面对当前工业制造数位转型阶段，陆续融入了资通讯（ICT）科技和人工智慧（AI）的应用和发展，以即时并充份利用大数据加值。促使各家设备制造、FA自动化系统整合商纷纷寻求新一代工业通讯标准，包含TSN、umati也应运而生，并透过合纵连横加速落地。

为了在「数位转型」方面导入数位、智慧化技术，实现生产流程自动化和数位化来实现工具机的高效生产、更精准的加工以提高生产效率和品质；应用大数据、人工智慧（AI）、umati等技术，对生产过程和产品品质进行数据分析，或透过云端计算技术实现生产数据管理与应用，优化生产制程，期能迎接科技进步所带来的挑战与机会。

继2011年工业4.0问世以来，工业物联网（IIoT）正逐渐改变工业制造的日常运营模式，包含藉此感测搜集资料、实现设备之间M2M的高速通讯，再经由云端或边缘运算处理、AI模拟解析，实现各种不同的加值应用。

进而利用预测分析来检测零组件运行状态及寿命，提高生产效率、产品品质，削减整体成本；或是将营运和服务大数据资料，反??到产品设计周期等各种面向；实现变种变量生产，符合用户需求多样化的世界制造业潮流，打造可自主生产的智慧工厂。

然而，由於工业乙太网协定的低延迟、互通性有限，加上众多专属（Proprietary）标准充斥在IIoT环境，使得工业4.0发展受阻。却也促成TSN、umatti等新一代通讯协定，在2018~2019年间正式被导入工业领域，并吸引欧美日大国的设备制造业（Maker）、FA自动化系统整合商（SI）纷纷寻求夥伴合纵连横并加速落地，以率先推出硬体、模组和解决方案。

图一 : 由於工业乙太网协定的低延迟、互通性有限，促成TSN、umatti等新一代通讯协定陆续被导入工业领域，并吸引设备制造、FA自动化系统整合商纷纷寻求加速落地。（source：umati.org）

TSN合纵连横加速落地 与EtherCAT竞逐IIoT主流标准

其中TSN（Time-Sensitive Networking）技术源自於IEEE在2004年成立了小组，开发了一系列Ethernet车用音讯/影像桥接（Audio Video Bridging；AVB）标准，是在乙太网上追加了时间同步、A/V设备控制、频宽预约等功能的通讯规范，减轻电池以外排线重量、又避免封包碰撞疑虑，而影响行车安全性。

等到2018年逐渐成熟後，再由IEEE将之推广到制造业/车载等方面，扩展了Ethernet AVB标准，於2012年改名为TSN，现在正在进行各项扩展规范的审议；在与IEEE及IEC国际标准制定的同时，各网路推广组织也在推进TSN在开放网路中的应用，包含TIACC制定单一通用型的一致性测试计划。

TSN的优点在於使用乙太网可以保证即时通讯，於通过时间同步精度1μsec以下进行高精度同步通讯，有效利用通讯频宽；可共用时间，藉时间戳记保持连接设备的时间一致，可混在IP通讯等多种协定，将现场设备数据陆续发送到SCADA、MES和ERP系统以及云端系统。

虽然TSN与EtherCAT皆属於乙太网的通讯标准，但因为EtherCAT使用专属拓扑架构，还须透过闸道器（Gateway）切换网路协定。反观TSN则可以使用现有的乙太网路架构与布线，串联各式工业物联网装置并快速完成IT+OT整合。

目前已可看到如西门子PROFINET、三菱CC-LINK IE（Control & Communication Link Industrial Ethernet）等基於乙太网路架构支援，并积极推出相关产品上市，与在传统工业总线配线渗透率较高的EtherCAT分庭抗礼，第一波产品将以交换产品与终端控制类型为主。

CC -linkIE TSN结合三菱电机 率先推出FA全系列产品

日本也通过数位化及IoT技术，以熟悉现场知识为基础、随机应变的问题解决能力，持续性改善活动为优势，实现特有的「万物互联（Connected Industries）」模式，创建出一个利用技术和智慧、以人为本，具有新型附加价值的产业社会。

其中实现智慧工厂的关键，要求能融合IT系统和FA生产现场不同工业网路，并具备高速、大容量、高精度通讯，以提高生产效率和品质；经由设备、装置应用的效率化，还有数量种类丰富的连接产品阵容，得以简单连结各种设备，进行简单的工程与保养。

2000年首先将源於日本的现场网路「CC-Link」开放化，2008年将业界首个1Gbps的基於乙太网的「CC-Link IE」开放化；2018年将率先采用基於标准乙太网规范的TSN（Time-Sensitive Networking）技术的「CC-Link IE TSN」开放化，包括对厂商的相容产品开发支援；会员产品的CC-Link一致性测试实施等。截至2023年底CC-Link IE TSN相关认证设备产品数205件、安全设备产品数35件，并推荐如交换机HUB等网路配线部品的认证产品数159件。

如今CC-LinkIE TSN则已率先将TSN技术导入工业开放网路，通过以时间分割实现即时性，使多种不同的网路通讯协定，可以在同一链路同时存在，将FA生产现场和IT系统无缝结合；与其他协议可按时间带区分，在同一条线上混合存在，促成既有I/O控制、运动控制、安全通讯，可与TCP/IP普通乙太网通讯整合。

另有别於现行CC-Link IE Field采用令牌环轮询方式，包括运动控制的各个设备均依次进行通讯处理；各设备可双向同时通讯，以缩短通讯周期与大幅缩短节拍时间。再利用CC-LinkIE TSN分割具即时性的??圈通讯，或混合使用普通的IP通讯等非即时通讯并确保定时性，保证控制及通讯的即时性，或通过高效的网路通讯协定，实现高速?高精度的控制。

还可在控制通讯内组合高/低速周期通讯最优化控制，维持要求高速性的运动控制性能，提高装置性能。通过高精度的时间戳记同步记录资料，可准确分析发生故障时刻，以正确的时间序列追溯解析事件历史，容易特定出错原因。

CC-Link协会事务局长陈重光表示，CC-LinkIE TSN在日本三菱电机FA自动化控制部门奥援下，2019年起率先推出支援涵括PLC、HMI、伺服驱动/变频器等一系列产品；未来也希??协助会员厂商协力开发、测试新品，让台制机电设备有机会替代进囗，甚至回销日本。

进而扩大制造业丰富的应用场景，开始削减上线、使用、保养的工时，并使用普通软体工具进行诊断，通过多样的诊断方法、诊断范围的扩大、正确的诊断资讯，在网路故障发生时可迅速进行原因分析和系统重定。丰富的对应产品组合，即再通过多样的开发方式，可使用按照要求规格的对应产品进行灵活的构成组合。

图二 : CC-LinkIE TSN在2019年起率先推出支援涵括PLC、HMI、伺服驱动/变频器等一系列产品。

OPCUA打造工具机专属通讯标准umati

此外，有别於TSN主要进行现场总线的调度控制，OPC UA（开放式平台通讯统一架构）标准则是负责应用层的控管，加强M2M之间的交流，後者可说是目前工业网路最具突破性的变革，进而针对不同产业需求提出专用通讯标准格式。

其中由德国工具机制造公会（VDW）与德国机械设备制造业联合会（VDMA）共同推动的umati「通用机械技术介面（Universal Machine Technology Interface）」，代表机械设备专用OPC UA的通用规格，主要在OPC UA机器间通讯协定的基础上，建立全球通用标准，让不同产业的各种设备，在同一平台上相互连线，呈现跨场域之间的智动化生态系。

今年主办台湾国际工具机展（TMTS 2024）的工具机暨零组件工业同业公会（TMBA）也特别邀请德国VDW、VDMA来台，首次合作设立「umati 专区」，总计26家工具机与零组件厂商、法人与学校共同叁与。

图三 : 工具机暨零组件工业同业公会今年TMTS特别邀请德国VDW、VDMA来台，首次合作设立「umati 专区」。（source：moea.gov.tw）

精密机械研发中心（PMC）专案经理邱禹修表示，适逢今年TMTS 2024期间VDW与TMBA合作推行umati，协助将台湾工具机厂商将现场及各厂区设备资讯上传数位看板，加入全球各地pin点展示。

未来若边缘端（Edge）设备内建通讯功能，只要支持OPC UA、umati通讯标准格式，即可协助SI、Maker快速整合，制订开发规范；甚至是针对End user的老旧设备，亦可加入SMB连网升级、开发加值软体；与厂内软硬体介接，实现plug-in（随??即用）串接包含MES、ERP、AI SaaS应用服务，打造产业共通标准。

PMC??理沈俞静进一步指出，PMC自2019年开始结合设备端Maker、零组件、SI系统整合商，积极叁与推广umati活动，加深与国际连结、线上交流会员资讯，进而建立SaaS服务标准机制。目前PMC也率先将umati导入SkyMars并支援umati规范，可串连外部SI或与ERP、PaaS服务厂商整合；基於OPC UA的标准架构，进行设备连网和後续派工、监测产品履历等後续应用，这次TMTS还发表与量测卡尺结合即时量测监控范例。

结语

图四 : 工研院表示，umati/OPCUA、ERUOMAP77等，支援开发多种类型智能化软体App；跨产业亦有共通周边通讯需求，如自动化、仓储设备等。

值得一提的是，依工研院智慧机械中心经理王培宁分析，如今工具机产业遇到的问题是各家控制器厂商都有自家通讯协定、软体取得资料，导致数据格式不一、SaaS无法互通，控制和感测硬体资源冲突，有赖机联网平台解决。

但不同物联网平台也需要智慧机械云加以整合，打造共通地端引擎，应用程式管理平台，促成地端标准Runtime和各家SMB及云端SaaS服务的资料，都能遵循各产业标准资讯模型互联。例如umati/OPCUA、ERUOMAP77等，支援开发多种类型智能化软体App；跨产业亦有共通周边通讯需求，如自动化、仓储设备等，

事实上，自从工业4.0问世以来，工具机产业受惠於法人、公协会既利用智慧机械政策补助，推行IIoT万机联网上云有成，已累积搜集大量数据；并分别透过云/地端与PaaS、SaaS应用服务商加以分析、管理资讯。

进而於2021年开始推行产业共通标准，开发客制化微服务小程式（App）以来，已陆续实现虚实融合（CPS）、数位分身（Digital twin）等关键技术落地，投入组装销售前研发设计、售後维运教育训练及维修等服务；进而提供终端加工业者，导入AI来优化生产制程、创新商务模式，共同实现永续智慧制造。

据TMBA统计迄今已办理产业规范会议叁加厂商逾400家次，叁与人数超过700人次，预计2024年底产出产业规范约100件；加上大力推广umati通信协定，让工具机和周边设备连接至客户特定的IT生态系统，更兼具简单性、安全性及顺畅性。