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數位時代 融合創新 - 5G結合IIoT 助力融合創新轉型升級
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許多企業雖然重視運營科技(Operational Technology,OT),但如果觀察許多企業的製造現場,可看到許多作業模式仍然相當仰賴大量人力。不管是調機作業、品質檢測、生產報工,甚至訂單進度的掌握,都需依靠人力才能進行。也因智慧化程度不夠,不易導入遠端作業與管理模式,如透過擴充實境(AR)技術雖然可以將工廠的情況搬上雲端,提升遠端參訪的真實性,客戶就不用大老遠過來看產線,但如果沒有導入適當的IT幫助OT,許多OT就難以呈現價值。

OT 痛點需要IT 解決方案
在導入各種IT技術融合OT發展智慧解決方案時,必須先了解OT面臨的各種痛點。以射出成型加工製造端為例,在產品試模時,就可能會因為人員的經驗不足而造成往返不斷修模,耗時甚至可能超過一個月以上,勢必會影響產品開發時程。

而在換線生產時,如果調機人員能力不足,又無智慧工具輔助,假設每次調機需要一小時,平均一天換線生產三次,等於每天會有三個小時的產能浪費在調機作業。最後是量產過程中的不良品檢測,儘管製造業一向很重視產品品質,但過去都是用人眼檢視,檢視久了會有疲勞現象。即使改用機器檢測,如果無法做到線上即時檢測,當發現不良品時,已經生產了大量需報廢的成品,甚至會造成不良品流出到客戶端。

所幸,前述的OT痛點,現在已有許多IT解決方案。以試模為例,工業技術研究院郭宗勝博士指出,透過各種感測器即可擷取即時成型曲線,可以將模具內的成型過程可視化,幫助管理者瞭解成型過程所遭遇的問題,並以數據協助調機人員進行科學化調機作業。

至於量產階段生產不穩定的問題,則可擷取關鍵感測特徵加以分析,當製程環境產生變異時,便會即時示警,避免不良品大量產出。為解決射出廠因為射出機台品牌不一,且新舊機台共存造成的數據收集困境,則可藉由導入異質數據擷取技術,來滿足整廠數據蒐集的需求。
而在品檢階段,則可結合感測與人工智慧技術,發展線上品質檢測系統,蒐集各個模次的感測數據,並進行成型品質推論,可即時察覺各個模次的品質問題,解決巡檢或人力檢測面臨的問題。

5G 工業專網對IT+OT 融合創新助力大
由前述案例即可看出,雲端運算、工業物聯網(IIoT)、人工智慧、大數據分析,都是融合OT不可或缺的IT技術。而若要透過IT+OT的融合創新將製造業、供應鏈、終端使用者無縫連接,實現產銷精準對接,有效降低成本及創造利潤,需要快速、穩定、不中斷的網路環境,5G通訊技術也因此成為工業互聯網非常重要的發展方向。

鴻齡科技協理朱登輝指出,截止2020年12月,全球已有145家電信運營商投入商轉,全球37個國家、259個企業開始布建5G專網。與4G不同的是,相較其聚焦於人網,5G則更聚焦於物網,也就是說,5G於工業物聯網上的擴展應用,才是重點。

在主要強調硬體部署的5G專網標準套件部分,朱登輝首先強調TSN(Time-Sensitive Networking,時效性網路)的重要性,虛實整合下,不僅要從現場收集數據,還要能做到即時迴向控制,特別是有些設備如工具機的運轉速度極快,在此情況下,就必須要有相對可靠且穩定的網路。

TSN之所以會受到重視,就是因其可提供工業系統所需的時間同步與及時性,確保高時效性的重要資料,可以透過標準網路基礎設施準時傳送出去,能讓生產現場所蒐集到的數據,得以清楚的進行溝通。

為加速5G工業互聯網的發展,目前已有不少業者投入相關技術及產品的研發。包括終端傳輸單元(DTU)、各式終端設備,以及5G mmWave +LTE雙模小基站(5G AIO Small Cell)。除了TSN+5G關鍵設備,針對終端數據採集,提供內建5G或其他工業通訊接口的各式採集設備如SMB、控制設備以及感測設備等,以及4G、5G小型基站設備等也已陸續問世。

5G工業互聯網雖已可實際應用在中小精密機械加工廠,可望為5G在地化奠定基礎,但朱登輝特別指出,在5G尚未普及之前,4G網路因可逐漸取代現有Wi-Fi部署,在穩定性與成本考量下,還是具有應用價值與存在的必要性。

邊緣運算的重要性與日俱增
隨著網路將工業環境串聯得更為緊密,邊緣運算(Edge Computing)的重要性也與日俱增。邊緣運算是一種分布式網路架構,可以讓數據在更接近其來源的位置處理和分析關鍵數據,因為運算、儲存和網路頻寬等資源,已經移到盡可能靠近用戶(或端點)的位置,得以減輕頻寬壓力,同時也可減少數據誤差與傳送延遲的問題。

以工廠設備管理為例,邊緣運算可望成為通往多個設備的網路關卡,以用來追蹤、監視和管理所有連接在工業物聯網上的設備群,以確保物聯網設備的配置和部署能確實安全地運作。邊緣運算同時必須能提供對接設備的安全存取、監控營運狀況、檢測並遠端排除故障,甚至是軟體管理、修補程式更新和硬體維護。從設備的部署到退役,每台物聯網設備都將透過邊緣運算的設備管理服務進行生命週期管理。

邊緣運算是工業物聯網的核心之一,也是企業加速邁向工業4.0的重要關鍵。

根據Frost&Sullivan研究指出,2022年將有高達90%的工業企業(Industrial enterprises)會轉向邊緣運算,以達到節省網路頻寬、促進營運安全、提升數據傳輸效率及降低組織成本等目的,也讓邊緣運算可望成為一種「基礎技術」。預計多接取邊緣運算Multiaccess
Edge Computing,MEC)市場年複合成長率將達到157.4%,年營收將從2019年的6,410萬美元,到2024年爆增為72.3億美元。

Frost&Sullivan分析師進一步指出,5G技術與多接取邊緣運算相結合,將為電信服務商開創更多產品革新與拓展商機的契機,透過與擁有人工智慧、機器學習和視覺運算等技術能力的雲端服務供應商合作,可望為AR/VR、機器人、自駕車、無人機遞送等技術設計出解決方案,在公有雲的架構下,提供企業用戶基於5G的端到端服務。

IT和OT過去分屬兩種不同的專業,有各自的管理目標,但隨著基於雲端環境的工業物聯網部署範圍越來越龐大,物聯網設備和連接的機器成為網路病毒入侵點和惡意攻擊的新目標,逐漸衍生出IT和OT融合創新的需求,邊緣運算成為兩者間少數的共同語言,從建置易於部署和維護的邊緣基礎架構來進行協同合作,以減輕IT和OT人員各自的負擔,來實現下一代的自動化智慧生產,將會是IT和OT融合創新的重要趨勢。

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