在無線網路技術進步的推動下，工廠的固定生產線模式正迅速演變為更靈活的工廠環境。目前的消費者需求帶動製造業轉型趨勢，因為消費者希望產品的功能更趨多元，要求工廠擺脫制式的製造模式，轉變為更靈活且複雜的工廠。將5G作為專用網路，導入到工廠可實現製造業所需的靈活性，進而改善內部溝通並提高工廠車間資訊的視覺化。私網還支援工廠營運的預測性維護，也就是為製造商建立數位分身(Digital Twin)。
專用網路穩步崛起
導入專用網路對於各行各業來說，是一種行有助於營運的作法，在許多產業中已使用多年。例如，鐵路已經在專用網路營運了很長時間，而部分2G頻譜早在幾十年前已提供給本地和個別用戶使用。5G連接的新功能是定義蜂巢式網路標準的組織3GPP，明確界定為支援垂直業務要求的專用網路的使用場景。強調專用網路在一定程度上是對工業領域的回應，工業領域正推動用無線連接，取代或增強有線乙太網私網，同時也為廣泛的業務流程帶來新功能。
工業領域需要專網的原因，來自全球人才短缺、新的使用場景、地緣政治變化，工廠需要提高效能以面對產品趨勢迅速變化等因素。產品趨勢方面，如果長期只生產一種產品，那麼整體採用有線往例的工廠便能夠順利運轉。上述的生產模式行之有點，證實單一產品的生產環境，採用乙太網、時間敏感型網路(TSN)和其它有線網路進行通訊即可。然而，在各個產業，這種單一產品生產線模式正迅速向更靈活的工廠環境轉變。現在的工廠需要更高效的多功能通訊解決方案。
靈活性是未來工廠的必備要素
每當必須重新配置產線時，在工廠車間移動電纜效率太低。工廠仍需要實體電纜，但可將5G專用網路視為無線基礎設施的補充覆蓋層，進而提供更大的靈活性。無線技術對於連接在倉庫或工廠車間四處移動的機器人尤為重要。對於需要使用和移動的大型系統而言，也同樣重要。移動性是這些機器人系統的關鍵，它們的靈活性不是特別高，但如果每次機器人位置改變時不需要鋪設新的電纜。例如不需要從屋頂上拉電纜下來，之後再放回原位，就會帶來很多好處。無線網路提供了更簡單、更靈活的解決方案。
將5G和無線連接視為支援工廠營運移動性的關鍵技術。例如，現代汽車生產線可能借助無線連接，實現裝配流程由各處向汽車集中，而不是將汽車沿著裝配線，不斷移至不同的流程(圖1)。在這個更大的飛機製造應用場景中，可移動的產線能在客機機身保持靜止的形況下，將機翼元件、配線束和塗裝設備移動到飛機的相應區域，進行集中化的生產(圖2)。
靈活的混合工廠環境
隨著越來越多的工廠變得更加靈活，完全採用有線網路的工廠可能會變得障礙重重。但這並不意味著使用雲端來管理每個設備和子系統。在先進工廠中，最高層級使用無線連接和5G無線專用網路監測工廠車間的流程，而注重時效的系統仍採用有線連接方式。在混合層級，機器人內部採用TSN有線連接，並與無線網路連接，支援在各工廠子系統之間的通訊。這種方式可減少對機器人的干擾，同時也讓通訊技術變得至關重要。
目前機器人應用基於微控制器和處理器，可使用雲端輕鬆管理和更新嵌入式軟體。嵌入式設備中的即時軟體可以更新和監控，有助於資料中心的營運。雲管理服務透過專用網路來增強工廠營運效率，可強化產線之間的協調，增加資料視覺化，提高軟體敏捷性並簡化產品生命週期管理。
工廠通訊首重連線品質
工廠一旦擺脫了有線模式，無線網路提供的服務品質(QoS)對工廠運行變得至關重要，因為網路中斷會導致工廠停機。在QoS指標中，網路可用性(在整個工廠中測量)是最重要的因素，其次是受限的延遲和傳輸量。工廠環境無法接受無線網路較弱或不存在無線網路。工廠的通訊必須保證無線網路在整個工廠車間都可用，畢竟，沒人想看到配貨機器人在工廠中途失去其通訊連線。
配貨機必須與所攜帶的無線設備完全連接，否則設備可能會停機。然而工廠車間受到電氣和電磁干擾，以及RF訊號阻斷器的困擾，不利於對無線連接。還有鋼樑、發動機和其他所有會干擾射頻訊號的金屬物體。
Wi-Fi和3GPP現在都已認識到這些挑戰，並積極制定實現真正智慧工廠所需的具體通訊標準。透過擴大行動私網的吸引力，3GPP將把5G打造為在未來改善製造業營運、推動數位化轉型和實現營運成長的標準。
專用網路的安全性
在工廠正常營運時，安全性的重要性不亞於QoS。一旦工廠環境中有網路連線，就會成為駭客的潛在目標。工廠環境中的有線和無線網路都是駭客和網路罪犯的主要攻擊對象，這些不法分子試圖干擾網路的正常運作、安裝勒索軟體或非法存取有價值的資料。中繼資料等工廠資料具有巨大的價值，絕不能洩露。
傳統的安全技術也非常重要。聯網工廠設備的身份/身份驗證至關重要，無線網路加密也非常重要，以確保資料不會被惡意行為者篡改。回到對Wi-Fi和3GPP的比較上，工廠安全性追根究底取決於設備的最佳配置方法。設備是否由SIM卡、密碼、QRCode或其他技術進行配置？配置對於每個工廠網站、設備供應商或網路類型是不是唯一的？生命週期管理是安全工廠的一個重要方面，目前整個產業都在著手處理這些議題。
工廠通訊挑戰尚待克服
晶片供應商和部署在工廠環境中的無線專用網路解決方案之間，存在強大、持續的價值鏈。以半導體公司恩智浦(NXP)為例，即提供多種標準的無線連接提供全面的晶片和軟體解決方案，從藍牙和NFC等物聯網協議到Wi-Fi和5G基礎設施以及用戶端解決方案。晶片解決方案有助於確保每個終端產品都符合工業對QoS、安全和工廠自動化其他重要方面的要求。