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数位转型热潮开路 智慧工厂愿景加速实现
「5G智慧工厂AIoT系统建置研讨会」特别报导

【作者: 編輯部】2021年11月29日 星期一

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毫米波网路、无线感测、智慧边缘、5G智慧产线 5G启用,宣告第五代的行动通讯正式来临。而对工业应用来说,更令人兴奋的是,新兴的毫米波(mmWave)也即将在2022年进入垂直市场,这意味着5G即将进入它的最终完成式,真正的「高频宽、低延迟、大连结」。 这三大特色,正是实现一座智慧工厂的关键要素,也因此,5G的完整实施,将为产业生产带来革命性的发展,所以思索如何结合并透过5G网路,来完整发挥出智慧制造的真正潜能,将是接下来智慧业者的重要课题。以下内容是编辑部的「5G智慧工厂AIoT系统建置研讨会」特别报导。


Silicon Labs:Wi-SUN解决方案满足智慧工厂应用需求

在智慧城市的应用中,技术可以用在不同领域上,例如路灯就是城市中一个很重要的标示,许多其他的装置就可以依靠着这路灯来进行应用。这时候采用例如Wi-SUN这样的网路技术,就没有单一节点故障的问题。透过路灯的布建,许多终端设备都可以导入在路灯上。


Silicon Labs资深应用工程师林仕文指出,针对这些智慧城市应用,目前Silocon Labs(芯科科技)也提供了全套的解决方案。 Silicon Labs运用了Wi-SUN技术标准来扩展IoT无线产品组合,经过认证且完全整合的Wi-SUN解决方案可以简化智慧城市低功耗广域网路(LPWAN)的部署。



图1 : Silicon Labs资深应用工程师林仕文
图1 : Silicon Labs资深应用工程师林仕文

通常每种标准都有一个组织,Wi-SUN Alliance除了介绍Wi-SUN产品之外,也会提供相关的认证。 Wi-SUN联盟的使命,就是将无处不在的智慧网路导入服务供应商、公用事业、市政和其他智慧城市企业。


Silicon Labs的Wi-SUN硬体通过了Wi-SUN Alliance的认证,Wi-SUN Alliance是一个致力于无缝LPWAN连接的全球行业协会。 Wi-SUN建立在开放标准互联网协议和API的基础上,使开发人员能够扩展现有基础设施平台以添加新功能。 Wi-SUN目的在透过远程功能、高数据吞吐量和IPv6支持进行扩展,以简化工业应用和智慧城市发展的无线基础设施。


Wi-SUN具有远距、大数据传输量和IPv6支援功能,可进行扩展建构,让城市和延伸郊区的无线基础设施更容易普及。 Silicon Labs的Wi-SUN技术已通过无缝LPWAN连接全球产业协会Wi-SUN 联盟认证。 Wi-SUN建立于标准网路协议和API的基础上,使开发人员能够扩展现有的基础架构平台,并为各种工业和智慧城市的工作流程服务添加全新或新兴的应用程式。


EFR32xG12是Silicon Labs第一个支援Wi-SUN的无线SoC产品系列,这款产品为32位元Arm Cortex-M4平台,具有1MB的快闪记忆体和256 kB的RAM,属于sub-GHz频率的整合+20 dBm PA。 Silicon Labs目前已通过Wi-SUN FSK PHY认证,现正与主要客户合作将经完全认证之Wi-SUN应用导入市场。


安驰科技:为智慧厂房的能源数位转型把关

由于全球暖化加剧,随之而来的灾害频传,减碳不仅是先进国家的责任,包括苹果及台积电、台达电等供应链厂商,也宣示制程零碳排,以达到2030年减碳50%、2050年碳中和目标。但绿电的昂贵价格和间歇供电特性,也让能源转型过程中衔接不及问题浮上台面。为兼顾环保和经济发展,强化能源监控及储能更显重要。


安驰科技产品市场部副理蔡胜伟指出,2015年联合国气候峰会中,195个成员国共同制订出著名的「巴黎协定」。协定中制订的长期目标,希望透过「绿能转型」和对「再生能源」的投资,遏制全球暖化趋势,但绿电昂贵且不如可调配的燃煤、核能持续。半导体高科技产业是台湾不可或缺的经济支柱,为确保供电稳定、达到「削峰填谷」目的,半导体通路商安驰科技(ANStek)以ADI电力量测IC、BMS电池管理系统,及ESS智慧储能模组为基础,完备智慧电网和能源储存管理系统,建构智慧建筑及厂房之能源数位转型对策。



图2 : 安驰科技产品市场部??理蔡胜伟
图2 : 安驰科技产品市场部??理蔡胜伟

在工厂自动化的运作中,通常需要有额外的系统来进行监控。在智慧电网中,已经有智能化的电源监控方案,而如果能将这样的监控系统变小,导入在工厂端,就可以针对整个工厂来进行能源的管理与监控。


AMI智慧电表是能源监控管理的核心关键。台电近年正逐步换装AMI智慧电表,布建完整后,不仅可即时监控分析小区域用电状况,作为电力精确控管和调配的依据;用户也能随时透过手机APP,知道即时用电状况。此外,智慧工厂可以安装sensor,以有线或无线方式,统计单一设备的用电状况,找出用电量较大的「吃电怪兽」,进行维修保养,或者设备替换,彻底且有效地节省用电,降低生产成本。


在能量储存系统(ESS)和电池管理系统(BMS)的应用上,ADI扮演的角色,在于电池芯的电压和温度监控。 LTC681x和ADBMS681x系列晶片,以低错误率和独家isoSPI技术著称,提供与MCU完全隔离的通讯介面,搜集电池资讯,同时管理电池状态,即使电池有意外发生,也不会波及通讯装置,提高系统的可靠性及安全性;系统还能针对单颗电池芯进行放电和平衡,将模组平衡到最低电芯电压或平均电压,延长电池寿命。


此外,ADI也推出「Eagle Eye」空间人数统计系统,透过精确、即时、安全的人数计算功能,及后端数据采集和分析,除了加强和优化大楼及人员空间使用率,还能结合其他传感器、数据分析,调整照明、空调需求,预测空气流动、优化环境舒适度。


工研院南分院:与AMR无人智慧移动应用加速产业发展

因应疫情的产生,AMR应用也加速崛起,例如包括无人外送与送餐、或者防疫消毒及配送等用途,预期无人送餐将会翻转外送产业。在2020年,尽管疫情促成了全球外送业务的遽增,但仍处于亏损状态。然而产业的未来,无人外送的趋势将会成形,这也将会节省外送人员费用达到整体营运成本的七成。


工研院南分院智慧制造服务系统组副组长李坤敏指出,此外,亚湾5G AIOT创新园区计画也逐步推动。该计画将打造亚湾成为5G AIOT的生活实证场域,并建构高雄5G AIOT产业链。发展5G+AIOT+无人载具之台湾首创整合户外型的AMR服务,以亚湾高软、高雄展览馆为验证场域,建构零接触之防疫消毒、物流、保全巡检、送餐等应用情境。并建立AMR智慧移动应用的产业聚落,运用5G AIOT技术来带动以之移动即服务经济活化在地产业,人民有感的生活新体验。



图3 : 工研院南分院智慧制造服务系统组??组长李坤敏
图3 : 工研院南分院智慧制造服务系统组??组长李坤敏

西门子:将5G带进工业市场并大放异彩

这几年来许多工厂开始进行智慧化转型,然而很多工厂现场有几百台的设备,不同的产线,连线的介面也都是不同的,如果要将这些设备与数据完美的串连,而且还要满足轻松、简单与智慧等要件,就很需要功夫。例如在网路的上层端,就需要透过一个平台来进行整合,才能在未来的商业模式中,支持不同的数位转型,以因应市场需求。


台湾西门子数位工业资深产品经理林瑞媛指出,这些问题的解决,都需要透过5G。然而5G虽然频宽变高,但穿透力却变低了,这也是在转型过程中采用5G需要考量的地方。 5G只要搭配更好的工具,就可以应用到工业上。工业要求更高的稳定性,这些需要透过更好的资料流来传输,以及周边的配合。



图4 : 台湾西门子数位工业资深产品经理林瑞媛
图4 : 台湾西门子数位工业资深产品经理林瑞媛

而5G除了eMBB之外,还有MMTC与URLLC,这才是真正将5G带进工业市场并大放异彩的重点。工业中讲究传输的稳定性与即时性。必须确定资料流稳定,才能真正透过5G来进行工业产线的应用。必须注意的是工业5G的架构上会稍微复杂些,建置难度也会更高,而如何搭配Wi-Fi来提升整体效率,也是布局中需要注意的重点。


戴尔科技:达到数据防护与智慧转型目标

为什么数据在边缘的重要性最高,这是因为资料的产生初始才是最有价值的,产生之后就只需要进行数据的保存。因此资料刚产生的时候才是价值最高的,所以直接在数据产生时,在边缘端来直接解决问题才有最好的效率。而在资料收集之后,又可以再度利用分析来产生新的价值。在长远的未来,透过购买解决方案或自己建构的方式,都可以达到数据防护与智慧转型的目标,但重点则是在于维运。


戴尔科技集团资深技术顾问黄敏俊指出,在同一个环境里,把各种数据都放进来,才能更容易进行分析,包括结构性与非结构性的数据,以及串流数据,并透过收集工具来收集所有数据源。至于制造转型解决方案的架构则包括韧性与安全。在AIOT的边缘方案,没有任何单一厂商可以提供完整解决方案,因此便需要与合作伙伴进一步合作。透过应用整合能使智慧制造的优势更明显。



图5 : 戴尔科技集团资深技术顾问黄敏俊
图5 : 戴尔科技集团资深技术顾问黄敏俊

中华电信电信学院:透过SDN架构赋予网路更大使用弹性

现有网路的特点在于设备独立运作、功能多但架构复杂,且又是分散式设定。相较之下,SDN网路的特色在于设备简单、功能少,网路设备无法独立运作,需要有控制器来下达指令,但可以集中管理是其优点。当网路架构需要更高的敏捷性,就可以透过SDN架构来赋予网路更大的使用弹性。而利用OpenFlow来管理SDN,就是以垂直的形式来进行管理,在过程中,Flow Entry数量则是评估OpeFlow交换器的重要因素。


中华电信电信学院高雄所林禛吉表示,特别是针对网路资安,许多大厂已经开始发展零信任网路安全策略。零信任网路(ZTNA)也称为软体定义边界(SDP),也就是企业不自动信任任何人事物,并随时进行监控验证。也正因为新一代的网路型态市场已经在发展中,这也使得新一代网路解决方案的问世更加重要。



图6 : 中华电信电信学院高雄所林禛吉
图6 : 中华电信电信学院高雄所林禛吉

艾讯:为工业控制系统融入新兴资讯技术与安全技术

智慧工厂是IIOT改造传统制造业的最佳展现,在万物联网、大数据与AI等技术的结合下,智慧制造、智慧医疗、智能交通已经成为台湾转型升级目标。艾讯IIOT产品企划部经理吕柏冠指出,OT资安面临的威胁十分严苛,只要遭遇一次重大网路攻击,原本物联装置所带来的效益,恐怕瞬间就会化为乌有,例如机密资料外泄、营运生产停顿、供应链断炊等。近年来锁定智慧工厂的病毒越来越多,全就都有受害的灾情不断传出,不只影响生产线运作,更甚者还会危及国家基础设施,并要当心成为勒索软体的目标。


资安在OT场域里面,艾讯提供由硬体本身所达到的安全防护,从硬体端进行防护,到软体端,透过不同技术,从每个阶段来进行把关。透过各种不同的防护机制,来确保OS与系统没有被做过任何的窜改。众至产品行销经理王建忠表示,随着乙太网路技术在工业控制网路中的应用,管理者必须更全面检视IT与OT网路环境之结合,未来的工业控制系统将会融入更多的新兴资讯技术与安全技术。



图7 : 众至产品行销经理王建忠
图7 : 众至产品行销经理王建忠
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