【50年老牌鋼鐵廠如何用5G加快智慧製造腳步】從戶外軌道運輸到製造現場，中鋼用5G加速轉型

「運用新工具及新的技術，讓整個生產效率提高，良率能夠提高，產能也因此提高、降低成本，同時減少排碳」，中鋼綠能與系統整合研究發展處長陳宗榮說，這幾年中鋼積極擁抱新技術，推動智慧製造，試圖翻轉傳統鋼鐵製造的勞力密集、高溫作業、高工作風險現況。

因應國內外鋼鐵市場競爭，走向少量多樣精緻鋼品策略的中鋼，在2016年成立智能產銷委員會（PMIC），由當時由執行副總，現為中鋼總經理的王鍚欽領導，並由綠能與系統整合研究發展處作為召集人，來加速中鋼內部導入AI應用。如今，在這些年發展之下，AI在各方面的應用更深更廣，2021年公司成立50年之際，宣示未來發展精緻鋼廠、發展綠能產業兩大主軸，為中鋼接下來50年的競爭力定下目標，其中精緻鋼廠提出多項策略，人工智慧物聯網AIoT即是一個相當重要的策略。

陳宗榮表示，精緻鋼廠的重點在於發展精緻鋼鐵，也就是要做附加價值更高、競爭力更好的產品。因此中鋼擁抱新技術，以AI為例，透過智慧化將人的經驗，轉化為方案或模型，先在一些產線上進行概念驗證測試，驗證成功之後，再將成功的經驗複製到相似的產線作業上，例如在產品生產過程中，傳統依靠人工來檢視產品缺陷，依照經驗將缺陷分等級，而透過AI，利用機器學習辨識影像，找出缺陷並且判斷缺陷的等級。

導入5G強化AIoT應用

至於IoT方面，原本在無線技術上，中鋼已使用Wi-Fi、4G，國內5G在2020年開臺，5G的高傳輸、低延遲、大連結特性，相較於4G更為適合特定場域應用，也吸引中鋼的興趣，該公司在2021年6月規畫導入5G專網，內部成立一個創新前瞻技術研發專案，為中鋼內部最高層級的研發專案之一，須向董事長提報核准，每3個月由總經理管考執行狀況。

位於高雄小港的中鋼小港廠區佔地500公頃，相當於20座台北大安森林公園，在這個諾大的小港廠區內包括行政辦公區、生產作業區，因此在5G公用網路之外，為確保頻寬專用，降低產線數據外洩的風險，中鋼規畫導入5G專用網路(專網)。

然而，中鋼面臨的首個問題是，該選擇哪些場域作為5G的驗證場域。鋼鐵煉製的過程是，先將鐵礦砂通過高爐化為鐵水，鐵水再送至煉鋼廠吹氧除去雜質，產生鋼液，經過連續鑄造成為鋼胚，鋼胚最初厚度達25公分，經過一連串的軋延過程，使鋼胚延展拉長、變薄，厚度減為2公釐，再經過處理成為熱軋鋼卷，當成產品對外銷售，或是當成中間產品送至冷軋處理。

最後選定相當重要的熱軋產線，因先前熱軋產線曾發生設備異常離機，甚至影響到整個產線，因此他們寄望在熱軋產線導入5G，開發輔助現場操作維護，維持產線穩定的技術，由於鋼胚在熱軋製程中，為高溫作業環境，如果5G在熱軋產線上能驗證成功，也可擴展到冷軋或前端的原料廠。

最後室內封閉的試驗場域選擇第二熱軋工場，作為5G軋鋼智慧工廠的示範場域；中鋼還選擇一個戶外的開闊場域，負責清運轉爐廢渣的渣車線，來導入5G專網，作為5G智慧軌道運輸各項應用的測試場域。此外，中鋼還以第二行政大樓4樓為測試場域，建立5G應用技術實驗室，專門開發各種5G AIoT技術，應用於上述2個場域。

中鋼在軋鋼工廠內5G專網架構示意圖，以攝影機的即時影像為例，資訊流經過5G CPE到n79專頻基地臺，經過UPF送到AIoT伺服器，經過AI辨識分析即時影像後，再依UPF、專頻基地臺送到5G MiFi，傳送至平板電腦。中鋼將5G專網視為獨立網域，以防火牆和OT隔絕，5G專網的核心網路也和IT隔絕。

建置戶外及室內2套5G專網

然而，專網的建置並不如想像的順利，因為在鋼鐵的生產過程中，鋼和鐵最多，而無線通訊容易受到金屬干擾，因此他們在調整訊號上，光是優化訊號範圍、訊號切換就花費不少時間去研究，還曾發現過天車經過時突然沒訊號，調查原因很久才發現問題在哪。

中鋼在戶外及室內分別建置5G NSA及SA專網。在戶外的渣車線部分，中鋼和電信業者合作，導入5G NSA非獨立組網架構專網，與5G公網使用相同的商用頻段3.5GHz，仍採用電信業者公網的4G核網，長達900公尺的渣車線建置3座專用4G/5G基地臺，以涵蓋整條渣車線，也在3座轉爐下方的室內建置3個小型基地臺，用來強化轉爐下方的室內訊號，這個戶外渣車線5G NSA架構專網，還建置MEC邊緣運算系統，由於4G核網費用較高，故向電信業者租賃方式，核網安全由電信業者維運管理。這套專網在2021年12月建置完成，上傳速度為158Mbps，下載可達986Mbps。

相較於戶外的渣車線，在熱軋工廠內建置的室內5G專網，採用n79專用頻段來架構5G SA獨立組網專網，n79專用頻段為政府預計開放給企業建置專頻專網的頻段，中鋼建置一套獨立的5G核網，並在400公尺長的熱軋產線建置3座5G O-RAN基地臺，5G專網主要用於產線的數據傳輸、訊號控制，至於熱軋工廠內會議室、電氣室、控制室則以25個Wi-Fi 6。熱軋工廠內的5G SA專網於2022年2月完成，上傳為152Mbps，下載為560Mbps，SA專網可調整上下傳比例，上傳速度最高可達230Mbps。

另外，相較於Wi-Fi，5G專網成本較高，但5G有較高的資料傳輸正確性及安全性，不需擔心資料的遺失，適合用於產線，至於建置成本較低、具有便利性的Wi-Fi，適合用於人員連網。經過各項評估後，中鋼的專網使用心得是，設備使用5G，人員則使用Wi-Fi。由於5G的資料正確性較高，內部研發人員將5G譬喻為掛號信，無須擔心訊號遺失，至於Wi-Fi則是平信，成本較低，但是不保證信件一定送達，以突顯兩種無線技術間的差異。

確保5G專網的資安架構

陳宗榮表示，5G NSA架構專網的核網由電信業者掌管，基於資安考量選擇用於戶外渣車線，因為只有鋼渣車行駛、平交道的即時影像畫面，數據敏感性較低。但在熱軋廠內，產線即時影像畫面、設備數據都涉及機密，因此建置有獨立核網的5G SA專網，內部數據不需擔心經過外部公網的核心網路，未來會全部交由中冠維運。

中鋼坦言，可支援n79的終端設備並不多，選擇性受限。另外，5G專網雖有較高的上傳速度，但同時間多支攝影機上傳畫面，上傳頻寬仍有不足之處。

儘管導入新技術進行測試，中鋼仍然相當重視資安。戶外渣車線使用公網3.5GHz商用頻段建置5G NSA專網，NSA專網與公網共用核網，而為了避免資料可能流經核網，熱軋工場產線採用n79專用頻段建置5G SA專網，以專用頻段及獨立的5G核網，確保專網內的產線資料不會流到外部。

熱軋工場5G專網的資安架構，為了滿足產線即時分析的需要，攝影機所拍攝的即時畫面，經由5G路由器、基地臺送到靠近產線的機房數據伺服器，由AIoT伺服器作即時的AI影像辨識分析，再將AI辨識結果送到數據伺服器、經基地臺、5G MIFI送到產線人員的平板電腦。

中鋼對專網採前監後控，將專網視為獨立網域，專網內以滿足即時分析需求為主，僅監控異常網路流量，後方則以防火牆將專網和OT隔絕，專網核網也和IT隔絕。專網屬於內網一部分，未和外部網際網路連接。

中鋼綠能與系統整合研究發展處長陳宗榮表示，中鋼展開9項應用測試，包括即時影像、虛實整合、行車安全、遠程操控4個面向，也是全世界各國鋼鐵廠5G應用的發展方向。

9項應用驗證5G智慧製造潛力

「中鋼成立專案的目的是，驗證5G對外宣傳的高傳輸、低延遲、廣連結是否如所宣稱的具有效益」，陳宗榮以產線作業為例，要將擷取到的訊號、影像畫面，即時傳送到另一個地方，做到即時控制，其他的無線傳輸技術則可能有延遲的問題，其他技術或許可以作監測，但在即時控制上會有不足，專案的目的是，對5G專網進行概念驗證。

各項5G專網硬體建置之後，「中鋼展開9項應用測試，包括即時影像、虛實整合、行車安全、遠程操控4個面向，也是全世界各國鋼鐵廠5G應用的發展方向」。陳宗榮表示，中鋼寄望新的通訊工具能彌補過去做不到，或是目前不足的地方。

9項應用驗證，在渣車線部分，包括危險作業遠程操控、渣桶狀態監測系統、行車安全輔助系統；至於熱軋工場部分，包括智能板胚動態監控、鋼帶偏移監控系統、專家遠端協作系統、數位產線實境導覽，以及在5G應用技術實驗室的XR虛擬實境訓練、自走載具技術。

陳宗榮指出，鋼鐵煉製過程有很多高溫作業環境，或是空間比較局限的地方，人員進出有較高的工安風險，希望新的工具能協助擷取即時影像畫面，操作或生產數據，驗證是否能達成目標。

以遠端控制降低工安風險

9項5G專網應用中，其中接渣線推動的智慧軌道運輸相當重要，由於轉爐所產生的爐渣，需交由鋼渣車運輸，鋼渣車上載著渣桶，主要用來承接轉爐傾倒的爐渣，鋼渣車由司機員駕駛，當鋼渣車到達轉爐下方準備接渣，因轉爐高達上千度的高溫，轉爐下方一定範圍內禁止人員接近。

傳統上，當鋼渣車抵達轉爐下方，司機員下車進入一旁的小房間，稱為避渣小間，司機員只能透過小間的小方窗，以人工目視判斷渣桶和轉爐的相對位置，再利用無線頻段控制渣車位置，轉爐則由另一人負責控制。如果鋼渣車司機未將渣桶移動到轉爐下方的適當位置，或是轉爐傾倒的角度控制過快，都可能造成高溫爐渣灑出到地面，造成人員或地面設備的傷害，因為無法及時清渣，甚至可能導致轉爐停止運作，對產能帶來更大的影響。

導入5G之後，鋼渣車的前後各配置一支5G攝影機，前方攝影機主要拍攝渣車前方的軌道即時影像，後方的攝影機則拍攝渣桶的狀況，當鋼渣車抵達轉爐下方，下方室內接渣場所地面還配置2支攝影機，用以拍攝接渣的情形，司機員同樣下車進入避渣小間，不再只能從小窗看出去，透過平板電腦進入接渣模擬頁面，頁面上同時顯示2個即時影像，1個為鋼渣車後方的渣桶即時影像，另1個畫面則是來自地面攝影機所拍攝，司機員除了可觀看2個即時影像，掌握接渣現場作業情形，頁面下方還有一輛虛擬的鋼渣車、轉爐，通過數位分身模擬渣車位置、轉爐傾倒角度，渣桶緩緩移動到轉爐下方，加上AI通過影像判斷轉爐傾倒角度爐渣可能落點，讓司機員根據數位分身，觀察渣桶位置和爐渣落點是否相合，來提高接渣作業的準確性。

陳宗榮指出，接渣作業要做到遠端操控，需要多個現場即時影像畫面，來克服傳統人工目視的視線死角問題，即時影像資料非常大，因此上傳與下載需要足夠頻寬，另一個關鍵是低延遲，司機員控制渣車移動，要讓渣桶到達轉爐下方適當接渣位置，如果看到的即時影像是1分鐘之前，就不能精準接渣。5G的出現，除了希望了解它的功能，可能應用在哪些地方，也希望能提升作業的安全性，提高生產操作的效率。

中鋼也將5G應用在產線上，結合5G AIoT來提升產線的良率、穩定。例如智能板胚即時監控、鋼帶偏移監控等，利用產線上的攝影機，經由5G專網即時將鋼胚的製程影像送到產線的AIoT伺服器，就近以AI判別每個鋼胚在半成品階段，是否出現異常。

以智能板胚監控為例，由AI根據影像判斷鋼胚的上抬、下沈角度，如在容許值則屬正常，超出容許值則判斷為異常，在產線上立即啟動修正程序，將異常的鋼胚送回重新粗軋。因每個鋼胚在產線上不斷送往不同製程處理，需要第一時間發現異常，立即修正，否則鋼胚進入下一階段，可能導致變形加劇，甚至可能損壞設備，後續影響整個產能。

未來要用5G實現遠端控制天車

中鋼還看上5G的高速傳輸、低延遲，應用在天車遠程控制的潛力。雖然中鋼在倉儲部分，已研發AI無人天車，搭配自動化出貨系統，但是天車作業主要仍是仰賴天車手進行人工操控，天車手必需進入天車駕駛室，因天車位於高處，天車手要爬到高處的天車並不容易，加上部分天車作業在高溫區域，容易有工安風險，有時駕駛爬上去，一整天都不輕易下來，對工安及工作舒適都是一大考驗。

中鋼則希望透過5G遠程集控天車，讓駕駛以後在地面的控制室，能遠程操控天車進行作業，要讓天車手在地面操作天車，如同身在高處的天車上吊運作業，還需要在天車上安裝多支不同視角的攝影機，充當天車手的眼睛，彌補在地面操作天車的不足之處。

陳宗榮認為如果5G的低延遲符合需求，讓駕駛能在地面操作天車，如同他在高處的天車操作一樣，不僅人員在更安全的地面遠程操作，甚至可做到一人操控多臺天車，相較之下，目前一人只能操作一臺天車，大幅提升天車作業的效率。5G天車是中鋼下一步致力開發的5G應用之一。

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