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IIoT风暴来袭 工厂智能化实现在即
工业4.0的关键一步棋

【作者: 王岫晨】2016年01月06日 星期三

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在现在这个智慧型时代,配备感测器与本端处理功能的系统,连结在一起后便可共用资讯。这个概念几乎主导了每一种产业。这种系统会以全球化的方式,连接使用者与类似系统,帮助使用者做出更完善的决策。这种压倒性的趋势,有许多名称,最常见的称呼是物联网(IoT)。 IoT囊括了所有事物,像是智慧家居、行动健身装置、连线玩具,以及工业级物联网(IIoT),包括智慧农业、智慧城市、智慧厂房与智能电网等。


IoT的整体系统,非单一厂商能够独力完成,而是需要透过一个完整的生态体系来让架构更为完备。

IIoT由大量相连的工业系统所组成,这些系统会相互通讯,并协调资料分析与行动,有助于提升工业效能、有利于整个社会。透过感测器与致动器衔接数位世界与实体世界的工业级系统,可解决更为复杂的控制问题。目前种系统,正在结合巨量类比资料,解决方案,希望能透过资料与分析取得更深入的知识。


想像一下,如果有种工业级系统,可以根据自身环境或状况而有所调整,这样一来,机械就不会永无止尽地运作到故障为止,而是会安排维护行程,或什至灵活调整自己的控制演算法,借此补偿耗损的零件,接着把资料传输到其他机台和操作这些机台的工作人员。一旦透过本端处理与通讯功能来提高机台的的智慧能力,IIoT即可以前所未见的方式来解决问题。


只是,如果是人人都可以办到的事情,就不能称为挑战了。目前IIoT之所以还是个挑战,正是因为随着技术日新月异,复杂度与日遽增,因此IIoT成为艰巨的挑战,没有任何一家公司能够独立应对。



图一: 没有任何一家公司能够独立应对IIoT的挑战。
图一: 没有任何一家公司能够独立应对IIoT的挑战。

IoT四大发展层次

国家仪器台湾区总经理林沛彦指出,工业物联网的架构分为四大层次,分别是基础硬体、通讯协定、以及云端系统与资料储存,最后则是智能化的实现。就台湾目前的发展来看,多数客户都是著墨于最底层的基础硬体。在基础硬体这个市场上,又依据客户想要透过这些硬体来完成什么样的事情,而细分为三个区块。


第一当然是要能解决现有的问题,例如台湾的面板大厂,希望能改善面板在搬运过程中,由于震动与碰撞而对面板造成破裂与损坏,所产生的营运成本损失。因此,在搬运的设备上,加装了很多监控的装置,撷取这些资料,加以分析并改进,希望能解决眼前的问题。


第二则是希望能解决未来可能遇到的问题,例如客户透过一些感测器的加装,来赋予设备更多的智能,建构一个智慧型的系统,以期能够预防这些设备造成产品的损坏。第三,是很多厂商都希望能够在解决了这些问题之后,在未来能够赚到更多的钱。


林沛彦说,在这样的过程中,这就牵涉到一些基础问题,也就是这些厂商往往在准备建构一个智慧系统,或者智慧工厂的初期,都必须从工厂的角度或从生产线的角度来进行设备的模组化。有了模组化之后,才能够具有弹性,才能做出更为弹性化的配置。而有了弹性化的配置,台湾企业更可以发挥管理上的长才,透过管理的方式来最佳化这些模组,以增加整体利润。


林沛彦观察目前台湾厂商的发展现况,发现台湾目前还在模组化的初期阶段,因为整个工厂的规模是很庞大的,因此往往在技术上的演进遭遇挑战,也有现实执行上的困难。



图二: IoT除了解决眼前的问题,还要能让厂商赚到钱。
图二: IoT除了解决眼前的问题,还要能让厂商赚到钱。

IoT打造制造强国

国家仪器大中华区行销经理汤敏则观察中国整体市场发展,指出不久前,中国喊出了「中国制造2025」的口号,尽管目前中国在全球挤身成为制造的大国,但却并​​非是制造的强国。中国制造2025主要的用意,就是希望能在2025年,让中国成为全球的制造强国。


在这样的过程中,透过工业物联网来实现制造强国的目的,是很重要的一个关键。然而,对于工业物联网的发展,各国所遇到的问题与挑战,都是相似的。也就是IIoT的整体系统架构,都并非单一国家或单一厂商能够独力完成,而是需要透过一个完整的生态体系,来让IIoT系统中的各不同层次与架构更为完备。


放眼全球相关企业,未来在IIoT产业里,都将会面临三大挑战。第一是设备间相互融合的问题。在导入IIoT的路上,传统产业都必须要面对老旧设备更新升级的问题。在这样的过程中,不论设备新旧、或者更新升级与否,都必须要能与现有设备兼容。第二是设备必须要有连结云端的能力,而这也将牵涉到安全性与能源等相关问题。


第三是设备的连接性与标准性。 IIoT最大的问题,仍在于未有统一的标准问世,在这样的状况下,要让这些设备间进行互联,互连后是否能互通正确讯息,甚至进一步进行智慧化的指令,都会成为很大的挑战。


汤敏认为,面对IIoT带来的新挑战,未来的工程师,必须能够确确实实地解决这些问题。当然相关厂商所推出的IIoT解决方案,也必须要能够兼顾到安全性、扩充性与耐用性。就目前观察,IIoT的挑战,可以从量测端来解决感测方面相关的疑难杂症,并进一步升级设备,赋予更前大的智能。若从这样的面向来思考,那么一部强有力、具备弹性的测试仪器,就是前进IIoT不可或缺的重要工具。此外,就升级与智能方面,则可以从软体的升级,来对于设备的智能加以进化。


事实上,物联网市场才刚刚起步,相关解决方案目前在市场上尚未成熟。但是工业物联网由于智能工厂的需求大,发展脚步较为快速,因此工业物联网将会更快实现在自动化厂房的产线上。



图三: 谁能掌握IoT优势,就可拿下制造强国头衔。
图三: 谁能掌握IoT优势,就可拿下制造强国头衔。

共同的平台与标准迫在眉睫

国家仪器多年来都一直在进行系统整合与开发的工作,面对到目前IIoT的挑战,NI也积极与不同的工业物联网团体进行合作,共同讨论出一个未来可能的架构。此外,以平台化的方案来解决工程上所面对到的挑战,包括处理上的问题,与连接上的问题,都将会更有效率。


国家仪器嵌入式系统部门总监Jamie Smith指出,目前工业应用是属于标准多元与多个阵营同处在一个市场的状况。长期来看,市场会需要一个共同的平台或是标准,来解决这样的问题。所以NI 已经参与IIC( Industrial Internet Consortium;工业网路联盟),与工业相关的生态系统的业者,如科技、网路与基础建设等不同类型的供应商,来共同进行合作。


IIC希望能够建立一个共同的游戏规则与平台,让未来想参与这个市场的每一家厂商,都能有个可以依循的规范,并遵照这样的技术架构。观察目前工业物联网的发展上,没有单一家公司可以凭着一己之力,来独立解决所有面对的挑战。所以面对未来,必须透过合作与协作,来发展出更多解决问题的方法。


Jamie Smith认为,即便目前阵营与标准相当多,但工业物联网这个市场相当大,采取竞争的策略并无法分食这块大饼,唯有合作,才能在这个市场找到机会与切入点。他透露,目前NI也正与思科等业者讨论TSN(Time Sensitive Network)协定的标准制定。对于工业网路来说,有关于资料传输延迟的问题,在工业网路是不被容许的,但也碍于市场的工业网路协定的种类太多,TSN的制定,目标正是打算解决这样的局面。


谈到TSN,Jamie Smith以台北的交通环境为例,有人开车、也有人骑车乱钻,也有许多行人在路上行走,若将这样的情境比喻为一个系统环境,如何有效动态地撷取外在环境的状况,并排定讯号发送的先后顺序,与此同时,讯号传输又不能有延迟情况,要同时满足这些条件,并不容易。但也可以看得出这样的环境其实颇为复杂,而TSN就是要因应这样的应用环境而生。



图四: 以平台化方案解决工程挑战,将更有效率。
图四: 以平台化方案解决工程挑战,将更有效率。

结语

目前IIoT仍在成形中,可望为市场带来无穷的商机与技术机会。 IIC、IEEE等组织,都正努力定义IIoT。这些组织正在积极收集使用案例,希望能深入了解最理想的的创新方式。工程师早就在工业物联网的最前线实做系统,不过很多事仍然有待厘清,也还有很多待办事项。只要与这些单位密切往来,定义未来,确保商务聚焦在创新,不只是整合,即可开始转向模组化的平台解决方案,迎接工业物联网的时代来临。而相关厂商,也不能只是想着要如何从IIoT市场抢一杯羹,而是更该以解决方案的提供者,来兼容更多不同的工具硬体才行。


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