智慧製造的核心主要在於連結與優化，前者連接生產過程感知層的人、事、物等資料，後者則是藉採集的所有資料，透過分析轉為資訊，提供相關單位進行不同決策，包含：製造現場的作業管理、業務規畫與運籌以及整體企業日常應用之管理等。
在5G助力之下，近程而言，可提供單一應用服務更高的規格表現，如即時監控的毫秒級反應；遠程而言，在5G的架構下，則更容易將過去分散的資料整合為單一整體系統。整體來看，預估2023年全球5G智慧製造的應用服務市場僅有2.52億美元；而隨著5G通訊技術成熟，帶動需求與供給上升，預期2026年全球5G智慧製造下的應用服務市場可達約420億美元。
根據5G特性及相關智慧製造應用需求觀察，結合智慧製造應用產值與成長率，資策會MIC認為設備監測、AR/VR、無人搬運車(AGV)/自主移動機器人(AMR)、數位分身、人工智慧、網路安全，將會在未來六年內的智慧製造場景中優先被實現。
5G進入工業製造場域
2019德國漢諾威自動化工業展、2019上海工業博覽會，相繼展出5G於數位分身的應用。中國移動電信與上海菸草機械公司合作，在2019工博會現場展示5G+數位分身，兩個螢幕中右側顯示一個工廠產線的監控畫面，左側則是3D建模後生成的虛擬模型，為透過技術「1:1」還原的產線模型。
動畫中所有內容，如設備艙門的開關和真實世界中都是同步的，任何工件發生故障，模擬的視角也都能看到細節。其中使用許多不同種類的感測器，能把設備的運作狀態等數據傳到數位平台上，進而監控生產過程。
德國工業巨頭博世(Bosch)提出建立5G工廠的願景，該工廠的生產環境(地板、牆壁和天花板除外)都是移動的。機台、設備和AGV將就生產需求藉5G傳輸移動，並透過基於邊緣和雲端的分析實現智慧化，進而使工廠能根據需求更改生產線。博世認為AGV移動採用無線是必然的，而5G通訊技術才是最佳選擇。
傳統以工業無線網路(工業Wi-Fi)控制AGV訊號，然而，AGV驅動控制訊號需要穩定傳輸，整個網路的傳輸延遲不得超過50毫秒；否則系統將判定AGV數據不健康，導致車輛運作效率低。但工業級Wi-Fi在覆蓋率、移動性、抗干擾、換手以及眾多AGV同時接入的表現並不理想，致整套AGV自動駕駛方案效能不如預期。
而5G可連接上萬至上億台設備，除了博世外，高通(Qualcomm)也表示AGV若結合機器人以每1m/s的速度移動1mm，則系統需每1毫秒計算一次。尤其當廠區內AGV/AMR數量龐大時，由於各自都相當接近，更需要精準移動。
此外，協作型機器人重複精準度多為0.1mm，AGV必須要有精準移動能力，才能搭配機器人進行生產活動，否則AMR僅能從事低階搬運動作(如半導體廠內AGV及協作型機器人僅能提供搬運工作)，無法協助有效帶動整體產線升級。
為了解台灣產業對5G智慧製造需求的想法，本文針對台灣製造業者進行深度訪談，包含石化業、鋼鐵業、機械業、光學業、半導體業、汽車製造業、機車製造業、電子製造業、智慧製造系統整合商等(圖1)。
無人巡檢降低人為疏失
近幾年，無人機作為新興的巡檢工具，憑藉其機動靈活性、成本逐漸降低、不受地形限制等諸多優勢，已逐漸成為產業界日常巡檢。
在無人巡檢部分，特別是石化業者由於園區廣大，管線必須例行性巡檢，並且頻率通常為一天一次，面對數公里的管線，目前多以人力方式每日重複檢查，未來若結合5G與無人車技術，將可透過相機、紅外線、微波等感測方式，進行無人化巡檢，例如管線巡檢、電力巡檢等，除了減少人力負擔外，也可降低人為疏忽造成的意外。
尤其是石化產業特別重視安全，一旦意外發生，不只波及生命、財物損失，甚至是企業形象及衍生成本影響(股票下跌、徵才不易、社會觀感不佳、其他廠房停機受檢等)。
惟石化產業所採用之設備，須符合防爆規格要求，因此在設備本身的強化上都須更勝於其他產業設備。
AR/VR協助工業維修/教育訓練
普遍而言業者認同在製造場景中，為符合移動力與頻寬需求，AR/VR確實需要5G搭配，然而業者同時亦考量即便有需求，內容部分仍待開發，如教育訓練內容、維修操作程序等。
台灣系統整合商在全球占有重要地位，客戶遍及全球各地，其中有廠商考量面對客戶的合約中，常有限定時間內(幾小時或幾日)赴現場進行維修與障礙排除，目前對策是將維修廠商派駐於當地服務，或是派遣附近人員飛到當地。因此系統整合業者認為，如果透過AR/VR的應用，能快速協助客戶障礙排除，或是遠端即時了解障礙問題，將有助於維修保養效率，對客戶和業者都是雙贏。
相較於維修保養，教育訓練需求為其次，生產成本高的業者較有需求，原因是生產成本低者，業者傾向讓新進人員實地操練、訓練手感，或直接透過影片方式進行教育訓練。反之，面對生產成本高者，業者面對教育訓練造成的報廢成本承擔壓力較大，因此樂於採用教育訓練的方式代替現場訓練。
5G實時監測促進產能
在設備監測部分，無論是機台維護或是生產優化，由於涉及核心生產，因此一直是企業關注的課題。事實上設備監測應用已行之有年，只是多用於蒐集歷史數據再進行機台或生產情形的推估，進而實施應對措施。然而企業對於高價值的產品，如前述所提BLISKS的航空器零件，由於生產成本極高，所以期望能透過5G以實時監測的能力，倘若涉及大量連結生產設備，則看中5G低延遲、大連結的特性。
以更換刀具為例，產線實際上有現場人員根據經驗判斷，過早更換造成刀具的浪費墊高生產成本，而過晚更換則衍生不良品的機率提升，同樣為墊高生產成本。因此企業仍期待透過科學、數據的方式，提供現場人員機台維護、零件更新的資料作為決策依據，以降低停機風險，達成生產效能最佳化。
智慧製造連結人員、資料和資產間的流暢溝通，透過持續改善生產流程，穩定生產過程、降低生產成本、提高產品品質。製造資訊是以數據分析改善作業基礎，存取諸如溫度、濕度、壓力、轉速、震動等即時參數，有助建立並優化生產模型。對於工業物聯網來說，保持低延遲、同步尤其重要，5G在3GPP R16版本中，已具備TSN標準。隨著R16最終版本底定在即，R17標準逐漸具備制定方向，在乙太網路TSN風潮下，預期5G互通性將有助於其落實到工廠通訊技術中。
3GPP R16規範預計2020年初完成後，該版本支援更多URLLC應用，並增強URLLC對應IIoT的挑戰。供應端將逐步推出5G設備與5G解決方案，在設備與環境逐漸完備下，將有助於5G智慧製造整體發展。現階段主要是周邊環境尚未成熟，企業不易評估所需投入的資源，使其態度相對保守。業者應建構協助企業快速評估ROI的模式，以加速企業導入5G意願。
工廠營運首要是安全、可靠，當前智慧製造尚未有非5G不可的應用服務，因此大幅削弱5G對智慧製造的影響力道，因此未來5G將針對應用服務提供更高規格要求為主，如設備監測、人工智慧、數位分身。此外，對於生產環境具有高風險者，在工安意識抬頭當下，也是5G導入解決方案之機會，如AR/VR、即時安全警示、虛擬圍籬。
