整合多通訊標準實現機聯網 IIoT再創新商業模式
要實現工業現場設備監診，進而做到預防性維護，廠區的通訊基礎建設是否完善是一大關鍵。 若實現該願景，OEM製造業者能夠遠程監測銷售出的設備，並在設備停機前預先做好維護保養工作。
設備監診與預防性維護是工業4.0的重要環節，也是許多廠商相當看好的市場。 要真正實現該願景則需要通訊基礎建設的協助。 首先，由於目前工業廠區設備所使用的通訊協議相當多樣，該如何整合會是一大挑戰。 若是數據數據希望能夠送上雲端進行數據分析或是建立人工智慧(AI)模型，許多中小企業主的最大難題是缺乏人力與預算營運自有的私有雲架構，然而對於公有雲的信息安全亦有所保留。
恩智浦半導體(NXP)數字網路事業部全球產品經理張嘉恆(圖1)指出，若能有效運用設備監診解決方案，對廠商而言不僅能防患設備故障於未然，進而提升產能穩定度，更能大大地節省維護成本。 因此網路技術、處理技術、用戶介面技術和安全性技術缺一不可。
圖1 恩智浦數字網路事業部全球產品經理張嘉恆指出，若能有效運用設備監診解決方案，更能大大地節省廠商的維護成本。
因此，廠商紛紛推出各類工業物聯網網關(IIoT Gateway)以做到多通訊協議的整合，亦遵守國際安全標準以維護信息安全。 而在做到工業設備聯網之後，不僅是製造業者本身能夠開創出新的商業模式，也將有更多業者以管理顧問角度切入，共同投入工業4.0市場。
多通訊標準整合 生產管理效率提升20%
現場設備監診之目的在於減少機台設備停機時間、提高生產效率並提早預測問題。 然而，在目前的台灣製造業現場之中，有八成以上的廠商需求是在舊有的機台上導入各式感測設備。 四零四科技(MOXA)亞太區事業處副理林昌翰(圖2)說明，多數廠商的需求是在既有的設備中增加感測器，透過震動、溫度、轉速、耗電量等數據與生產效能、機台健康比對，利用數據的搜集來找出規律性。
圖2 MOXA亞太區事業處副理林昌翰(左)說明，多數廠商的需求是在既有的設備中增加感測器，利用數據的搜集來找出規律性。 圖中為項目主任王晉聲，圖右為項目經理陳建銘。
因此，目前在推廣工業聯網的過程中，最大的導入難題在於機台種類、品牌太多，即使是同一品牌不同時期的機台，都可能是使用不同的通訊標準，整合非常困難。 新漢智能科技工業物聯網智動化整合處副總經理林崇吉指出，目前無論是製造業主、整合商或是設備供貨商，最大的挑戰皆在於此。 另一方面，各式各樣的PLC、CNC、機器人以及IPC控制器的整合亦是一大難題。
因此，MOXA便與資策會合作推出變色龍整合系統，以整合現場機台之通訊協議，更可以結合中央圖控系統，做到歷史數據的儲存與分析，讓用戶可以了解機台的生產力，更容易進入工業4.0的領域。 新漢亦推出IAT2000雲智化整合系統，以整合各行業、品牌的控制設備機台聯機標準。
目前在台灣許多傳統工廠中，關於機器設備、環境監控的作法往往是依賴老師傅的直覺與經驗，因此當設備聯網之後並將數據反映在戰情室廣告牌時，許多生產單位主管都非常驚訝數據與經驗之間的落差。 林崇吉指出，在傳統工廠做到妥善的機台聯網之後，估計廠區的生產與管理效率能夠至少提升20%。
IEC62443護公有雲資安
在眾多的設備聯網需求下，信息安全成為近年來的熱門議題。 張嘉恆指出，OT與IT的融合使網路增加了遭受安全威脅的風險。 因此，需要建立新的屏障來確保系統完整性，同時保持數據流通共享。 設備製造商首先要保障設備中處理平台的安全性。 恩智浦協助製造商確保系統只執行被許可的軟體，並且與其他系統實現安全鏈接。 這些系統必須進行安全授權和定期更新，並防止硬體和軟體的篡改。
MOXA整合營銷部項目經理陳建銘分享，許多客戶由於對於安全性的考慮，偏好採用私有雲的架構，然而通常只有規模較大的廠商才有足夠的人力成本去維護私有雲。 多數中小企業由於此一考慮會選擇公有雲架構，卻又對於公有雲資安的信任度不高。
因此，系統整合商(SI)已開始遵循像是IEC62443的國際標準規範，是針對工業的控制系統鎖定鎖定亦得實施原則。 該標準規範會由三層面考慮：首先是設備安全功能是否符合要求，第二是對外的網路架構是否安全，最後是公司管理上的政策是否安全。 如果考慮這三點，便能夠達到相當的信息安全水平。
數字訊號採集為轉型第一步
在工業現場設備的監診應用上，感測器的架設也是非常重要的一環。 台灣施耐德電機工業自動化事業部總經理孫志強(圖3)認為，目前帶有通訊功能的感測設備成本已與傳統感測設備相當接近，現場設備的導入模式亦已十分成熟，建議台灣許多中小型製造業者先由此開始導入。
圖3 台灣施耐德電機工業自動化事業部總經理孫志強認為，目前帶有通訊功能的感測設備成本已與傳統感測設備相當接近。
台灣博世力士樂(Bosch Rexroth)工廠自動化銷售協理陳俊隆(圖4)亦認為，轉型智能製造第一步必須先讓設備機台的訊號數字化。 儘管只是加裝一顆感測器，所搜集到的數字信息皆能夠用以分析並回饋到產線中。
圖4 台灣博世力士樂(Bosch Rexroth)工廠自動化銷售協理陳俊隆認為，轉型智能製造的第一步是讓設備機台的訊號數字化。
Bosch亦推出了綜合型的感測器XDK，該感測器單顆便包含了加速度計、陀螺儀、濕度、壓力、溫度等等八種訊號感測。 不只能夠監測周邊環境狀況，亦能搜集機台自身運作時的震動等信息，再將訊號送回網關後，便能夠將信息呈現在數字廣告牌上，供生產管理者參考。 陳俊隆強調，製造業者必須先感覺到模擬信息數字化後帶來的好處，才能進一步分析自家廠區的需求，進而實現符合需求的轉型。
感測/邊緣/雲端可三階段實現 三位一體效益更高
孫志強指出，在台灣的機械製造業以境外出口為業務大宗，因此施耐德電機由2017年起在台灣開始以機械製造業為主要耕耘領域，協助相關中小企業主數字化轉型。 因此，施耐德電機推出了EcoStruxure解決方案，協助企業整合軟體、硬體、數字平台內容和服務。
EcoStruxure具三層架構，透過第一層互聯互通的產品，將終端感測設備導入通訊功能、收集數據數據；第二層邊緣控制讓現場人員能夠實時做出決策，縮短反應時間；第三層的雲端數據分析，則為客戶提供預測性維護保養、 大幅縮短產品開發時間、提升管理效能、節省能源消耗，甚而創造新的商業模式，開創數字經濟時代競爭力。 孫志強提到，儘管三層功能可依照廠商預算分次導入，然而在第一層的導入過程中，必須要注意導入設計，才能夠使未來第二層與第三層的導入過程更加順利。
也正由於全球製造業者在智能監診的投入，孫志強預測，經過未來五年的演進後，有望在2023年之前達成工廠零故障願景。 也就是說，生產設備能夠在真正故障之前通知維修人員、購買備品並且安排停機維修時間，以將維修時的成本壓到最低。 孫志強指出，若是真正達成此願景，能夠為製造業者降低20~30%的成本，並能縮短40~50%機械故障時間。
正因如此，在第一層的現場設備布建完善之後，透過邊緣控制與雲端平台的加值，才能夠將現場監診設備的價值發揮到最大。 台灣的機械製造業者應由數據的搜集者轉型為數據的用戶，才能創造最高效益。
台灣施耐德電機總裁毛莉莉(圖5)亦指出，全球在蓬勃發展的數字經濟驅動下，正以前所未見的速度在改變。 物聯網、人工智慧及大數據分析等科技使企業營運更有效率及創新，並強化其競爭優勢；也因此，過去只要把硬體做好就能拿到國際訂單；未來，服務才是國際市場的核心競爭力。
圖5 台灣施耐德電機總裁毛莉莉指出，全球在蓬勃發展的數字經濟驅動下，正以前所未見的速度在改變。
西門子數字工廠事業部副協理王聖林則指出，不同製造業的特性不同，有些產業對於機台無預警停機非常敏感，例如半導體晶圓生產跟航天工業，很多製程步驟是絕對不可以中斷的，一旦突然停機，則加工中的半成品都會報廢，對公司造成很大的損失 ；有些製造業的產品則可以允許重工，這類製造業對於機台無預警停擺的忍受度就稍微高些。
但不論如何，生產線一旦無預警停擺，都會對產品交期造成或多或少的影響，進而拖累公司的商譽，甚至接不到後續訂單。 因此，對製造業者來說，如何減少設備無預警故障，都是一個很重要的課題。
王聖林認為，除了利用新科技來實現預防性保養之外，製造業者的經營觀念也應該與時俱進，用更高的標準來要求自家的生產線。 他建議，對於機台養護，業者應該要遵循事先計劃、主動維護、回報紀錄三大步驟，比照能源業機組歲修的作法，在機器還未故障前就進行主動維護，如此方可減少機器無預警停擺的機率。
事實上，有妥善計劃的停機養護，不僅能減少無預警故障的風險，也能提高產線調度、生產排程的彈性。 若能鏈接進一步雲端、大數據分析，回過頭來改善停機保養的時程規畫，讓機台的生產力再提升。 對於機台設備製造商來說，推廣主動式預防性維護，也是一個提高顧客信賴度，甚至開創出新商業模式的契機。
機台聯網帶來新商業模式
在台灣，雖然高科技產業發展速度很快，但多數中小企業相對保守，在數字轉型方面卻仍停留在相當初期的階段，僅23%企業領導者有完整的數字轉型策略，低於亞太平均。 施耐德電機建議，企業在規畫數字轉型策略的時候，除了建置與開發成本、風險評估以及信息安全管理的考慮之外，不妨將眼光放得更遠，針對自己的需求進行客制化，善用雲端計算來提高管理效能，降低維修成本及能源消耗，並且加速產品研發， 進而享受數字轉型所帶來的效益提升以及創新商業模式的機會，提升競爭實力並擴大商機。
孫志強認為，在轉型數字化的過程中，通常會遇到的最大難題是台灣製造業目前主要以銷售產品為主要盈利模式，因此，在轉型數字化的過程中，不太容易以舊有的盈利模式來導入數字化的服務。 對於業者而言，怎麼樣都只會看到成本的增加。 只有將傳統賣產品的商業模式轉為服務性的模式，才有辦法理解數字化轉型的效益所在。 尤其是以出口為主的台灣機械製造業者，目前花費了相當大的時間、金錢成本在跨國溝通，但若在將監診設備布建完善之後，能夠在機械真正故障之前先進行保養整修工作。 應當將監診所帶來的開銷減低視為提升獲利的一種方式。
工業機台聯網不僅能使設備製造商更簡單的為客戶維護機台，更已有製造商開始以租賃機台的形式與客戶合作，由製造機台獲利轉變為銷售服務，開創出全新的商業模式。
不僅是設備製造商能由此達到商業模式的轉形，MOXA整合營銷部項目主任王晉聲舉例，在近期聯合會計師事務所安侯建業(KPMG)亦開始與MOXA合作，投入AI與大數據分析技術。 KPMG透過協助製造業客戶採集刀具電流、設備震動、機器開關機狀態等數據，以判斷現場設備狀態與產品良率、生產交期之間的關係，進而做到更好的產能評估與內部控制。
王晉聲說明，台灣多數中小型製造業主往往沒有足夠資金組織一團隊專門開發大數據技術與AI模型。 在過往的生態圈中，製造業主可能必須透過工具機製造商、SI業者等層層的關聯才能實現工業現場設備聯網。 透過以上KPMG與MOXA的合作實例，除了意味著台灣中小型製造業對於數據分析與AI技術的需求正在提升之外，更可以看出藉由機台聯網技術打破了舊有的產業架構，創造出了新的商業模式。
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