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產業技術評析

淺談5G商業模式與導入傳統產業之案例研析
發表日期:2021-03-17
作者:劉修銘、洪雪娟(金屬中心)
摘要:
傳統產業多屬勞動密集產業,隨著社會人口老化及少子化現象日趨嚴重,傳統產業長期面對人力不足問題;隨著年長師傅逐漸退休,產業也開始面對技術傳承的議題。

全文:

一、前言

 

傳統產業多屬勞動密集產業,隨著社會人口老化及少子化現象日趨嚴重,傳統產業長期面對人力不足問題;隨著年長師傅逐漸退休,產業也開始面對技術傳承的議題。另一方面,傳統產業在創新研發的投入也相較資通訊產業低,也造成產業在產品附加價值率提升緩慢,尤其現今客戶需求講求客製化及商品週期縮短的變化下,資訊技術能量較低的傳統產業面臨巨大的挑戰及競爭壓力。

 

為提升傳統產業在全球市場之競爭力,近年來政府積極推動各項政策,以協助產業邁向工業4.0發展。工業4.0的價值是利用物聯網、感測技術連結萬物,機械與機械、機械與人之間可以相互溝通,將傳統生產方式轉為高度客製化、智慧化、服務化的模式,可以快速製造少量多樣的產品,以因應快速變化的市場。從工業4.0角度來看,5G主要應用在自動化、製程控制、工業機器人協作等方面,能讓上、中、下游業者更有效率進行垂直整合,幫助各種智慧製造領域技術突破,甚至開創新的產業生態鏈。

 

二、5G商業模式

 

5G通訊技術、環境不只影響廠商之生產作業效率,從頻寬的彈性配置型態、多元的收費方式與服務價值鏈,使導入5G通訊的廠商,不再受限於過往行動營運商以單向式提供服務的形式,可以選擇更合適的嵌入場域連結的商業模式,提高廠商欲導入5G通訊環境的自主權。以下從服務價值鏈與嵌入連結形態角度,說明與終端使用者有關之潛在商業模式。

 

(一)差異化服務

 

透過5G網路功能虛擬化/軟體定義網路以及網路切片等技術,有助於提供更多差異化的服務,改變以往傳統標準化、未分化的頻寬服務,以「分鐘以及數據」收取訂閱費用或者根據數據使用量計算每台設備收取費用的方式。例如營運商可根據客戶不同需求(低延遲、高頻寬或大規模裝置聯網)提供不同服務。差異化服務可能會擴增通訊連結的需求,例如公司想要在廠房內部署支援擴增實境的行動通訊設備,便需要購買高傳輸、低延遲等特性的5G軟體套件組合。因此,基於5G通訊技術所帶來的拓展需求,可能來自於許多不同利基市場。隨著訂價模式日趨複雜,訂價方式需要符合特定特徵的服務,在針對特定服務或者使用不同收費模式下收取更多溢酬。價格差異化不僅可以促進利基應用市場發展、使用者針對特定需求付費,同時避免因未使用額外功能而被收取較高費用。

 

【圖1】說明目前環境、與5G環境下差異化服務的價值鏈變化。考量到一些專家的潛在需求,可能會透過中介機構來確認5G應用內容並促進、連結供應商與終端使用者的協議,因此相對現在的價值鏈仍有改變空間(如【圖1】中的(A)),可能在中介機構的協助下提供差異化服務,如【圖1】中的(B)所示。

 圖1 5G環境下差異化服務之價值鏈圖1 5G環境下差異化服務之價值鏈

資料來源:DotEcon and Axon /金屬中心MII-ITIS研究團隊譯製(2021/03)

圖1 5G環境下差異化服務之價值鏈

 

(二)多元嵌入連結

 

隨著聯網的設備增加 (如物聯網、M2M應用),間接促使個別設備彼此間互聯以及聯網需求提高。雖然個別設備傳輸資料較少,但眾多設備同時聯網下,某種程度上需要5G帶來低耗能的好處。然而,這些服務能否依賴5G通訊技術,部分取決於這種「連接性」的收費模式。目前市場上尚未有普遍的5G收費模式,而且對於每個單獨訂閱網路服務之設備,似乎不具成本效益。為了給予不同類型使用者合適的獎勵措施,電信業者可能需要發展出新收費方案,除了接觸主體對象,考量不同「連結性」形式以及其他在服務價值鏈參與對象,可發展出不同商業模式。

 

【表1】為嵌入連結之商業模式,主要分成四大類。現階段行動網路營運商(Mobile Network Operator,MNO)以提供連接方式,並與各垂直應用商或設備製造商在雙邊基礎上進行協商,提供預訂的連接,如(A)所示;未來在某些情況下,垂直應用商可能更傾向於自行提供(即5G專用網絡)的解決方案,因為這些區域需求相對明確,或者考慮到依賴公共網絡可能存在一些問題,就可能出現如(B)的商業模式,即跳過行動虛擬網路營運商(Mobile Virtual Network Operator ,MVNO)直接在特定區域提供5G專網,或以公用網路頻段共享的方式提供給垂直應用商或設備製造商。此外,垂直應用商或設備製造商和MVNO之間也可能存在合資的可能性,如(C)所示;最後一種方式是可能會有新的中介機構進入市場,以負責溝通、協調數家網路電信業者以及固定營運商,並提供給垂直應用商單一「連結解決方案」,確保跨境連結、漫遊以及計費皆獲得妥善服務,如(D)所示。

 

表1 嵌入連結之商業模式

(A)現在

(A)現在

(B)新商業模式1

(B)新商業模式1

(C)新商業模式2

(C)新商業模式2

(D)新商業模式3

(D)新商業模式3

資料來源:DotEcon and Axon /金屬中心MII-ITIS研究團隊譯製(2021/03)

 

三、5G導入傳統產業應用案例

 

目前國際已有不少傳統產業大廠陸續建置5G通訊環境,其導入類型與產品樣態,大致可分為兩類: 移動性通訊主體(如機器人控制、穿戴裝置應用)與固定性通訊主體(如單點機台、產線與廠區等固定主體外加感測裝置)。以下介紹兩家導入5G通訊環境的國際廠商,從導入需求、場域建置的概況與預期發揮效益,提供國內傳統產業作為案例參考。

 

(一) OSRAM

 

1.導入動機

 

OSRAM為德國之跨國照明製造商,其售後市場產品,包含性能燈泡、LED修整、電子鎮流器(Tuning Fixtures),佔公司總營收20%。公司生產線主要佈局於歐洲城鎮(例如:柏林、布倫塔爾、特雷維索與黑爾布雷希廷根等)、中國廣東省佛山市、美國密西根州沃倫市與奧勒岡州希爾斯伯勒市。為了提升生產環境之靈活性,以Ticket Manager App管理,透過自動導引車(AGV)在工廠內外執行貨物搬運,藉由5G通訊技術之高傳輸與低延遲特性,使AGV回傳更即時影像進行研判,同時,APP也發揮建議指派人員進行維護與維修任務之功能。

 

2.發展要點

 

2018年11月OSRAM、德國電信以及愛立信,合作部署雙重切片(Dual Sliced)園區網絡,以提供製造商在什瓦明亨(Schwabmünchen)廠區間蜂巢式網路連結(Celluar Connectivity),並將網路於2020年升級至5G環境。該廠區部署網路主要有三類體系結構與基礎建設,包含公用網路覆蓋、廠區與室內蜂巢式覆蓋以及室內外天線和邊緣運算等基礎建設。該網路將用於AGV在廠區間運行,並透過大量無線感測網路,提供3,000個零組件、感測器與設備連結。

 

此外,OSRAM也與Bosch合作,將工廠相關數據整合到OTM (OSRAM Ticker Management)系統,透過系統合併、協調來自80種不同機器之數據,提供給生產人員及產線專家,因應當前的最新訊息以及生產狀態。例如,機器操作員、維修與服務人員,藉由APP了解機器狀態以及需要完成的任務,如維護、修理工作、填充原物料以及機器故障問題。除了上述AGV以及OTM系統,公司也透過AR技術,提供在亞太地區產線遠端遙控維護之功能。

 

3.預期效益

 

公司在部署多營運商核心網(Multi-Operator Core Networks,MOCN)與無線資源分區(Radio Resource Partition,RRP)等網路功能,可實現公共以及專網的高效共存,並享受較原先行動基礎建設更大的覆蓋範圍。OTM系統在5G通訊技術支援下,透過原始的機器數據生成,轉換成特定、具附加價值的資訊,對所有機器進行細微評估/辨別所有機台回饋資訊之關聯性,系統會自動記錄錯誤訊息,並將其對生產的影響進行分類,減少停機風險。此外,系統也更精準掌握廠房內機器與人員情況,以提供明確指派維護與維修任務之工作,減少待機時間,促使並確保24小時全天候且自動化運作,同時也間接使職員具備操作不同機械的專業知識。

 

(二) Bosch

 

Bosch是德國一家以工程和電子為首要業務的跨國公司,總部位於斯圖加特附近的格爾林根。對於Bosch而言,5G的重要性可以從兩個方面來看:首先Bosch本身即是5G技術的終端用戶,因該集團在全球擁有280多家工廠,5G可支持該公司工業4.0的發展,並增強企業競爭力;另一方面,Bosch也是工業自動化部件和解決方案的主要供應商,尤其是通過其下的Bosch Rexroth。本篇將以Bosch為5G終端使用者為進行說明。

 

1. 導入動機

 

Bosch作為5G終端用戶,首先應用5G的工廠包括在英國Worcester及中國大陸Bosch Rexroth的工廠。2019年Bosch和英國當地Worcester 5G聯盟聯手,共同在英國的Worcester開辦了英國第一座 5G 工廠,作為其智慧工廠佈局中的第一個關鍵實驗,藉以測試5G目前可以達成的傳輸速度和延遲。Bosch針對5G智慧工廠的測試,主要希望它能夠幫助提高工廠產量,透過物聯網感測器和數據分析設計,進行預防性維護,從而預測潛在故障,並在故障發生之前完成預防。

 

2. 發展要點

 

Worcester 5G智慧工廠使用英國資安公司QinetiQ設計的資安防護措施,在升級5G的環境下嘗試讓網路安全也能兼顧。Bosch在5G 應用上使用最多的地方為每個生產單元配置移動式控制儀表板,以及視頻傳輸和攝影鏡頭,在監控生產過程,結合邊緣運算和AI等其他技術,可用於異常檢測。

 

如【圖2】所示,透過裝置在機台設備的即時XDK[1] 感測器,5G網絡用於協助監測加工設備之溫度、壓力或振動水平等指標,然後將其與預設的下限值進行比較,若發現測量結果不佳時,將自動通知維護工程師。

 

圖2  5G通訊環境下Bosch機台監測加工設備示意圖

資料來源:Worcestershire LEP

圖2  5G通訊環境下Bosch機台監測加工設備示意圖

 

此外,Bosch Rexroth於中國大陸西安新建的工廠,除了牆面、地板與天花板固定不動之外,其餘設施皆可隨意移動。生產線採用模組化設計,相關機器透過5G相互連線,可以自行移動並重新組成新的生產線。而要實現如此前衛的應用,就必須仰賴5G獨有的高密度物聯網裝置連接,以及在佈滿金屬障礙物的環境中順暢運作而不被屏蔽的能力。

 

3. 預期效益

 

Worcester 5G試驗平台設置的5G專網,在當時初期已提升Worcester Bosch的5G智慧工廠生產量達2%。Worcester Bosch使用此項創新的5G測試平台下,為預防性維護和機器人技術領域率先開發安全的應用案例,並達到提高生產力的效果。此5G試驗為智能工廠的一部分,它不僅提升速度,發揮低延遲的優點,而且可快速回應覆蓋於該公司的創新工作場域範圍。Worcester聯盟不僅可以提高當地的創新形象,還可以提高企業的效率和利潤。而Bosch Rexroth中國大陸厰,透過專用LTE和5G網絡將使工廠脫離其固定生產線模式,這將更符合由消費者需求所驅動的少量客製化彈性生產。

 

四、結論與建議

 

現今製造業越來越注重「大量客製化」的產業趨勢下,過去的工廠運作形式日趨無法符合未來的產業需求。因此國際製造業者紛紛在工廠內添加越來越多的移動要素,並盡可能在產線配置上保留更多彈性。因此,在傳統產業邁向工業4.0的過程,5G通訊可扮演推動產業轉型升級的角色,協助傳統產業解決人力短缺、研發創新能力不足及產業附加價值率低等問題。

 

然而,目前國內5G環境仍屬初期發展階段,相關基礎建設剛建置不久且尚未普及,使用原先4G或Wi-Fi通訊環境,對於大多數傳統產業廠商而言,已能滿足大多數作業需求。此外,業者期望透過5G通訊,欲解決痛點不明確、相關專業人才不足以及高投入成本等考量下,國內傳統產業對於建構5G通訊環境目前大多保守看待。

 

如何讓企業對於5G通訊環境有感為解決上述問題的核心之一,從成本角度,可先找尋國內欲積極轉型的傳統產業聚落,釐清共同解決需求,在電信營運商制定客製化的方案下,從高傳輸、低延遲或大規模裝置聯網之軟體套件組合中,選擇上述其中一到兩項5G特性鎖定規劃場內、廠區甚至是場域網路,使廠商在共同負擔、客製化收費與聚焦特定強化功能下,達到極大化產業效益的目標。

 

此外,針對傳統產業之標竿大廠,透過國內產學研合作機制或專業團隊,協助評估5G通訊環境導入轉型成智慧製造的可行性,釐清以往環境無法解決的生產、製造或管理的痛點。倘若廠商對於導入5G通訊仍採觀望態度,建議政府在5G示範場域內,協助輔導轉型對象藉由AR、VR等技術,概念化或客製化對於廠商在即時作業控制、設備環境檢測、原物料或產品管理等面向之整體成本效益成果,提供業者導入5G通訊之先期評估試驗程序。

 

(本文作者為金屬中心執行產業技術基磐研究與知識服務計畫產業分析師)


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更新日期:2020-04-08

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