取代有線仍有距離。
活用Local 5G發揮最佳成本效益
日本的Local 5G執照申請已經展開，製造業被視為Local 5G最大市場。在檢討工廠中的Local 5G用例時，Local 5G能夠支援並增強工廠裡工作人員能力的印象也逐漸浮現。有關智慧工廠的討論，大多都是站在機器人的自動控制等「無人化」的角度。當然，這也是重要的方向之一。隨著技術工人短缺問題日趨嚴重，今後，智慧工廠也需要智慧化員工。而無線通訊則相當適合用來智慧化可移動的員工。
目前的工廠，OT系統使用的是工業乙太網路，但IT系統使用的，通常是以乙太網路和Wi-Fi為主。IT系統和新構築用來蒐集IoT網際網路數據的網路．譬如Wi-Fi 6、私有LTE或者是Local 5G專網系統等，可以串聯靈活運用。
然而，和一般辦公室環境不同的是，工廠無法完全地在其產線或運輸倉儲環境中使用Wi-Fi。對於工廠這樣的場域來說，不見得立刻想要使用5G系統，但「很想要行動通訊的環境」的需求是必然的。因此，需要認真地考量採用哪種的無線連線方式，加上使用通訊規格的特徵，都會影響到引進和運用的成本。
例如，在現場拍攝的影像利用伺服器等設備上傳的情況，使用可以進行大容量傳輸的Wi-Fi 6和Local 5G比較適合。另一方面，如果是為了要避免複數個以上的系統出現相互干擾，需要穩定能讓人信賴的連線時，使用須先經過許可認證的私人LTE或者Local 5G比較合適。
比起同為私有設置的無線Wi-Fi，Local 5G的特點就是能夠以更少的基地台(AP)覆蓋大範圍。許多工廠都擁有廣闊的用地。如果採用Local 5G，就能有效地網路化在廣大用地來回移動的人員。2017年起，日鐵解決方案公司(NSSOL)開始提供製造現場的安全管理解決方案「安全守護君」。由員工使用配帶在身上的環境感測器、攝影機以及智慧型手機，收集員工的重要數據、位置資訊以及周邊影像等，再將其可視化，藉此預防中暑或墜落事故。
目前，數據通訊中使用的是4G線路。但是，日鐵解決方案表示，個人的重要數據、工廠內的影像等機密資訊能夠不外洩是非常重要的。但是，要以私有無線覆大範圍區域一直都不容易。因此期望透過活用Local 5G，更容易地透過私有無線覆蓋大片區域。此外，若使用公共網路，如果持續播放影像，通訊費用就會非常高。因此，有許多操作是在到達作業現場後才開始拍攝；但如果是私有無線，也能消除通訊成本面上的流量限制。
使用5G目的並非完全取代有線網路，而是開發新的用途。靈活地利用無線網路連接目前無法以有線網路連接的地方，如此一來更容易活用5G的價值。因此，將5G活用在物聯網數據收集、IT與OT連動，以及無人搬運車(AGV)等移動物體與人的網路化。未來在引進新的智慧工廠核心技術時，便能對5G寄予厚望。
AGV成為「水上回旋」困境解套
目前有許多工廠已經在其他系統上使用Wi-Fi，主要原因是在工廠安裝新LAN網路線的成本太高。在許多案例中，網路部署的優劣是引進影像物聯網之障礙，而Local 5G就是突破這項障礙的關鍵。
NEC新事業推廣總部相當期待影像物聯網的活用。主要原因在於，要在工廠內靈活使用影像，並提高影像的解析度，需要Local 5G所扮演的關鍵角色。畢竟工廠中的影像使用需求不斷增加，業者就需要更積極建立新的解決方案支援。
在工廠裡四處走動的不只有人員，還有AGV等，以及未來可能會增加的移動型機器人。因此能夠以低延遲進行穩定通訊的Local 5G就能控制這些機器。NEC表示，像是多台AGV與AGV及環境，或是人與機器人及AGV之間，未來AGV的協調控制需求將不斷提升。
製造業方面正致力於一邊可視化分析工具機械與機器人的運作狀況以及人員的作業狀況等，一邊活用在工廠內靈活移動的AGV以及與人員合作的協作式機器人。未來可望將5G活用於上述的數據收集、機械與機器人控制等領域。
AGV協調控制可以預期的場景之一，就是解決「水上回旋」人手不足的課題。「水上回旋」是指在工廠等產線上提供零件的人員。如同製造業的所有職位都有人手不足的問題，各地確實都缺乏上述「水上回旋」的人手。
NEC表示，要自動化「水上回旋」，只是讓AGV在既定路線上行走還不夠。與生產系統連動時，要揀選多少個物品，哪條路徑最有效率等，就必須要以網路進行控制。為了根據情況，進行協調控制，就需要即時性高的無線通訊，而Local 5G就能發揮這樣的功效。此外，若是易於覆蓋廣大用地的Local 5G，不僅在工廠，似乎也能提高工廠間物流的效率。
工廠中的Local 5G使用案例還包含「數位分身(Digital Twin)」。主要依賴5G的三大特徵之一就是同時大規模連接。只要使用Local 5G，就能即時收集來自大量感測器裝置的巨量數據，在網路空間設置工廠的「數位分身」後，再進行模擬，就能藉此實現現場改進和故障預測。
(本文作者為資策會MIC資深產業分析師)