工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)被視為製造業(yè)未來的主要運(yùn)作架構(gòu)，透過通訊技術(shù)整合製造現(xiàn)場中各類型設(shè)備，再將設(shè)備訊息傳送至上層雲(yún)端平臺，分析制定出最佳化生產(chǎn)策略，打造出智慧製造願景。不過，由於製造系統(tǒng)的控制端對即時性需求甚高，現(xiàn)在IT系統(tǒng)慣用的乙太網(wǎng)路技術(shù)難以滿足，因此商規(guī)乙太網(wǎng)路在製造體系中仍以設(shè)備狀態(tài)的監(jiān)控為主，實(shí)質(zhì)控制仍以工業(yè)廠商推出的各類工業(yè)乙太網(wǎng)路為主，不過現(xiàn)行工廠中要整合工業(yè)通訊系統(tǒng)有一定的難度。

圖1 : 工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)是製造業(yè)重要趨勢，作為架構(gòu)中的重要連網(wǎng)技術(shù)，工業(yè)通訊也必須全面整合，方能使系統(tǒng)發(fā)揮既有效益。（source：Siemens）

泓格科技研發(fā)七處副處長楊琮華指出，就製造系統(tǒng)市場來看，整個產(chǎn)業(yè)可分為建廠前、後兩端，前端整廠建置都由業(yè)者本身的建廠團(tuán)隊(duì)搭配大型自動化廠商，臺灣製造設(shè)備商的機(jī)會主要以建廠後的擴(kuò)充需求為主，而建廠後在擴(kuò)充通訊設(shè)備時，往往會遇到幾個痛點(diǎn)，包括現(xiàn)場總線的整合介接、設(shè)備安裝對製造現(xiàn)場的影響、後續(xù)安裝通訊設(shè)備的安全認(rèn)定等。

圖2 : 泓格科技研發(fā)七處副處長楊琮華指出，針對不同的現(xiàn)場總線，泓格科技提供了各種產(chǎn)品，讓工廠中不同通訊標(biāo)準(zhǔn)可以輕鬆轉(zhuǎn)換。（攝影／陳念舜）

通訊佈建成痛點(diǎn) 廠商積極找出路

工廠會遇到的第一個問題是產(chǎn)線上的多種現(xiàn)場總線規(guī)格。工業(yè)通訊是自動化系統(tǒng)的一環(huán)，主要用來作為作業(yè)現(xiàn)場中設(shè)備之間的鏈接，不過自動化系統(tǒng)一直以來都為國際型大廠各自發(fā)展，系統(tǒng)規(guī)格各自不同無法相容，因此扮演工業(yè)通訊要角的現(xiàn)場總線(Fieldbus)也出現(xiàn)各種規(guī)格，例如西門子的PROFINET、MITSBISHI的CC-LINK都是其一，長期以來這些現(xiàn)場總線稱職的扮演了現(xiàn)場的訊息傳遞角色，也讓製造設(shè)備的聯(lián)繫更為緊密。

自動化系統(tǒng)一路演進(jìn)，為追求更高效率與附加價值，系統(tǒng)整合已然成為市場重要趨勢，就架構(gòu)來看，過去的自動化製造系統(tǒng)只分為現(xiàn)場與控制兩層，而現(xiàn)場總線就做為這兩層之間的訊息傳遞橋樑，然而若就效率面來看，只有現(xiàn)場層與控制層的自動化架構(gòu)，其效率已達(dá)飽和，要提升附加價值，必須再擴(kuò)大系統(tǒng)層次，在此概念下，長期以來在消費(fèi)端的IT技術(shù)被延用到工業(yè)領(lǐng)域，整體架構(gòu)也多了IT層，其中IT層對下負(fù)責(zé)整合控制端設(shè)備，對上則與企業(yè)e化軟體如MES或ERP鏈結(jié)，由於IT架構(gòu)，不再用現(xiàn)場總線鏈接，而是採用乙太網(wǎng)路，這也是工業(yè)通訊發(fā)展到後期，工業(yè)乙太網(wǎng)路成長迅速的主因。

過去各工業(yè)大廠為了確保自身系統(tǒng)的效能與利益，各自推出自有的工業(yè)通訊協(xié)定，而這些協(xié)定彼此之間無法相連，不過製造業(yè)者在擴(kuò)廠時，不一定會援用既有標(biāo)準(zhǔn)，長期下來，廠內(nèi)有多種不同標(biāo)準(zhǔn)的通訊設(shè)備成為常態(tài)，即便是半導(dǎo)體、面板業(yè)者大多採用自身產(chǎn)業(yè)的專用通訊標(biāo)準(zhǔn)，但整體系統(tǒng)中仍會參雜其他通訊規(guī)格，而如果要再擴(kuò)充，異系統(tǒng)之間的整合將會困難重重。

第二個問題是新設(shè)備要上線時，工廠必須停工的問題。此一問題並不只發(fā)生在通訊設(shè)備上。多數(shù)製造設(shè)備在上線階段，既有系統(tǒng)往往必須停機(jī)等待，另外如果更換的機(jī)臺數(shù)量不多，往往僅需要數(shù)天的時間即能完成，企業(yè)主還能接受，新設(shè)備若採有線通訊模式，還要再加上佈線工程，這時停機(jī)時間就會拉長，企業(yè)主往往會因此考量讓新機(jī)換裝時間一再延後。第三個問題是資安考量，隨著機(jī)聯(lián)網(wǎng)概念的落實(shí)，現(xiàn)在設(shè)備聯(lián)網(wǎng)越來越普及，範(fàn)圍越來越大，未經(jīng)認(rèn)證的設(shè)備一旦連網(wǎng)，將有可能帶來巨大的災(zāi)害。上述這些問題都是目前製造業(yè)者架構(gòu)工業(yè)通訊的難題。

善用既有技術(shù) 快速整合製造系統(tǒng)

針對這些問題，可透過不同方式因應(yīng)解決，在現(xiàn)場總線部分，制定各種現(xiàn)場總線的廠商已提出解決方案，其方式是不再使用現(xiàn)場總線，而將乙太網(wǎng)路直接貫穿到現(xiàn)場端，也就是工業(yè)乙太網(wǎng)路。

乙太網(wǎng)路過去在工業(yè)控制的應(yīng)用瓶頸主要來自於即時性不足，由於乙太網(wǎng)路的訊息為隨機(jī)碰撞，無法預(yù)期下次的碰撞時間，因此在傳遞時間上會有所延遲，為了改善此一問題，大廠重新制定封包型態(tài)，並於頻寬中切割出一條控制封包專用頻帶，讓此封包不再採碰撞式傳遞，而達(dá)到自動控制系統(tǒng)的即時要求。

圖3 : 工廠環(huán)境複雜，工業(yè)通訊架構(gòu)需要高度專業(yè)。（source：Portavoce PR）

除了工業(yè)乙太網(wǎng)路外，臺灣廠商則是以橋接、轉(zhuǎn)換方式整合，楊琮華以泓格科技為例指出，自動化系統(tǒng)架構(gòu)的擴(kuò)展，讓通訊標(biāo)準(zhǔn)成為難題，工廠中的OT系統(tǒng)使用現(xiàn)場總線，而IT系統(tǒng)使用乙太網(wǎng)路，要使這兩層成為一體，彼此之間的通訊必須能互連，在此狀況下，就出現(xiàn)了專門生產(chǎn)各種現(xiàn)場總線與乙太網(wǎng)路的轉(zhuǎn)換器廠商，泓格科技就針對上述困境提出多款解決方案。

針對不同的現(xiàn)場總線（Fieldbus），泓格科技提供了各種橋接器、轉(zhuǎn)換器、I/O、表頭，讓工廠中不同通訊標(biāo)準(zhǔn)可以輕鬆轉(zhuǎn)換，不會因採用單一規(guī)格就因此受限。另外，為了解決現(xiàn)場佈線問題，泓格也推出了無線無源節(jié)能產(chǎn)品，透過無線傳輸模組，將電力數(shù)據(jù)傳輸至後端管理平臺，模組也採免接電源，並可直接吸附於鐵製箱體上，其安裝使用非常適合需要快速上線的製造業(yè)者。最後則是安全性問題，對此泓格的通訊產(chǎn)品設(shè)有認(rèn)證識別機(jī)制，通過泓格系統(tǒng)認(rèn)證後的產(chǎn)品才能與系統(tǒng)連結(jié)，以此保障系統(tǒng)安全。

作為工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)中，串連不同環(huán)節(jié)的主要技術(shù)，工業(yè)通訊的重要性不言可喻，而觀察目前的發(fā)展，除了整廠導(dǎo)入大廠西門子的PROFITNET、洛克威爾的EtherNet/IP或三菱的CC-Link IE…等可串聯(lián)至控制端的工業(yè)乙太網(wǎng)路外，其他的製造現(xiàn)場仍需透過橋接與轉(zhuǎn)換整合廠內(nèi)系統(tǒng)，而要讓系統(tǒng)整合趨於完善，除了選擇適用產(chǎn)品外，楊琮華也建議廠商可借助設(shè)備供應(yīng)商經(jīng)驗(yàn)，讓系統(tǒng)整合更快速順暢。