在現在這個智慧型時代,配備感測器與本端處理功能的系統,連結在一起後便可共用資訊。這個概念幾乎主導了每一種產業。這種系統會以全球化的方式,連接使用者與類似系統,幫助使用者做出更完善的決策。這種壓倒性的趨勢,有許多名稱,最常見的稱呼是物聯網(IoT)。IoT囊括了所有事物,像是智慧家居、行動健身裝置、連線玩具,以及工業級物聯網(IIoT),包括智慧農業、智慧城市、智慧廠房與智能電網等。
IIoT的整體系統,非單一廠商能夠獨力完成,而是需要透過一個完整的生態體系來讓架構更為完備。
IIoT由大量相連的工業系統所組成,這些系統會相互通訊,並協調資料分析與行動,有助於提升工業效能、有利於整個社會。透過感測器與致動器銜接數位世界與實體世界的工業級系統,可解決更為複雜的控制問題。目前種系統,正在結合巨量類比資料,解決方案,希望能透過資料與分析取得更深入的知識。
想像一下,如果有種工業級系統,可以根據自身環境或狀況而有所調整,這樣一來,機械就不會永無止盡地運作到故障為止,而是會安排維護行程,或甚至靈活調整自己的控制演算法,藉此補償耗損的零件,接著把資料傳輸到其他機台和操作這些機台的工作人員。一旦透過本端處理與通訊功能來提高機台的的智慧能力,IIoT即可以前所未見的方式來解決問題。
只是,如果是人人都可以辦到的事情,就不能稱為挑戰了。目前IIoT之所以還是個挑戰,正是因為隨著技術日新月異,複雜度與日遽增,因此IIoT成為艱鉅的挑戰,沒有任何一家公司能夠獨立應對。
![圖一 : 沒有任何一家公司能夠獨立應對IIoT的挑戰。](/art/2016/01/061135459420/p1S.JPG)
圖一 : 沒有任何一家公司能夠獨立應對IIoT的挑戰。 |
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IIoT四大發展層次
國家儀器台灣區總經理林沛彥指出,工業物聯網的架構分為四大層次,分別是基礎硬體、通訊協定、以及雲端系統與資料儲存,最後則是智能化的實現。就台灣目前的發展來看,多數客戶都是著墨於最底層的基礎硬體。在基礎硬體這個市場上,又依據客戶想要透過這些硬體來完成什麼樣的事情,而細分為三個區塊。
第一當然是要能解決現有的問題,例如台灣的面板大廠,希望能改善面板在搬運過程中,由於震動與碰撞而對面板造成破裂與損壞,所產生的營運成本損失。因此,在搬運的設備上,加裝了很多監控的裝置,擷取這些資料,加以分析並改進,希望能解決眼前的問題。
第二則是希望能解決未來可能遇到的問題,例如客戶透過一些感測器的加裝,來賦予設備更多的智能,建構一個智慧型的系統,以期能夠預防這些設備造成產品的損壞。第三,是很多廠商都希望能夠在解決了這些問題之後,在未來能夠賺到更多的錢。
林沛彥說,在這樣的過程中,這就牽涉到一些基礎問題,也就是這些廠商往往在準備建構一個智慧系統,或者智慧工廠的初期,都必須從工廠的角度或從生產線的角度來進行設備的模組化。有了模組化之後,才能夠具有彈性,才能做出更為彈性化的配置。而有了彈性化的配置,台灣企業更可以發揮管理上的長才,透過管理的方式來最佳化這些模組,以增加整體利潤。
林沛彥觀察目前台灣廠商的發展現況,發現台灣目前還在模組化的初期階段,因為整個工廠的規模是很龐大的,因此往往在技術上的演進遭遇挑戰,也有現實執行上的困難。
![圖二 : IIoT除了解決眼前的問題,還要能讓廠商賺到錢。](/art/2016/01/061135459420/p2S.JPG)
圖二 : IIoT除了解決眼前的問題,還要能讓廠商賺到錢。 |
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IIoT打造製造強國
國家儀器大中華區行銷經理湯敏則觀察中國整體市場發展,指出不久前,中國喊出了「中國製造2025」的口號,儘管目前中國在全球擠身成為製造的大國,但卻並非是製造的強國。中國製造2025主要的用意,就是希望能在2025年,讓中國成為全球的製造強國。
在這樣的過程中,透過工業物聯網來實現製造強國的目的,是很重要的一個關鍵。然而,對於工業物聯網的發展,各國所遇到的問題與挑戰,都是相似的。也就是IIoT的整體系統架構,都並非單一國家或單一廠商能夠獨力完成,而是需要透過一個完整的生態體系,來讓IIoT系統中的各不同層次與架構更為完備。
放眼全球相關企業,未來在IIoT產業裡,都將會面臨三大挑戰。第一是設備間相互融合的問題。在導入IIoT的路上,傳統產業都必須要面對老舊設備更新升級的問題。在這樣的過程中,不論設備新舊、或者更新升級與否,都必須要能與現有設備兼容。第二是設備必須要有連結雲端的能力,而這也將牽涉到安全性與能源等相關問題。
第三是設備的連接性與標準性。IIoT最大的問題,仍在於未有統一的標準問世,在這樣的狀況下,要讓這些設備間進行互聯,互連後是否能互通正確訊息,甚至進一步進行智慧化的指令,都會成為很大的挑戰。
湯敏認為,面對IIoT帶來的新挑戰,未來的工程師,必須能夠確確實實地解決這些問題。當然相關廠商所推出的IIoT解決方案,也必須要能夠兼顧到安全性、擴充性與耐用性。就目前觀察,IIoT的挑戰,可以從量測端來解決感測方面相關的疑難雜症,並進一步升級設備,賦予更前大的智能。若從這樣的面向來思考,那麼一部強有力、具備彈性的測試儀器,就是前進IIoT不可或缺的重要工具。此外,就升級與智能方面,則可以從軟體的升級,來對於設備的智能加以進化。
事實上,物聯網市場才剛剛起步,相關解決方案目前在市場上尚未成熟。但是工業物聯網由於智能工廠的需求大,發展腳步較為快速,因此工業物聯網將會更快實現在自動化廠房的產線上。
![圖三 : 誰能掌握IIoT優勢,就可拿下製造強國頭銜。](/art/2016/01/061135459420/p3S.JPG)
圖三 : 誰能掌握IIoT優勢,就可拿下製造強國頭銜。 |
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共同的平台與標準迫在眉睫
國家儀器多年來都一直在進行系統整合與開發的工作,面對到目前IIoT的挑戰,NI也積極與不同的工業物聯網團體進行合作,共同討論出一個未來可能的架構。此外,以平台化的方案來解決工程上所面對到的挑戰,包括處理上的問題,與連接上的問題,都將會更有效率。
國家儀器嵌入式系統部門總監Jamie Smith指出,目前工業應用是屬於標準多元與多個陣營同處在一個市場的狀況。長期來看,市場會需要一個共同的平台或是標準,來解決這樣的問題。所以NI 已經參與IIC( Industrial Internet Consortium;工業網路聯盟),與工業相關的生態系統的業者,如科技、網路與基礎建設等不同類型的供應商,來共同進行合作。
IIC希望能夠建立一個共同的遊戲規則與平台,讓未來想參與這個市場的每一家廠商,都能有個可以依循的規範,並遵照這樣的技術架構。觀察目前工業物聯網的發展上,沒有單一家公司可以憑著一己之力,來獨立解決所有面對的挑戰。所以面對未來,必須透過合作與協作,來發展出更多解決問題的方法。
Jamie Smith認為,即便目前陣營與標準相當多,但工業物聯網這個市場相當大,採取競爭的策略並無法分食這塊大餅,唯有合作,才能在這個市場找到機會與切入點。他透露,目前NI也正與思科等業者討論TSN(Time Sensitive Network)協定的標準制定。對於工業網路來說,有關於資料傳輸延遲的問題,在工業網路是不被容許的,但也礙於市場的工業網路協定的種類太多,TSN的制定,目標正是打算解決這樣的局面。
談到TSN,Jamie Smith以台北的交通環境為例,有人開車、也有人騎車亂鑽,也有許多行人在路上行走,若將這樣的情境比喻為一個系統環境,如何有效動態地擷取外在環境的狀況,並排定訊號發送的先後順序,與此同時,訊號傳輸又不能有延遲情況,要同時滿足這些條件,並不容易。但也可以看得出這樣的環境其實頗為複雜,而TSN就是要因應這樣的應用環境而生。
結語
目前IIoT仍在成形中,可望為市場帶來無窮的商機與技術機會。IIC、IEEE等組織,都正努力定義IIoT。這些組織正在積極收集使用案例,希望能深入了解最理想的的創新方式。工程師早就在工業物聯網的最前線實做系統,不過很多事仍然有待釐清,也還有很多待辦事項。只要與這些單位密切往來,定義未來,確保商務聚焦在創新,不只是整合,即可開始轉向模組化的平台解決方案,迎接工業物聯網的時代來臨。而相關廠商,也不能只是想著要如何從IIoT市場搶一杯羹,而是更該以解決方案的提供者,來兼容更多不同的工具硬體才行。