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工業物聯網穩居未來十年經濟轉型要角

  • 徐靜初
在工業物聯網的浪潮下,相關系統中的所有設備皆須具備感測與連網功能。法新社

無論是工業4.0(Industry 4.0)抑或是工廠所需的智慧應用,工業物聯網(IIoT)都將是這些概念未來發展的主體架構。研調機構CB Insights指出,諸如製造、物流、石油與礦採集、公共事業,以及農業等資產密集型的產業,皆須利用工業物聯網以提升工作效率與成效。

透過底層感測功能加以收集設備資料,再藉由各式有/無線技術將資訊彙整後傳遞至後端,平台系統再將資料分析後加以儲存,管理者可用以擬定出合宜的生產計畫,最終打造出智慧化的應用模式。

MarketsandMarkets報告指出,工業物聯網市場預計將從2015年的113.71億美元,到2022年攀升至195.47億美元,2016~2022年的年複合成長率約7.89%。

HCL技術公司執行副總裁兼全球負責人Sukamal Banerjee曾表示,2017年工業物聯網產業將發生根本性轉變。根據該公司2016年所做的全球調查,有38%企業已經開始進行物聯網相關進程,而有57%企業目前正在計劃中。

由此可知,2017年應當是工業物聯網普及應用的元年,相關企業在物聯網方面的投資將顯著增加。HCL的調查中,69%的受訪企業計劃在未來一年增加物聯網投資;因此,工業物聯網的潛在收益非常龐大。

研調機構Accenture舉美國、大陸、德國以及英國等四個工業大國為例,到了2030年前,IIoT將為美國GDP帶來6.1兆美元的進帳;假若該國願加重工業物聯網投資力道,提高50%的資本支出以改善相關聯網等設備,到了2030年IIoT之於美國GDP的貢獻將攀升至7.1兆美元,其國內生產毛額將提升2.3%。

至於大陸,該機構預測,大陸加強投資工業物聯網,到2030年GDP將達到1.8兆美元,進而提升國內生產毛額提高1.3%。

倘若德國對於工業物聯網願提升其資本支出,到了2030年德國GDP貢獻將達7,000億美元,國內生產毛額將有效提升1.7%;此外,英國如果加強其投資工業物聯網力道,2030年對英國GDP貢獻將達5,310億美元,且國內生產毛額可提高1.8%。

工業4.0也意味著感測器(Sensor)的重要性將更被重視。許多提供工業物聯網服務的大廠認為,邁向工業4.0的時代,物聯網大資料的收集與活用將變得相當重要。

從現場收集大資料並使用雲端加以存放這是一般人對於工業物聯網的認知,但是進一步分析資料與情報處理,並且利用現場設備控制情報加以回饋,方是工業4.0的目的所在。

相關業者應須提供客戶工廠製造現場端的生產設備上控制器元件資訊智慧且視覺化的技術。並透過設備資料收集、分析制程資料、異常監視,以提升設備運轉生產效能;也就是利用設備資料,以提供經營管理者活用。

在工業物聯網概念中,設備中搭載感測器,一來無論是現場人員、機台、機器人或是作業工具,皆可提供業主具利用價值的資料,以提升效率、發掘潛在問題、優化品管以及預知機台狀態等。

製造業者欲導入工業物聯網,也應從產品品質、供期、技術能力度等三面向加以思考合作的廠商,原因在於,工業級產品與一般消費性要求不盡相同,工業等級產品穩定度與品質標準更高,因此長工期保證與配合廠商的技術支援不可忽視。

除感測器之外,在傳輸層面,機器對機器(M2M)或機器對平台間的通訊也相當重要;但用於IIoT通訊技術繁多,有線與無線傳輸技術彼此之間形成競合關係。

以往,工業製造現場以現場匯流排(Fieldbus)通訊方式為主,但此一模式的互通性稍嫌薄弱,在市場急尋良方時,工業乙太網路趁勢崛起;其利用乙太網路作為標準基礎,再透過TCP/IP通訊協定以相容於IEEE 802.3標準。

在工業乙太網路中最為市場所歡迎的莫過於EtherCAT,端看以往各大工業相關展會,可於許多廠商展示中窺見其蹤。EtherCAT系以軟體為核心,並搭配單一線路,改善傳統工業現場的複雜配線;此一通訊模式在資料同步過程中,訊號抖動量較小,且傳遞延遲性較低,硬體建置的花費上也較過往來得低廉;因此廣為市場所採用。

此外,乙太網路通訊標準中,時效性網路(TSN)也是近來相當火紅的話題,相對於上述所提的EtherCAT,TSN並非工業領域專用的的標準,而是透過IEEE 802.1與IEEE 802.3二大標準,加以拓展出其他功能。

TSN優勢在於可促進整合、強化連結性,並藉由大數據分析出所需的資訊,以滿足工業物聯網改善作業的需求,再進一步達到以智慧型連接系統與機台為架構的新商業模式。

且看好此一標準的發展前景,工業網際網路聯盟(IIC)也曾協同業界許多大廠共同開發TSN測試台,希望藉此讓此一新款乙太網路可更加靈活應用于生產應用的生態系統。

由於近年來大量化的標準化產品需求日漸降低,進而被少量客制化取代,驅使製造業的產線智慧化需求興起,市場需要一個更為開放的標準串列通訊協定,促使IO-Link的出現。

IO-Link標準所扮演的角色是底層設備點對點快速連結的通道架構,毋須複雜定址即可實現點對點連接;可向上與工廠現場匯流排相容,將所收集的資料傳遞至管理系統中,也就是說,IO-LINK更像工廠網路底層一個採用標準介面的特殊網路。

在工業物聯網的浪潮下,相關系統中的所有設備皆須具備感測與連網功能,進而區別出以往的自動化,真正達到工業資訊化、聯網化之轉型發展。