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5G工業應用加速滲透普及 硬體IT化受惠Open RAN架構
 

【作者: 陳念舜】   2021年03月30日 星期二

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有別於4G時代之前通訊主要以人際溝通為主,直到進入5G時代之後,則開始吸引工業應用介入,台灣也在產官研多方支持下,陸續傳出合作成果,除了有電信營運商力促垂直應用整合,ICT設備製造業者也可望利用Open RAN開放架構及官方補助政策先行,加速於工業應用場域滲透普及。


對於台灣傳統製造業而言,雖然隨著工業2.0~3.0時代有線工業通訊協定Fieldbus、Ethernet不斷演進以來,曾有藍牙、WiFi等無線傳輸系統於工廠內部有限覆蓋範圍、頻寬、速率之下短暫應用,且到了3G~4G時代適逢工業4.0蔚為主流,開始有少數業者將之導入工業物聯網(IIoT)科技,但初期仍受制於廠內高溫、噪音環境和遍佈金屬干擾源的嚴苛條件,以及居高不下的通訊費用,讓製造業者裹足不前。


直到各國5G紛紛宣布開台以來,因相較於4G明顯提升了高速、寬頻、低延遲、廣連結等優勢,加上防疫期間帶動零接觸、遠距作業數位轉型需求,供應鏈面臨前所未有的轉型壓力,造就傳統製造業邁向無線移動通訊的契機,導入工業物聯網(IIoT)、AI人工智慧、邊緣/雲端運算等新興產業生態系;英、德、日、美等多國還為企業專網提供頻譜,降低企業成本,催生出5G專網工廠等垂直應用場域。


雖然目前優先採用者仍以資本雄厚的企業為主,中小企業唯有整合電信營運商結盟打群架,始能掌握未來商機,成為擴大市場的必要策略。近年來台灣從半導體至機械業對於5G智慧工廠的部署也正加快腳步,紛紛投入企業專網(private network)應用,料將成為電信營運商未來數年提升營收獲利的關鍵,各地如火如荼遍設基站。


根據工研院最新統計,至今全球5G行動用戶滲透率約2.44%,其中南韓約1,000萬家5G用戶,共建立12萬座基站;美國410萬用戶,建立8萬座基站;中國大陸用戶1.6億,基站70萬座;台灣5G用戶100萬,基站1.5萬座。行政院也為此成立「數位發展部」,整合各部會數位轉型計畫。


今年初立法院最新三讀通過的行政院「前瞻基礎建設計畫第三期特別預算案」中也將「數位建設」列為主軸,其中的《5G網路建置費補助作業要點》隨之出爐後,預計將有助於加速加量建置5G行動網路,將原規劃5年內電波人口涵蓋率50%,提升至2.5年內85%。


預計NCC今明2年共編列155億元(99億2,300萬+55億7,300萬)補助預算裡,將有97%(約150億元)透過「非垂直場域」,直接補助得標的5家電信業者超過所承諾的各年度建設5G基地台數量為基準,就超過部份始補助給予5成(49.99%)為上限的網路建置成本,已提高未來5年將建置的5G基地台數量增3倍;剩下3%(約4億6,500萬元)則可藉由「垂直場域」,補助電信業者與正攜手邁向工業4.0目標的傳產工具機、物聯網ICT業者導入5G應用服務,以促進智慧製造等相關領域發展。



圖1 : 有意打造關燈智慧工廠的業者,也可藉此導入高效能、變動彈性大的無線通訊裝置,來配合廠內各種移動裝置,降低人員因搬運、高重複性的作業造成職業傷害的風險(source:ericsson.com)
圖1 : 有意打造關燈智慧工廠的業者,也可藉此導入高效能、變動彈性大的無線通訊裝置,來配合廠內各種移動裝置,降低人員因搬運、高重複性的作業造成職業傷害的風險(source:ericsson.com)

未來有意打造5G專網工廠者,就能藉此導入高效能、變動彈性大的無線通訊裝置,來配合廠內各種移動裝置,如:無人搬運車或機器人(AGV/AMR)、天車OHT等,即可通過高速傳輸、即時反饋圖資和地貌引導資訊進行影像分析辨識,降低人員因搬運、高重複性的作業造成職業傷害的風險;甚至於製程中協助AOI+AI檢測應用,同步提升整體產能與產品品質。


5G工業應用落地 開放架構促IT硬體優先獲利

且隨著5G滲透率提升,帶動終端需求提升及應用蓬勃發展,也將驅使電信營運商加速基礎建設投資,引進開放式電信架構Open RAN,業者只須採購符合規範的設備,再利用雲端或軟體便可建立包含基站在內的5G終端接取網路系統,毋須再侷限於單一設備供應商的限制,直接向資通訊設備ODM製造業者採購如A公司設計的核心網路、B公司基地台天線、C公司網路交換器、D公司提供路由器等網路串接設備,打破既有國際品牌大廠壟斷局面。


為了盡快讓電信業者建設高速率、大頻寬、低延遲的網路,讓傳統產業也能夠「數位轉型」,同時鼓勵電信業者使用台製網通設備品牌,NCC將補助比率依建設數量、頻率數量及新建網路(包括基地台)使用國產廠牌設備比例分別設定級距,超過門檻數愈多者補助比率愈高,使同業之間彼此競爭,帶動台廠品牌設備發展。來強化發展自主產業鏈。NCC表示,2023年開始將嚴格要求5G設備採購須達到40%國產化比率,未來台灣網通業者生產的小型基地台(small cell),可望先從小區域的實驗網路做起。



圖2 : 這波5G應用浪潮的首波獲利者將是IT硬體設備和元件製造廠商,也促成設計IT化,更方便客戶使用或量身訂作。(source:media.springernature.com)
圖2 : 這波5G應用浪潮的首波獲利者將是IT硬體設備和元件製造廠商,也促成設計IT化,更方便客戶使用或量身訂作。(source:media.springernature.com)

若能藉此打造富有彈性和價格實惠的5G網路系統,還會大幅降低網路布建的成本壓力,讓企業在設備和組網模式上有更多選擇,對電信營運商和5G產業發展都會帶來良性的驅動作用,成為台灣網路資通訊設備業者的優勢。依Gartner預估,2021~2025年全球開放式電信架構產業產值將以約30%的年複合成長率持續成長,5年後產值達到350億美元以上。


工研院資訊與通訊研究所所長闕志克便指出:「這波5G應用浪潮的首波獲利者將是IT硬體設備和元件製造廠商,包含台灣電子五哥和周邊網通設備業者,皆順勢配合Open RAN開放架構推出5G小基站,也促成設計IT化,更方便客戶使用或量身訂作,不必像過去受到CT業者掌控為主,未必能滿足一般使用者需求,而成為影響製造業OT+IT採購意願的轉捩點。


廣達旗下資料中心與5G ORAN解決方案雲達科技日前也宣佈,其自主開發的台灣首座符合3GPP第15版規範的5G SA(獨立組網)核心網,並配備OAM(操作管理維護)軟體,已率先通過工研院5G開放網路驗測平台驗證,成功連接到合作廠商的無線電接入網(RAN)及第三方的5G用戶設備,實現從邊緣到核心、端到端的5G訊號傳輸,將在國家隊政策助攻下,實現「5G設備、台灣製造」目標。


此由經濟部工業局與工研院、國際大廠打造的5G開放架構實驗平台,主要透過邀請業者自組團隊,提出完整的解決方案,並完成商用化互通性測試,該平台也將透過國際開放網路架構組織(如O-RAN及TIP)合作,為台灣廠商打開海外RRAN電信設備商機。


5G工業應用標準推陳出新 鴻海力推Open RAN解決方案

此外,基於5G網路標榜的超可靠、低延遲與時效性網路(TSN,Time-Sensitive Networking,時效性網路)能力,也是工業自動化應用的關鍵之一,可為製造業者實現智慧工廠的理想,期待透過5G時效性網路配接器記錄封包的進出時間,工業物聯網裝置便能利用這些紀錄,達到完美的時間同步。目前5G網路已釋出的3GPP Rel-16標準近期還發布了多項新功能,其中包含了超可靠、低延遲通訊(URLLC),若結合運用網路切片技術(Network Slicing),將可望支援企業在工業物聯網(IIoT)應用及5G 專網部署,提升精準定位能力。


鴻海科技集團董事長暨鴻海研究院院長劉揚偉便指出:「其實顧客的需求千年不變,改變的只是滿足的方法!例如隨著人口遞增使得供應鏈變得越來越複雜,導致通訊變成非常重要的工具。」在4G時代只為了滿足人際溝通,但到了5G時代因具備低延遲、廣覆蓋特性,便促成了萬物相連的結果,為電子業供應鏈帶來「新應用」、「新建設」兩大商機。



圖3 : 鴻海科技集團董事長暨鴻海研究院院長劉揚偉便指出:「其實顧客的需求千年不變,改變的只是滿足的方法!例如隨著人口遞增使得供應鏈變得越來越複雜,導致通訊變成非常重要的工具。」(攝影:陳念舜)
圖3 : 鴻海科技集團董事長暨鴻海研究院院長劉揚偉便指出:「其實顧客的需求千年不變,改變的只是滿足的方法!例如隨著人口遞增使得供應鏈變得越來越複雜,導致通訊變成非常重要的工具。」(攝影:陳念舜)

其中「新應用」係用來滿足人類需求,包含車聯網,須透過5G即時處理、傳送因為額外增加許多感測器蒐集的資訊;智慧工廠,則由下而上依序分為設備層、管理層、企業層。劉揚偉進一步指出,在鴻海定義的「設備層」時效優先,須能快速反應並連結、蒐集現場數據,還要能即時反饋控制,因此必須要有相對可靠且穩定的5G+時效性網路TSN,可確保設備高時效性的重要資料,都能通過標準網路基礎設施即時發送出去,進行運算及控制。


「管理層」則訴求功能優先,以部署工廠核心應用,連接不同數據來源。劉揚偉特別強調,隨著5G逐漸開展,Wi-Fi 6技術也躍升成為聯網的主流規格,兩者在企業專網應用上能否相互取代將再度成為焦點,但兩者差異主要在於「方便性」!


由於每個無線基地台都會限制通訊範圍,避免彼此干擾。所以每當使用者移動時,基地台就會自動切換到另外一個基地台,劉揚偉說:「相較於5G系統的基地台之間可以自動「換手(Hand off)」,使用者可以完全無感,持續通話或上網,Wi-Fi熱點卻必須由使用者搜尋後再輸入密碼連線,對於自走型設備AGV/AMR顯然比較麻煩。」加上5G則在覆蓋範圍和連網穩定度上較具優勢,低延遲特性更具發展潛力,只是終端設備相對昂貴,所以在專網應用上仍有一定的互補需求,端視企業對延遲(latency)耐受度而定。


以及「企業層」訴求財務規劃、智慧決策,劉揚偉放眼未來,企業高層將可透過5G無縫接軌專網,管理不同廠區,連結廠內設備及廠外AI服務,使得工廠運作更有效率。


「新建設」則基於5G專網造成基站及所需設備越來越多,加上基地台的通訊範圍愈小,服務的人數就愈少,每個人分到的資料傳輸率愈高,讓大家上網速度變快,所以5G和未來的6G正朝向「小型基地台(Small cell)」發展。不像以往僅由3家大企業壟斷,造成更新、維修耗時又貴,如今可望經由Open RAN認證網通設備降低成本,對電信營運商、終端應用客戶有利;設備製造廠商也可藉此加速進步,針對不同產業專網需求客製化,去除不必要功能。


鴻海集團現也針對終端數據採集,提供內建5G或其他工業通訊接口的各式採集設備如SMB、控制設備以及感測設備等,以及4G、5G小型基站設備等。根據開放網路架構Open RAN,提供可根據自身需求彈性訂製CU、DU與RU組合的分離式架構方案,而兩者皆支援公網與私網部署。



圖4 : 鴻海集團推出的「新建設」,可望經由Open RAN認證網通設備降低成本,對電信營運商、終端應用客戶有利,設備製造廠商也可藉此加速進步。(source:鴻海科技集團)
圖4 : 鴻海集團推出的「新建設」,可望經由Open RAN認證網通設備降低成本,對電信營運商、終端應用客戶有利,設備製造廠商也可藉此加速進步。(source:鴻海科技集團)

同時透過旗下鴻齡科技揪團找來台灣機械工業同業公會、工業技術研究院、鼎新電腦四方結合資源及經驗,以「智慧機械」與「智慧製造」雙引擎主軸,打造智慧機械雲生態系平台;並透過設備聯網訂閱式服務,加速中小企業數位轉型。


鴻海科技集團副總裁呂芳銘指出,智慧機械或者智慧製造導入產業有一定的步驟。從最早的電腦化開始、進入自動化、聯網化、數位化,甚至到最近常被提及的智慧化、可視化,均為可以預見的進程,如何把聯網過程中產生的數據流變成可視化是智慧製造的關鍵,可視化不但可以幫助連接各種設備,取得數據、建構模型,也可以有效協助產線運作,著眼於此,未來鴻海不僅會在計算的能量投注心力,也會在5G工業專網的研發以及工業互聯網平台上持續投入。


**刊頭照(source:p1.nanmuxuan.com)


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