工業4.0時代來臨，設備及產線的自動化將為製造業帶來全新樣貌。

工業物聯網加速佈建，智慧邊緣逐漸成形，製造業面臨數位轉型浪潮。

如何有效率進行智慧邊緣的管理，也成為當務之急。

工業4.0時代來臨，設備及產線的數位自動化將為製造業帶來全新樣貌。由於工業自動化無法全然取代人力，但了解並學習相關知識與技能將有助於佈局轉型隨著工業4.0的驅動，工業物聯網（IIoT）也加速佈建，智慧邊緣逐漸成形，製造業正面臨數位轉型浪潮。施耐德電機指出，接下來工業自動化轉型的三大方向，將包含：工業自動化大幅提高產能、改變勞動力架構，以及對環境更友善等趨勢。

提高產能

隨著全球工業市場面臨少子化與勞力市場人力短缺等挑戰，人工成本已成為企業的龐大負擔。自動化系統能大幅降低人為操作之誤差及變數，加速生產流程並提升效率，釋放人力轉向更能創造附加價值的工作，有效降低勞動成本。而數位轉型及工業物聯網（IIoT）的出現，也意味著機器能更有效地運作和維護，減少停機時間且能根據臨時需求彈性調整。

改變勞動力架構

全球疫情影響除了讓製造業現場人員難以復工外，連帶造成斷鏈、缺工等危機，迫使製造業轉型意識抬頭，加速步入自動化。遠端工作模式成為後疫情時代的關鍵趨勢，同時也突顯數位化工具和技術的重要性。疫情帶來的新常態讓數位化需求漸增，數位化解決方案使員工能從遠端安全地監控、操作和維修機械設備；管理人員也能輕鬆透過數據製定或調整相關決策，提高整體營運效率。此外，多元高科技人才正是工業自動化的重要推手，因此若能將自動化技能納入教育培訓，也是轉型重要的一環。

對環境更友善

台灣能源高度倚賴進口，政府近年也積極推動能源轉型。自動化解決方案能幫助製造業減少其能源消耗以及溫室氣體排放，藉由工業物聯網連結設備和產線，實時監測多個站點及其運營數據，進而高效率管理生產流程，將有助於優化整體設備的生產效率。

圖1 : 導入智慧邊緣讓自動化轉型加速，可提高產能、改變勞動力架構。（source：施耐德電機）

自動化應用加速

隨著通膨與經濟低迷的影響，全球有過半的企業正面臨嚴重的人才與技術缺口。在此同時，企業也正面臨營運成本增加的壓力。IDC預測，自動化將成為企業解決壓力的重要投資。而企業的自動化應用，目前仍面臨AI應用擴展及協同串接的難題，且目前單模態的AI應用已不足以滿足企業在即時決策、預測能力的需求。未來，能夠同步處理文本、視覺影像、音訊等應用的多模態AI，將有機會協助企業解決這些難題，提供更精準的自動化性能，以跨越企業內各種業務流程的決策串流障礙。

也由於企業數位轉型與升級浪潮的驅動，使得物聯網裝置增加，資料量也大增，加上雲端與邊緣運算技術量能的提升，數位雙生（Digital Twin）也已經開始跳脫過去集中於國防、航太、能源、政府應用等產業，開始跨入大型製造業、倉儲物流與產業供應鏈。過去市場普遍認為，數位雙生的部署需要一次性的大量資金與平台技術轉換，但隨著企業在數位轉型、自動化需求的增加，以及物聯網、人工智慧、機器學習、5G通訊、AR擴增實境等裝置與技術的輔助，企業也開始思考如何利用小規模或客製化的應用，來進行數位雙生相關的導入。IDC預測，2023年開始數位雙生的部署將更多元，並將在不同產業與不同企業規模間階段性的導入。

為傳統製造業注入智慧動能

由於時代快速變遷，傳統製造業開始面臨兩大困境，包含產線逐漸老舊且效率不佳，與外部環境新技術演進超越企業內部的發展速度，這樣的現況使得企業為了提升市場競爭力，智慧轉型導入已成為營運的首要策略。以台廠Hopax聚和國際為例，該公司自1975年成立至今，也正面臨迫在眉睫的數位轉型需求，近年特用化學產業積極推動工業4.0，建構智慧工廠，聚和亦不例外，大量採用IOT技術，整合現有IT與OT系統，並致力將產線智能化，使生產作業與參數朝向最佳化，以快速回應客戶需求變化。

目前這些傳統廠商面臨到的狀況之一，就是虛擬主機的環境記憶體不足，儲存設備持續發出空間不足的警訊通知，使得該公司面臨到數位轉型時程一再延遲的狀況。此外，老舊設備與備份軟體未能有效整合，也將造成資料備份不夠完善，或備份容易中斷無法順利完成的情況，一旦遭受勒索病毒攻擊，恐即刻面臨資料安全危機。然而，隨著全球淨零碳排趨勢與台灣溫室氣體減量及管理法受強烈關注，本土廠商也都必須積極著手低碳轉型、制定減碳計畫，提前做好準備來達到永續的目標。

聚和在採用了Pure Storage資料儲存裝置後，提供了更快速、更簡易的IT環境，運行成本低，占用空間小，壽命也比傳統儲存裝置更長，每年可減少2萬度耗電量，並降低每年10噸的碳排放量，對於推進ESG永續目標有很大的幫助。

智能化管理

5G與人工智慧（AI）技術加乘，邊緣運算應用場景也日趨多元，成為各垂直應用市場產業升級或轉型的契機。Apacer宇瞻科技指出，智慧城市常見的連網監視與情境感知技術，近來也延伸應用於不同領域，例如國防領域、工業領域、交通領域等。透過AI技術分析、整合感測器收集的資料，可為管理者提供決策所需的關鍵資訊。此外，在鐵路交通情境，整合自動列車運行（ATO）技術，輔以軌道或站台影像監控、乘客資訊系統等邊緣數據分析與管理，也將大幅提升鐵路運行安全性。

而這些新興的應用場景，都仰賴高度穩定的儲存裝置與運算系統。而當前，現代化工業設備也在保證產品品質和穩定性的前提下，需要更高的運算性能和更豐富的周邊。這些邊緣運算的應用，是透過大量隨機的小檔案寫入型態，這常常導致工業級SSD的快閃記憶體壽命過早耗盡，再加上常處於極端環境的應用領域，這些狀況都會對運算系統的穩定性造成極大威脅。

工業環境的資安風險

數位科技正帶動一波新的工業革命，但同時也製造了許多新的資安風險。工業4.0象徵著資訊技術（IT）與營運技術（OT）的徹底整合，進而提升工廠的效率並節省成本，但這同時也讓關鍵的製造系統暴露於駭客入侵的風險。隨著老舊系統連上了網路以及數位轉型擴大了受攻擊面，OT和IIoT環境特別容易遭到漏洞攻擊。

人機介面（HMI）軟體的漏洞是該領域的主要資安風險來源。例如在2021年所有可能影響關鍵製造業的漏洞中，有將近89%的漏洞都能用於製造衝擊，包括阻斷服務、破壞生產流程，或是竊取資料。根據趨勢科技的研究指出，每一起ICS/OT資安事件的平均成本約將近300萬美元。然而，要將營運關鍵系統離線來測試或套用修補更新，對工業環境來說是一項艱難挑戰。

圖2 : 智慧邊緣應用案例：皓博科技推出的智慧震動診斷監測解決方案。（攝影：王岫晨）

邊緣裝置的安全性問題

恩智浦半導體資深行銷經理黃健洲指出，未來的系統將包含數十億個互連裝置。這些裝置將成為對攻擊者具有吸引力的目標。邊緣裝置是這些系統的重要部分。當這些裝置與遠端服務以及雲端服務連線時，可以在更接近資料產生的位置處理資料。這些裝置從感測器收集原始資料，分析並擷取相關資訊，然後將資訊傳送到雲端並呈現給本機使用者。在大多數的情況下，這些資訊包含需要加以保護的敏感資料。此外，一些邊緣裝置都配備有致動器，目的是用來控制可能會被濫用的公用設施和機械設備。因此，需要驗證從遠端服務收到的命令是否真實，並且是否源自於適宜的控制實體。這也使得邊緣裝置成為攻擊者關注的目標。

一般來說，安全性是一種整體系統屬性，而非一種附加屬性。系統的安全程度取決於攻擊者可觸及的最薄弱組件。邊緣裝置將在系統安全性中扮演多種角色，邊緣裝置屬於優先攻擊目標，攻擊者攻擊控制許多裝置的邊緣裝置，可以獲得更高的投資報酬，所以這些裝置必須得到相應的保護。而透過將安全性較低的子系統進行必要的隔離，或向其提供安全服務，將有助於提升系統的整體安全性。大多數保護網路裝置的基本概念，也可用於保護邊緣裝置，例如：

●傳輸中的資料

●存取控制機制

●靜止資料

然而，儘管資料中心的基礎設施（通常部署雲端服務的地方）會為儲存和處理的資料提供固有的實體保護，但邊緣裝置所在的位置幾乎沒有或者完全沒有任何實體保護與保障。這就意味著需要為邊緣裝置部署附加保護和某種程度的入侵偵測功能。在系統晶片（SoC）層級，這些需求必須有以下硬體功能支援，並結合特定的軟體緩解技術，來保護並因應此類攻擊：

●信任根（RoT）

●安全開機

●竄改偵測

●安全鎖區

邊緣裝置及其資料保護能力，是邊緣運算安全效能的一個關鍵組成部分，但是保護網路和雲端服務避免受邊緣裝置影響而變換成遠端控制武器也非常重要。邊緣裝置需要以各種新方式處理日益增加的大量資料。多年來，為了解決這個問題，運算能力和可用的網路頻寬都在成長。隨著邊緣人工智慧（AI）的出現，以及5G和更快速Wi-Fi技術的部署，這種趨勢仍會延續。鑒於邊緣裝置和雲端基礎設施之間的互動越來越緊密，透過裝置複製，以及拒絕服務（DoS）攻擊方法來破壞雲端服務的風險也正日益增加。

邊緣裝置安全包括兩個層面：功能安全與平台安全。針對這兩種安全功能，可利用一些基本的密碼學特徵來保護邊緣節點的安全性。透過加密協定和金鑰管理技術，可以保護傳輸中的資料和靜止資料，並可確保邊緣裝置開機和運行真實且獲得授權的韌體和軟體。另外，可以為裝置組建唯一的身分，以便在邊緣裝置端對其進行驗證和保護，同時在雲端基礎設施端將其用於存取控制。此唯一身分可幫助偵測裝置是否已受損並需要隔離以防DoS攻擊。

邊緣設備部署的必要性

工業製造商在尋求數位轉型的過程中，希望透過人工智慧、分析、 製造執行系統（Manufacturing Execution System；MES）等方面的創新，來擴大數位轉型計劃，並充分利用更接近工業數據來源的即時智慧。這造成了應用延遲、設備管理和安全問題等方面的痛點，凸顯了邊緣到雲平衡部署的必要性。因此在工業轉型的過程中，需要一個端到端的智慧邊緣管理解決方案，來執行強大的邊緣運算策略，進而最大限度地提高整體部署的成功率，從任何地點控制並管理設備上的應用部署，同時還能改善安全狀況。

洛克威爾自動化表示，工業組織應用各種技術來解決邊緣案例和規模等問題，有一點將變得非常重要，他們需要一個安全、經濟效益高的邊緣基礎設施來大規模管理越來越多的分散式設備。隨著工業使用案例範圍的不斷擴大，原始設備製造商、解決方案提供商和最終用戶將很快意識到，用這種基礎架構解決方案來實現不同工廠的邊緣實施和管理的必要性。

結語

隨著客戶朝著企業聯網生產系統的方向發展，他們發現很難讓數據走出孤島、管理分散式表面計算及快速部署軟體。透過將硬體與邊緣調度（orchestration）功能相結合，並將應用部署到邊緣，客戶就能夠更快地擴展他們的數位轉型計劃，並從自己的邊緣應用中獲得更大的價值。