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工業通訊貫通智慧工廠
網路裝置聯網多端
[作者 陳念舜]   2023年03月27日 星期一 瀏覽人次: [3168]

基於現今資通訊產業持續發展,落實到工業物聯網之間的通訊裝置與協定也隨之推陳出新,不僅克服了業者過去對於無線連網,總有相對不可靠的印象。且當製造業打造智慧工廠時必須要打造更富有敏捷、彈性的生產線及設備時,同時引進新一代有/無線裝置和模組。


回顧工業4.0時代追求網實融合(Cyber-Physical System;CPS),直到目前淨零碳排時代的碳盤查,無論是基礎設備的資訊採集方法,或是設備精準回饋控制能力,都必須先踏過設備聯網技術門檻。雲端儲存及計算(Cloud storage & Computing)與工業物聯網(Industrial Internet of Things;IIoT),成為推升製造業革新的主要動力。


藉此瞭解設備可提供外部使用的通訊介面,再透過設備聽得懂的M2M語言與溝通方式,採集大量設備數據。再陸續透過人工智慧處理及分析製程、雲端儲存及運算服務等應用,完成系統決策後,迅速反應至製造現場;或者評估自身能力與需求,以制定布建計畫、購買相應的通訊裝置和零組協助。最後才能充份掌握生產資訊,提升產品良率和產線製程效率;減少人為失誤、降低製造成本,實現智慧工廠和製造的目標與效益。


近年來在經濟部工業局、精密機械研究發展中心(PMC)、63家系統整合商與多家產業公協會的共同努力下,透過推動智慧機上盒(SMB),協助中小企業順利跨出數位轉型的第一步。自2018年迄今共有17類產業、399家廠商參與,累計完成10,466台設備聯網,達成萬機聯網的里程碑,也讓台灣智慧製造邁向新一階段。


未來仍將協助企業逐步從聯網化、可視化朝向透明化、可預測及自適化等優化進程。並藉由成功的案例經驗,鼓勵目前尚未踏上數位化進程的廠商能夠加緊腳步,少花冤枉錢就可以轉型帶來創新、升級再創佳績。



圖1 : 在經濟部工業局委託精密機械研究發展中心(PMC)執行下,已率先有63家系統整合商與多家產業公協會透過智慧機上盒(SMB),協助中小企業達成萬機聯網的里程碑。(source:經濟部)
圖1 : 在經濟部工業局委託精密機械研究發展中心(PMC)執行下,已率先有63家系統整合商與多家產業公協會透過智慧機上盒(SMB),協助中小企業達成萬機聯網的里程碑。(source:經濟部)

浩亭新款推拉連接器 搜集大數據並建立分析能力

在有線連網部份,目前乙太網路(EtherCAT)因為成熟且較為穩定,具備實時能力佳,還確保了越來越多的連續性,得以同時傳輸更高速率的數據和電壓,正在滲透越來越多的工業應用領域現場層。現今不僅有業者開發了必要的基礎設施和相關標準,包括交換機和其他具有單對乙太網(SPE)功能的設備正處於起步階段。未來若在工廠現場需要更高的傳輸速率,基礎設施的重量和空間需求已經非常關鍵,就會變得越來越重要。



圖2 : 在有線連網部份,目前乙太網路(EtherCAT)因為成熟且較為穩定,正在滲透越來越多的工業應用領域現場層。(攝影:陳念舜)
圖2 : 在有線連網部份,目前乙太網路(EtherCAT)因為成熟且較為穩定,正在滲透越來越多的工業應用領域現場層。(攝影:陳念舜)

近期由德商浩亭技術集團(Harting)推出的Mini PushPull ix Industrial推拉式連接器,則是專為10Gbit乙太網介面而打造,強調其簡單易用、更緊湊設計和堅固耐用,從感測器到控制器和工業電腦均可使用。與久經市場考驗的PushPull RJ45相比,其外殼縮短了30%。


包括在PCB上的設備接口,其密封面代表絕對可靠的傳輸性能,帶PoE/PoE+供電,即可符合IEC/PAS 61076-3-124標準;同時具備Cat.6A超六類網路佈線標準,高度防水和防塵等級的千兆乙太網介面,將是克服苛刻的工業環境和暴露在室外環境應用中,可靠數據傳輸的最佳選擇。


目前共有緊湊、堅固三種類型的插頭可以選擇,包括:臥式插頭、帶角度豎式插頭、豎直插頭,滿足乙太網和信號的應用場合,保護等級為IP 65 / IP 67;加上可用於PCB上的設備接口,通過5個THR帶屏蔽焊接腳,可提供最大的穩定性。



圖3 : 浩亭Mini PushPull ix Industrial尺寸比PushPull RJ45縮小了30%(source:HARTING)
圖3 : 浩亭Mini PushPull ix Industrial尺寸比PushPull RJ45縮小了30%(source:HARTING)

ADI推出乙太網路解決方案 支援供電最後一哩路

此外,面臨當前淨零碳排潮流、原物料通膨壓力,該如何減少線材也是關鍵!近期美商ADI公司(Analog Devices, Inc.)也推出全球首款長距離單對乙太網路(SPoE)供電設備(PSE)和受電裝置(PD)解決方案,即支援即時電源管理和遙測功能,不僅待機功耗低且易於安裝,可協助客戶提升智慧建築、工廠自動化及傳統網路邊緣,打通「最後一哩路」的供電連接。


ADI工業自動化事業部副總裁Leo McHugh表示:「隨著算力被推向以往無法想像的應用和領域,智慧邊緣已成為數位時代最令人興奮的發展方向之一。由ADI提供的技術和解決方案,將協助客戶在智慧建築和工廠等未來更多應用中,充分發揮智慧邊緣的全部潛力。」


目前ADI最新發表的SPoE解決方案(LTC4296-1/LTC9111)係透過網路,為新式端點應用無縫提供電力和資料,以解決為裝置提供電力和資料等各種挑戰,即使裝置位處偏遠、難以進入的端點位置仍可觸達;同時針對資產健康狀況、環境條件、安全指標等局部因素評估,而提供本地感知和控制能力,將成為建構未來數位建築的基石。


ADI SPoE解決方案還使用單對雙絞線乙太網路電纜提供高效、可靠、易於安裝的電源,尺寸更小、重量更輕,以減少對本地電源和電池的依賴。當搭配ADI Chronous ADIN1100和ADIN1110 10BASE-T1L工業乙太網路解決方案使用時,能讓客戶在跨越1km以上的距離可靠地傳輸電力和資料,比起以往乙太網路標準的傳輸距離大幅增加。


更有ADI新款5埠SPoE PSE LTC4296-1,具備分類功能;SPoE PD LTC9111,具備極性校正功能,以支援單對供電的SPoE和資料線供電(PoDL)版本。由於SPoE在單對乙太網路的基礎上進行了強化,能夠提供更可靠、容錯能力更強,且可互操作的點對點電源解決方案,最高功率可達52W,這兩款產品都符合802.3cg標準,並支援串列通訊分類協定(SCCP)。


工業通訊從有化無 提高產業競爭力

同時也不能忽略,如今工業通訊還有直接省去中間線材的「零接觸」無線網路配置!已有別於過去製造業為求聯網穩定,仰賴實體拉線來建置通訊系統,隨著近年來無線通訊技術成熟與普及,已有逐漸取代實體之勢。


除了可省下業者若在涵蓋大範圍場域、大型設備林立或有天車等裝置的廠房內拉線布建,甚至是為了維持通訊穩定度而架設高架線槽,並配合現場工安流程規定,導致衍生出相當可觀的支出成本;還要考量後續線材年久遭受腐蝕或動物咬斷的風險,維護複雜查線和系統回復工作都是沉重的負擔。


反觀無線通訊網路在系統建置與維護上,都具有極大靈活性與可替代性,既可減少繁複拉線工程,有利於建置現代追求多樣少量、大批量客製化生產時的高彈性產線及智慧廠房。倘若系統停擺後,也只要替換故障設備;或採本地備份、復歸續傳的作法,即可保有資料的完整性。所以有越來越多智慧製造應用,採取無線通訊作為工業物聯的系統基礎。


然而,隨著無線工業物聯網技術發展,可預期製造場域內將遍佈多世代通訊設備,對其管理及能否向下相容,皆成為目前亟待解決的問題。以免造成新世代通訊能力被限縮,可能影響智慧製造應用建置後的可行性。經過工研院比較行動通訊及Wi-Fi於多世代混雜環境中之傳輸延遲、延遲抖動和封包送達率,發現當混雜大量舊世代設備,Wi-Fi表現不及行動通訊系統,且舊世代設備數量愈多時,效能差距愈大。


據資策會MIC預估5G專網潛在商機龐大,包括服務、無線接取設備、核心網路設備、行動邊緣運算設備在內,2026年5G專網全球市場規模為2,518億美元,2030年增至10,939億美元。惟若單純從硬體設備來看,2026年硬體設備市場規模為1,523億美元、2030年將躍升至6,158億美元。此也帶動台灣廠商,在今年的MWC的參展陣容創下史上最大,包括和碩、光寶、仁寶、宏達電等廠商的參展內容,都是以無線存取設備為主。



圖4 : 據資策會MIC預估5G專網潛在商機龐大,2026年全球市場規模為2,518億美元,2030年增至10,939億美元。
圖4 : 據資策會MIC預估5G專網潛在商機龐大,2026年全球市場規模為2,518億美元,2030年增至10,939億美元。

工業電腦大廠聚焦5G Turnkey解決方案

工業電腦廠威強電工業電腦公司近年來也逐步擴大入於人工智慧(AI)應用,看好在AI聊天機器人ChatGPT話題推動下,產生很多AI新應用的想法,但技術落地皆需硬體或解決方案,威強電從生產硬體出發,未來也會推出更多軟硬整合Turnkey解決方案。


威強電網通暨邊際運算事業中心副總經理李曜琮進一步說明該公司在以工業自動化為核心的布局方向,包括:AI分析/偵測、雲端管理、虛擬化運算、資安、高速通訊、ESG等,又將智能化網通產品概分為:5G CPE、防火牆路由器、網通運算伺服器、儲存裝置等,即將成為威強電今年主要成長動能。


主要目標將聚焦垂直應用市場開發,將白牌伺服器(Server)售予終端客戶,現有多家ODM客戶洽談中,也有樣品正進行field test。路由器(Router)/防火牆(Firewall)則搭載OpenWRT並整合firewall、VPN等自家應用軟體,現已成功拿下大型ODM專案,並複製成功經驗,拓展市場。期望未來能在市場推出Turnkey解決方案,為產品加值,並占有更多網通商機。


5G CPE也是憑藉著威強電本身所具備的硬軟體研發能力,贏得大型ODM網通客戶的訂單,預計今年Q3量產。還會有更多客戶對威強電的CPE有興趣,並進行field test。隨著各國5G基礎建設蓬勃發展,歐洲多國都提出高額的寬頻補助基金,加上邊緣運算帶動5G、伺服器等需求,將會帶動威強電訂單銷售數量。


隨著資料中心需求增加,由於AI伺服器要求在地運算處理完成,不必上傳資料中心,必將增添AI運算及監測處理資料,而產生儲存需求。也會善用威強電集團的研發資源(威聯通)、策略夥伴能量,建構產業生態系,以提供客戶各式Turnkey解決方案。



圖5 : 威強電以工業自動化為核心,布局AI分析/偵測、雲端管理、虛擬化運算、資安、高速通訊、ESG市場,其中智能化網通產品包含:5G CPE、防火牆路由器、網通運算伺服器、儲存裝置等。(source:IEI)
圖5 : 威強電以工業自動化為核心,布局AI分析/偵測、雲端管理、虛擬化運算、資安、高速通訊、ESG市場,其中智能化網通產品包含:5G CPE、防火牆路由器、網通運算伺服器、儲存裝置等。(source:IEI)

值得一提的是,因應目前5G專網為智慧製造帶來轉型契機,提供了高可靠性、穩定且安全的網路連線,更低網路延遲讓企業能實現許多關鍵應用。卻仍有許多台灣中小型企業礙於5G建置的高成本加上佈建耗時,遲遲無法為其傳統工廠進行更新與升級。泰雅科技與亞旭電腦、凌華科技日前也宣布成為成為MicroRAN 5G專網策略合作夥伴,共同推廣應用,打造安全、可靠且快速佈建的All-in-one解決方案。


此由凌華科技提供MEC伺服器,亞旭電腦提供Small cell,泰雅科技提供5G核網軟體,整合推出All-in-one Turnkey解決方案,旨在解決中小企業建置5G所面臨到的諸多問題,包含高建置成本、複雜的網路架構、與既有Wi-Fi及有線設備的整合瓶頸,以及網路安全管理,致力協助企業智慧轉型。


其中網通大廠亞旭電腦,已投入研發網路通訊技術多年,近來更聚焦「企業專網」、「車聯網」和「民生物聯網」等三網解決方案。亞旭表示,透過開發出高品質且易於安裝的5G All-in-One小型基地台,與Wi-Fi企業級無線基地台(Wi-Fi EAP),搭配使用旗下多樣化CPE,將能提供企業一站式的專業整合服務,協助建置更穩定、資安、且架構更精簡的高速數據傳輸企業專網。


泰雅科技CEO Rajesh Pazhyannur也表示:「多元的5G專網建置模式讓行動專網不再只是大型企業的專利。泰雅科技提供輕量但多功的5G專網平台服務,透過網路即服務(Network as a Service)概念,整合網路架構,實現端到端的良好用戶體驗,讓企業可以輕鬆部署完成設定,啟用5G專網服務。」


MicroRAN 5G專網 All-in-one 方案特色在於快速佈建、安全及可靠,採用極簡的軟硬體架構便於安裝,同時支援5G、Wi-Fi及乙太網路連線,相容新舊終端設備。在網路安全部分,基於終端設備、時間、地點等不同情境進行安全管理,並提供整合的UI畫面以便統一控管、採用n79頻段專網專用來保護企業資料。加上其硬體伺服器及室內、室外型小型基地台,皆支援寬溫環境需求,安裝地點彈性而毋須另外設置數據中心或機房散熱,為客戶省去高額的建置成本。


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