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數位轉型熱潮開路 智慧工廠願景加速實現
「5G智慧工廠AIoT系統建置研討會」特別報導

【作者: 編輯部】   2021年11月29日 星期一

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毫米波網路、無線感測、智慧邊緣、5G智慧產線 5G啟用,宣告第五代的行動通訊正式來臨。而對工業應用來說,更令人興奮的是,新興的毫米波(mmWave)也即將在2022年進入垂直市場,這意味著5G即將進入它的最終完成式,真正的「高頻寬、低延遲、大連結」。 這三大特色,正是實現一座智慧工廠的關鍵要素,也因此,5G的完整實施,將為產業生產帶來革命性的發展,所以思索如何結合並透過5G網路,來完整發揮出智慧製造的真正潛能,將是接下來智慧業者的重要課題。以下內容是編輯部的「5G智慧工廠AIoT系統建置研討會」特別報導。


Silicon Labs:Wi-SUN解決方案滿足智慧工廠應用需求

在智慧城市的應用中,技術可以用在不同領域上,例如路燈就是城市中一個很重要的標示,許多其他的裝置就可以依靠著這路燈來進行應用。這時候採用例如Wi-SUN這樣的網路技術,就沒有單一節點故障的問題。透過路燈的布建,許多終端設備都可以導入在路燈上。


Silicon Labs資深應用工程師林仕文指出,針對這些智慧城市應用,目前Silocon Labs(芯科科技)也提供了全套的解決方案。Silicon Labs運用了Wi-SUN技術標準來擴展IoT無線產品組合,經過認證且完全整合的Wi-SUN解決方案可以簡化智慧城市低功耗廣域網路(LPWAN)的部署。



圖1 : Silicon Labs資深應用工程師林仕文
圖1 : Silicon Labs資深應用工程師林仕文

通常每種標準都有一個組織,Wi-SUN Alliance除了介紹Wi-SUN產品之外,也會提供相關的認證。Wi-SUN聯盟的使命,就是將無處不在的智慧網路導入服務供應商、公用事業、市政和其他智慧城市企業。


Silicon Labs的Wi-SUN硬體通過了Wi-SUN Alliance的認證,Wi-SUN Alliance是一個致力於無縫LPWAN連接的全球行業協會。Wi-SUN建立在開放標準互聯網協議和API的基礎上,使開發人員能夠擴展現有基礎設施平台以添加新功能。Wi-SUN目的在透過遠程功能、高數據吞吐量和IPv6支持進行擴展,以簡化工業應用和智慧城市發展的無線基礎設施。


Wi-SUN具有遠距、大數據傳輸量和IPv6支援功能,可進行擴展建構,讓城市和延伸郊區的無線基礎設施更容易普及。Silicon Labs的Wi-SUN技術已通過無縫LPWAN連接全球產業協會Wi-SUN 聯盟認證。Wi-SUN建立於標準網路協議和API的基礎上,使開發人員能夠擴展現有的基礎架構平台,並為各種工業和智慧城市的工作流程服務添加全新或新興的應用程式。


EFR32xG12是Silicon Labs第一個支援Wi-SUN的無線SoC產品系列,這款產品為32位元Arm Cortex-M4平台,具有1MB的快閃記憶體和256 kB的RAM,屬於sub-GHz頻率的整合+20 dBm PA。Silicon Labs目前已通過Wi-SUN FSK PHY認證,現正與主要客戶合作將經完全認證之Wi-SUN應用導入市場。


安馳科技:為智慧廠房的能源數位轉型把關

由於全球暖化加劇,隨之而來的災害頻傳,減碳不僅是先進國家的責任,包括蘋果及台積電、台達電等供應鏈廠商,也宣示製程零碳排,以達到2030年減碳50%、2050年碳中和目標。但綠電的昂貴價格和間歇供電特性,也讓能源轉型過程中銜接不及問題浮上台面。為兼顧環保和經濟發展,強化能源監控及儲能更顯重要。


安馳科技產品市場部副理蔡勝偉指出,2015年聯合國氣候峰會中,195個成員國共同制訂出著名的「巴黎協定」。協定中制訂的長期目標,希望透過「綠能轉型」和對「再生能源」的投資,遏制全球暖化趨勢,但綠電昂貴且不如可調配的燃煤、核能持續。半導體高科技產業是台灣不可或缺的經濟支柱,為確保供電穩定、達到「削峰填谷」目的,半導體通路商安馳科技(ANStek)以ADI電力量測IC、BMS電池管理系統,及ESS智慧儲能模組為基礎,完備智慧電網和能源儲存管理系統,建構智慧建築及廠房之能源數位轉型對策。



圖2 : 安馳科技產品市場部副理蔡勝偉
圖2 : 安馳科技產品市場部副理蔡勝偉

在工廠自動化的運作中,通常需要有額外的系統來進行監控。在智慧電網中,已經有智能化的電源監控方案,而如果能將這樣的監控系統變小,導入在工廠端,就可以針對整個工廠來進行能源的管理與監控。


AMI智慧電表是能源監控管理的核心關鍵。台電近年正逐步換裝AMI智慧電表,佈建完整後,不僅可即時監控分析小區域用電狀況,作為電力精確控管和調配的依據;用戶也能隨時透過手機APP,知道即時用電狀況。此外,智慧工廠可以安裝sensor,以有線或無線方式,統計單一設備的用電狀況,找出用電量較大的「吃電怪獸」,進行維修保養,或者設備替換,徹底且有效地節省用電,降低生產成本。


在能量儲存系統(ESS)和電池管理系統(BMS)的應用上,ADI扮演的角色,在於電池芯的電壓和溫度監控。LTC681x和ADBMS681x系列晶片,以低錯誤率和獨家isoSPI技術著稱,提供與MCU完全隔離的通訊介面,蒐集電池資訊,同時管理電池狀態,即使電池有意外發生,也不會波及通訊裝置,提高系統的可靠性及安全性;系統還能針對單顆電池芯進行放電和平衡,將模組平衡到最低電芯電壓或平均電壓,延長電池壽命。


此外,ADI也推出「Eagle Eye」空間人數統計系統,透過精確、即時、安全的人數計算功能,及後端數據採集和分析,除了加強和優化大樓及人員空間使用率,還能結合其他傳感器、數據分析,調整照明、空調需求,預測空氣流動、優化環境舒適度。


工研院南分院:與AMR無人智慧移動應用加速產業發展

因應疫情的產生,AMR應用也加速崛起,例如包括無人外送與送餐、或者防疫消毒及配送等用途,預期無人送餐將會翻轉外送產業。在2020年,儘管疫情促成了全球外送業務的遽增,但仍處於虧損狀態。然而產業的未來,無人外送的趨勢將會成形,這也將會節省外送人員費用達到整體營運成本的七成。


工研院南分院智慧製造服務系統組副組長李坤敏指出,此外,亞灣5G AIOT創新園區計畫也逐步推動。該計畫將打造亞灣成為5G AIOT的生活實證場域,並建構高雄5G AIOT產業鏈。發展5G+AIOT+無人載具之台灣首創整合戶外型的AMR服務,以亞灣高軟、高雄展覽館為驗證場域,建構零接觸之防疫消毒、物流、保全巡檢、送餐等應用情境。並建立AMR智慧移動應用的產業聚落,運用5G AIOT技術來帶動以之移動即服務經濟活化在地產業,人民有感的生活新體驗。



圖3 : 工研院南分院智慧製造服務系統組副組長李坤敏
圖3 : 工研院南分院智慧製造服務系統組副組長李坤敏

西門子:將5G帶進工業市場並大放異彩

這幾年來許多工廠開始進行智慧化轉型,然而很多工廠現場有幾百台的設備,不同的產線,連線的介面也都是不同的,如果要將這些設備與數據完美的串連,而且還要滿足輕鬆、簡單與智慧等要件,就很需要功夫。例如在網路的上層端,就需要透過一個平台來進行整合,才能在未來的商業模式中,支持不同的數位轉型,以因應市場需求。


台灣西門子數位工業資深產品經理林瑞媛指出,這些問題的解決,都需要透過5G。然而5G雖然頻寬變高,但穿透力卻變低了,這也是在轉型過程中採用5G需要考量的地方。5G只要搭配更好的工具,就可以應用到工業上。工業要求更高的穩定性,這些需要透過更好的資料流來傳輸,以及周邊的配合。



圖4 : 台灣西門子數位工業資深產品經理林瑞媛
圖4 : 台灣西門子數位工業資深產品經理林瑞媛

而5G除了eMBB之外,還有MMTC與URLLC,這才是真正將5G帶進工業市場並大放異彩的重點。工業中講究傳輸的穩定性與即時性。必須確定資料流穩定,才能真正透過5G來進行工業產線的應用。必須注意的是工業5G的架構上會稍微複雜些,建置難度也會更高,而如何搭配Wi-Fi來提升整體效率,也是佈局中需要注意的重點。


戴爾科技:達到數據防護與智慧轉型目標

為什麼數據在邊緣的重要性最高,這是因為資料的產生初始才是最有價值的,產生之後就只需要進行數據的保存。因此資料剛產生的時候才是價值最高的,所以直接在數據產生時,在邊緣端來直接解決問題才有最好的效率。而在資料收集之後,又可以再度利用分析來產生新的價值。在長遠的未來,透過購買解決方案或自己建構的方式,都可以達到數據防護與智慧轉型的目標,但重點則是在於維運。


戴爾科技集團資深技術顧問黃敏俊指出,在同一個環境裡,把各種數據都放進來,才能更容易進行分析,包括結構性與非結構性的數據,以及串流數據,並透過收集工具來收集所有數據源。至於製造轉型解決方案的架構則包括韌性與安全。在AIOT的邊緣方案,沒有任何單一廠商可以提供完整解決方案,因此便需要與合作伙伴進一步合作。透過應用整合能使智慧製造的優勢更明顯。



圖5 : 戴爾科技集團資深技術顧問黃敏俊
圖5 : 戴爾科技集團資深技術顧問黃敏俊

中華電信電信學院:透過SDN架構賦予網路更大使用彈性

現有網路的特點在於設備獨立運作、功能多但架構複雜,且又是分散式設定。相較之下,SDN網路的特色在於設備簡單、功能少,網路設備無法獨立運作,需要有控制器來下達指令,但可以集中管理是其優點。當網路架構需要更高的敏捷性,就可以透過SDN架構來賦予網路更大的使用彈性。而利用OpenFlow來管理SDN,就是以垂直的形式來進行管理,在過程中,Flow Entry數量則是評估OpeFlow交換器的重要因素。


中華電信電信學院高雄所林禛吉表示,特別是針對網路資安,許多大廠已經開始發展零信任網路安全策略。零信任網路(ZTNA)也稱為軟體定義邊界(SDP),也就是企業不自動信任任何人事物,並隨時進行監控驗證。也正因為新一代的網路型態市場已經在發展中,這也使得新一代網路解決方案的問世更加重要。



圖6 : 中華電信電信學院高雄所林禛吉
圖6 : 中華電信電信學院高雄所林禛吉

艾訊:為工業控制系統融入新興資訊技術與安全技術

智慧工廠是IIOT改造傳統製造業的最佳展現,在萬物聯網、大數據與AI等技術的結合下,智慧製造、智慧醫療、智能交通已經成為台灣轉型升級目標。艾訊IIOT產品企劃部經理呂柏冠指出,OT資安面臨的威脅十分嚴苛,只要遭遇一次重大網路攻擊,原本物聯裝置所帶來的效益,恐怕瞬間就會化為烏有,例如機密資料外洩、營運生產停頓、供應鏈斷炊等。近年來鎖定智慧工廠的病毒越來越多,全就都有受害的災情不斷傳出,不只影響生產線運作,更甚者還會危及國家基礎設施,並要當心成為勒索軟體的目標。


資安在OT場域裡面,艾訊提供由硬體本身所達到的安全防護,從硬體端進行防護,到軟體端,透過不同技術,從每個階段來進行把關。透過各種不同的防護機制,來確保OS與系統沒有被做過任何的竄改。眾至產品行銷經理王建忠表示,隨著乙太網路技術在工業控制網路中的應用,管理者必須更全面檢視IT與OT網路環境之結合,未來的工業控制系統將會融入更多的新興資訊技術與安全技術。



圖7 : 眾至產品行銷經理王建忠
圖7 : 眾至產品行銷經理王建忠
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