在物聯(lián)網(wǎng)啟動下，無線通訊技術(shù)在製造現(xiàn)場的導(dǎo)入速度加快，尤其是在消費端的廣泛應(yīng)用，使得各種無線通訊設(shè)備的性價比大幅攀升，由於即時性問題仍難克服，無線技術(shù)在工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用中多仍以監(jiān)控為主，實質(zhì)控制仍以有線為主，即便如此，對要求OT與IT整合的智慧製造已然足夠。

圖1 : 在智慧製造體系中，無論是生產(chǎn)系統(tǒng)或廠務(wù)設(shè)備，其數(shù)據(jù)的可視化都是重要環(huán)節(jié)。

就目前來看，在幾種狀況下，系統(tǒng)整合業(yè)者會建議廠商採用無線通訊技術(shù)，第一是佈線不易，譬如無人搬運車，第二種是環(huán)境問題，由於線路本身就是有形的物體，在容易損壞的場所中，線路的維護往往會是一大問題，第三則是距離，在完全開放的空間內(nèi)，其實無線的距離會比有線來得長，一般的有線線路傳輸距離大約是70公尺，但在直線距離，無線傳輸可以到3～400公尺，若加上天線可以達(dá)到2公里以上。

短距離無線通訊應(yīng)用漸深

智慧製造的無線技術(shù)應(yīng)用分為短、中、長等三種距離，短距離目前以RFID和ZigBee為主。RFID具有非接觸式、追蹤貨品、記載資料、適應(yīng)惡劣環(huán)境等特性，在工廠自動化領(lǐng)域潛藏著龐大的商機，雖然RFID在工業(yè)領(lǐng)域的應(yīng)用已不算新技術(shù)，各界對於RFID在工業(yè)自動化領(lǐng)域的發(fā)展上看法也不一致，但無論如何，RFID在工業(yè)自動化所帶來的價值是不容置疑的。

RFID在應(yīng)用上已逐漸取代部份Barcode的市場，不過最終還必須要與公司IT架構(gòu)如ERP、MES連結(jié)，因為就價值面來看，RFID其實只是讓資料蒐集更簡便、快速，正確使用RFID所擷取的資料，加之以轉(zhuǎn)換成有效資訊，才能突顯RFID的建置價值，因此目前IT廠商投入的RFID系統(tǒng)都包含了上層ERP與控制端資料傳輸。

圖2 : 工廠環(huán)境環(huán)境惡劣，不但金屬製品多，馬達(dá)啟動時的電磁波，更是無線區(qū)域網(wǎng)路的殺手。（source：The Analynk Industrial Wireless Instrumentation）

RFID在製造端的自動化應(yīng)用，除了生產(chǎn)製程外，工廠的設(shè)備與物料盤點也是發(fā)展重點之一，散居於各地的企業(yè)資產(chǎn)，每逢盤點都必須耗費大量的時間或人力，然而現(xiàn)在已有廠商將RFID標(biāo)籤貼附於企業(yè)資產(chǎn)上，並將該系統(tǒng)結(jié)合GPS、GIS等技術(shù)，最後顯示在手持式裝置上，讓管理人員可以順利掌控資產(chǎn)狀況，這套系統(tǒng)同時也被應(yīng)用在工廠，藉此提升工廠作業(yè)安全。

不過，現(xiàn)在已有廠商利用RFID來作為資產(chǎn)管理，做法其實相當(dāng)簡單，就是在資產(chǎn)上貼附RFID標(biāo)籤，再利用建置於辦公室中的讀取器監(jiān)控該設(shè)備，這類系統(tǒng)還可將應(yīng)用延伸到工安領(lǐng)域，不過這必須與手持式裝置結(jié)合，而該裝置中還必須內(nèi)建GPS、GIS等軟體，當(dāng)巡檢員在巡察工廠設(shè)備時，可利用手持式裝置接收該設(shè)備上RFID標(biāo)籤的資料，再於手持式裝置上填寫該設(shè)備的巡檢結(jié)果，直接將巡檢資料數(shù)位化，儲存於管理主機中，此外該系統(tǒng)內(nèi)建了GPS，可以隨時監(jiān)督巡檢人員的工作狀態(tài)，提升管理效率，這套系統(tǒng)還可以再次延伸到生鮮食品的物流管理。

除RFID外，ZigBee也是重點工業(yè)通訊標(biāo)準(zhǔn)之一，ZigBee在短距無線通訊標(biāo)準(zhǔn)中，屬於低頻低功率，耗電並不高。在建置成本方面，ZigBee傳輸速度低，架構(gòu)單純，且ZigBee通道化的規(guī)則較簡單、不跳頻、使用單一收發(fā)頻率，因此在軟硬體設(shè)計上的成本得以降低。

無線傳輸業(yè)設(shè)及安全性問題，ZigBee提供了資料完整性檢查和權(quán)限區(qū)分功能，硬體本身支援CRC和AES-128編碼。因此可以應(yīng)用在具有高規(guī)格安全性需求的環(huán)境中。至於在機動網(wǎng)路組態(tài)部分，ZigBee所架構(gòu)的WSN網(wǎng)路是能夠隨狀況變化的，節(jié)點在取得授權(quán)之後才能進入網(wǎng)路，相對的，系統(tǒng)管理者也可以隨時將某個節(jié)點切離網(wǎng)路，在管理方面具備了相當(dāng)強大的功能。

無線區(qū)域網(wǎng)路 整合IT與OT架構(gòu)

至於中距離則是現(xiàn)在常見的無線區(qū)域網(wǎng)路（WLAN），相較於一般場所，工廠的環(huán)境通常較為惡劣，需要連接性佳、穩(wěn)定性高、強固設(shè)計等需求，因此工業(yè)無線網(wǎng)路產(chǎn)品，必須提供更高可靠性，並能確保最低的干擾影響，以適用於工廠環(huán)境。

工業(yè)級的無線網(wǎng)路設(shè)備，大多採用強固型設(shè)計，並必須有一定程度的防水防塵設(shè)計，在機殼方面則多採用金屬材質(zhì)，提供快速散熱、抗震、防搖晃，甚至可以在潮濕、寬溫的環(huán)境下運作，抵禦高低溫或高濕氣的場域環(huán)境。

工業(yè)無線網(wǎng)路設(shè)備依照市場的需求，有推出Wi-Fi AP/Router、Wi-Fi Bridge、Mesh AP等產(chǎn)品，在功能方面，工業(yè)網(wǎng)通設(shè)備還具備AP、Client、中繼器、橋接等模式選擇，並有遠(yuǎn)端登入與監(jiān)控等功能。功能基本上跟一般商用的網(wǎng)通設(shè)備相似，但工業(yè)用的產(chǎn)品會注重在傳輸能力、穩(wěn)定性與擴充性。如在射頻規(guī)範(fàn)部分，能支援802.11a/b/g/n/ac等無線網(wǎng)路標(biāo)準(zhǔn)，並內(nèi)建IPv6、VLAN等基本功能。

圖3 : 在物聯(lián)網(wǎng)啟動下，無線通訊技術(shù)在製造現(xiàn)場的導(dǎo)入速度加快。（source：Network World）

在臺灣智慧工廠環(huán)境中，由於臺灣製造業(yè)多為廠辦合一，辦公室與工廠為同一廠區(qū)中的不同建築，而臺商智慧製造以設(shè)備監(jiān)控與預(yù)診為導(dǎo)入第一步，因此對採用通訊技術(shù)的方式，是先在設(shè)備上外掛採用無線感測通訊模組，並將製造現(xiàn)場所擷取的各設(shè)備數(shù)據(jù)以ZigBee彙整、傳送到閘道器，閘道器再透過無線區(qū)域網(wǎng)路技術(shù)傳送到廠區(qū)中另一端的辦公室中，製成設(shè)備狀態(tài)顯示平臺，讓辦公室管理可即時掌握廠房生產(chǎn)動態(tài)。

無線區(qū)域網(wǎng)路省去了製造現(xiàn)場在佈線時所需耗費的工程時間與成本，不過無線區(qū)域網(wǎng)路的電波傳輸容易受到干擾，尤其是工廠環(huán)境環(huán)劣，不但金屬製品多，馬達(dá)啟動時的電磁波，更是無線區(qū)域網(wǎng)路的殺手，因此在布建時必須不斷測試，找出最佳的地點與角度，才能讓傳輸順暢不受干擾，而這往往也是系統(tǒng)建時，耗費最多精神、時間的階段。

LPWAN落實IIoT願景

在長距離方面，近年來因應(yīng)物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)掀起的各種LPWAN技術(shù)，包括LoRa、Sigfox、NB-IoT傳輸距離都相當(dāng)長，最短的LoRa在市區(qū)傳輸距離已達(dá)3～5公里，最長的Sigfox在郊區(qū)更可達(dá)50公里，至於目前發(fā)展最快的NB-IoT，平均距離也都在20公里，這些技術(shù)主要應(yīng)用於像是遠(yuǎn)方的自來水廠、無人基地臺、無人變電所等，另外，此LPWAN通常會再加入GPS用來掌握各節(jié)點的地理位置。

至於在製造業(yè)的應(yīng)用，LPWAN的做法可視為無線區(qū)域網(wǎng)路的加長版，尤其是傳輸距離傳輸頻寬較高的LoRa，在數(shù)據(jù)傳輸上較具彈性，除進行單向傳輸?shù)氖‰娡ㄓ嵧猓部梢詧?zhí)行一定程度的數(shù)據(jù)交換。以晶圓廠為例，晶圓廠的廠區(qū)距離都在公里等級以上，可先建置封閉的LoRa網(wǎng)路，在廠區(qū)內(nèi)蒐集完各節(jié)點的生產(chǎn)數(shù)據(jù)後，再透過的NB-IoT網(wǎng)路或者是現(xiàn)有的4G LTE網(wǎng)路傳送到雲(yún)端，將各個廠區(qū)的數(shù)據(jù)進行統(tǒng)整分析，打造出工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)架構(gòu)。

就目前發(fā)展來看，工業(yè)無線通訊雖仍會以監(jiān)控為主，不過在智慧製造體系中，無論是生產(chǎn)系統(tǒng)或廠務(wù)設(shè)備，其數(shù)據(jù)的可視化都是重要環(huán)節(jié)，無線通訊系統(tǒng)可以最小的成本支出，快速搭建起通訊架構(gòu)，讓工廠內(nèi)的資訊可以快速流動，因此隨著智慧製造的逐步落地，無線通訊將製造業(yè)的應(yīng)用也將持續(xù)深化。