工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)被視為下一代制造系統(tǒng)的骨干架構(gòu)，透過(guò)OT與IT的串連，讓制造系統(tǒng)中各環(huán)節(jié)的信息可以被完整擷取并無(wú)縫串流，從而達(dá)到智能制造愿景。

2011年德國(guó)總理梅克爾宣布啟動(dòng)工業(yè)4.0后，全球制造業(yè)開(kāi)始掀起智能化浪潮，包括中國(guó)的中國(guó)制造2025、美國(guó)的網(wǎng)宇實(shí)體系統(tǒng)（Cyber-Physical System， CPS）、日本的產(chǎn)業(yè)重振計(jì)劃等，除了政府機(jī)關(guān)外，產(chǎn)業(yè)界也開(kāi)始積極布局，透過(guò)工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)的建置，鏈結(jié)IT與OT系統(tǒng)，整合制造現(xiàn)場(chǎng)的操作系統(tǒng)與企業(yè)端的信息系統(tǒng)。

OT系統(tǒng)不求整合只求穩(wěn)定

過(guò)去制造業(yè)的OT系統(tǒng)與IT系統(tǒng)各自負(fù)責(zé)的工作涇渭分明，OT系統(tǒng)作為制造用途，大部分的工業(yè)設(shè)備在發(fā)展上，走得一向都比消費(fèi)性電子產(chǎn)業(yè)慢，原因有二。一是工業(yè)設(shè)備造價(jià)昂貴，安裝困難，不可能如手機(jī)、PC大約1~2年就會(huì)有一波換機(jī)潮，而工業(yè)設(shè)備一般的使用年限都在7年以上，因此設(shè)備供貨商都起碼必須有5年以上的保證供貨期間。二 是生產(chǎn)設(shè)備首重穩(wěn)定，能否快速、穩(wěn)定地持續(xù)產(chǎn)程才是業(yè)者的第一考慮，畢竟工業(yè)設(shè)備要求的是最適化而非最高效能的產(chǎn)品，加上消費(fèi)性產(chǎn)品或標(biāo)準(zhǔn)在剛推出時(shí)，都會(huì)有一段質(zhì)量的不穩(wěn)定期，因此工控產(chǎn)業(yè)都會(huì)等到該技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)在市面上經(jīng)過(guò)長(zhǎng)期的使用，證明已完全成熟后，才會(huì)開(kāi)始導(dǎo)入。例如控制器，傳統(tǒng)PLC長(zhǎng)期稱霸市場(chǎng)，即使PC技術(shù)已成熟多年，但也是到了近期才開(kāi)始被應(yīng)用在控制方面，而即使如此，產(chǎn)業(yè)中仍有PC-based控制器不穩(wěn)定的印象存在，認(rèn)為PLC已可提供最適性與穩(wěn)定性。

同樣的情況也出現(xiàn)在OT系統(tǒng)的工業(yè)通訊部分，工業(yè)網(wǎng)絡(luò)從無(wú)到有的確是歷程艱辛。工業(yè)網(wǎng)絡(luò)不如商業(yè)網(wǎng)絡(luò)的發(fā)展迅速有兩點(diǎn)因素，首先是成本考慮：要建置網(wǎng)絡(luò)必須花上一筆費(fèi)用，尤其是針對(duì)一些低階或是非電子類的設(shè)備來(lái)說(shuō)，目前網(wǎng)絡(luò)設(shè)備價(jià)格雖已逐漸平實(shí)，但對(duì)規(guī)模不大的廠商來(lái)說(shuō)仍是一筆負(fù)擔(dān)。第二是工業(yè)網(wǎng)絡(luò)標(biāo)準(zhǔn)太多，各工控設(shè)備廠商從自身利益考慮，力推自家的網(wǎng)絡(luò)規(guī)格，協(xié)商標(biāo)準(zhǔn)統(tǒng)一時(shí)，往往不肯犧牲利益而讓步。不同的網(wǎng)絡(luò)協(xié)議各有特點(diǎn)和其存在的環(huán)境和價(jià)值，而當(dāng)技術(shù)不斷地被創(chuàng)新，新的協(xié)議持續(xù)誕生，使用者往往無(wú)所適從，擔(dān)心一但選用了其中一種協(xié)議后，會(huì)受制于特定廠商。

盡管有著上述缺點(diǎn)，面對(duì)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)所帶來(lái)的種種優(yōu)勢(shì)，工業(yè)網(wǎng)絡(luò)仍開(kāi)始蓬勃發(fā)展起來(lái)。其優(yōu)勢(shì)最明顯的就是省配線，如果可以用一條網(wǎng)絡(luò)線就將數(shù)以百計(jì)的組件連接起來(lái)，而不必再以并列傳輸?shù)姆绞绞褂脭?shù)百條傳輸線，將會(huì)大幅減少配線時(shí)間與電箱空間；另則依照軟件的觀點(diǎn)，每個(gè)連上網(wǎng)絡(luò)的組件都被視為對(duì)象（Object），這些組件的新增與移除就可以用軟件的方式達(dá)成控管，而網(wǎng)絡(luò)化的組件通常也會(huì)加入自我診斷的功能，當(dāng)組件發(fā)生故障時(shí)，這些訊息可以透過(guò)因特網(wǎng)傳回給控制臺(tái)，控制臺(tái)再經(jīng)由網(wǎng)絡(luò)檢測(cè)出連接上網(wǎng)的組件來(lái)監(jiān)控并回報(bào)。網(wǎng)絡(luò)的自我建構(gòu)也同時(shí)可以減少系統(tǒng)設(shè)定的時(shí)間，經(jīng)由監(jiān)控每部機(jī)器的運(yùn)作狀況所產(chǎn)生的數(shù)據(jù)，更可提供給企業(yè)作為營(yíng)運(yùn)參考。

三種模式架構(gòu)新世代工業(yè)通訊

在智能化趨勢(shì)下，新世代的工業(yè)網(wǎng)絡(luò)開(kāi)始啟動(dòng)，從圖1可以看出，現(xiàn)在OT系統(tǒng)的通訊設(shè)計(jì)必須包括數(shù)字化、雙向、多站等特色。整體來(lái)說(shuō)，現(xiàn)在的發(fā)展主要有3種現(xiàn)場(chǎng)總線（Fieldbus）模式：第一種是專用、封閉型，規(guī)范由各家公司自行研制，往往是針對(duì)某一特定應(yīng)用領(lǐng)域而設(shè)，效率也是最高，但是在相互連接時(shí)就會(huì)顯得各項(xiàng)指標(biāo)參差不齊，推廣與維護(hù)都比較難以協(xié)調(diào)。此類專用型工業(yè)網(wǎng)絡(luò)有三個(gè)發(fā)展方向，第一是走向開(kāi)放型，使它成為標(biāo)準(zhǔn)，二是繼續(xù)封閉系統(tǒng)，保持原占有率，三則是設(shè)計(jì)專用的網(wǎng)關(guān)與開(kāi)放型網(wǎng)絡(luò)連接。

圖1 現(xiàn)代化的OT系統(tǒng)的通訊設(shè)計(jì)包括了數(shù)字化、雙向、多站等特色。

第二種為開(kāi)放型，不過(guò)所謂的開(kāi)放型并非全面無(wú)條件開(kāi)放，通常無(wú)條件開(kāi)放的僅有一些簡(jiǎn)單的標(biāo)準(zhǔn)，其他都是有條件開(kāi)放，或僅對(duì)其成員開(kāi)放。亦即生產(chǎn)廠商必須為組織成員，產(chǎn)品必須經(jīng)過(guò)該組織的測(cè)試、認(rèn)證才可在該工業(yè)網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)中使用。

第三種為標(biāo)準(zhǔn)型，例如符合國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)的IEC61158或IEC62026、ISO11898和ISO11519或歐洲標(biāo)準(zhǔn)EN50170的工業(yè)網(wǎng)絡(luò)。這些也都會(huì)遵循ISO/IEC7498國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)，亦即OSI 7-Layer參考模型，工業(yè)網(wǎng)絡(luò)大都只使用其中的物理層（Physical Layer）、數(shù)據(jù)連接層（Data Link Layer）和應(yīng)用層（Application Layer）。一般工業(yè)網(wǎng)絡(luò)的制定是根據(jù)現(xiàn)有的通訊接口，或是自己設(shè)計(jì)通訊芯片，然后再依據(jù)應(yīng)用領(lǐng)域，設(shè)定傳輸格式，例如DeviceNet的物理層與數(shù)據(jù)連接層是以CANBus為基礎(chǔ)，再增加適用于一般I/O點(diǎn)應(yīng)用的應(yīng)用層規(guī)范。上述三個(gè)種類大致架構(gòu)出目前的工業(yè)網(wǎng)絡(luò)環(huán)境，欲建構(gòu)者可依本身的需求選擇適合自己的網(wǎng)絡(luò)設(shè)備。

網(wǎng)絡(luò)在一般IT領(lǐng)域已蔚然成林，技術(shù)成熟度已然足夠，在OT系統(tǒng)上的應(yīng)用則仍有成長(zhǎng)空間，不過(guò)近年來(lái)借助智能制造風(fēng)潮帶起的工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)，則將加快其發(fā)展速度。就目前來(lái)看，OT與IT系統(tǒng)所使用的通訊設(shè)備有些許程度差異，工業(yè)用的通訊設(shè)備在設(shè)計(jì)上會(huì)更重視環(huán)境的適應(yīng)度，包括溫度、濕度、防塵、防震等，都比IT的規(guī)格更嚴(yán)苛。盡管如此，仍有廠商將一般IT設(shè)備使用于工業(yè)環(huán)境，不過(guò)如此一來(lái)輕則訊號(hào)容易傳遞出錯(cuò)，重則機(jī)臺(tái)當(dāng)機(jī)、產(chǎn)線停滯，因此廠商要建置工業(yè)網(wǎng)絡(luò)環(huán)境時(shí)，最好還是透過(guò)系統(tǒng)整合廠商做整體規(guī)畫(huà)，以免因小失大。

工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)　串連四層架構(gòu)

除了上述的三種傳統(tǒng)的Fieldbus外，以太網(wǎng)絡(luò)在近年被大舉導(dǎo)入OT領(lǐng)域，尤其在工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)架構(gòu)中，更成為工業(yè)通訊不可或缺的一環(huán)。在整體工業(yè)環(huán)境中，目前仍以Fieldbus作為現(xiàn)場(chǎng)層與控制層之間的鏈接，但在工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)中，OT架構(gòu)還往上擴(kuò)增了操作層與管理層并連接到IT端，而觀察目前發(fā)展，云端會(huì)是主要整合的平臺(tái)。

從架構(gòu)面來(lái)看，工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)是由四層產(chǎn)業(yè)的產(chǎn)業(yè)鏈組成。第一層為IoT感知層，感知需要大量的感知設(shè)備（Sensing Devices），而感知設(shè)備之間的溝通技術(shù)逐漸發(fā)展成以無(wú)線為主。第二層是嵌入式平臺(tái)產(chǎn)業(yè)（Embedded），它是一種感知的邊緣（Edge），物聯(lián)網(wǎng)一定是先感知，然后到Edge邊緣。第三層是產(chǎn)業(yè)應(yīng)用，第四層是云服務(wù)，物聯(lián)網(wǎng)的云服務(wù)是服務(wù)「物」的，應(yīng)用在工廠、物流、零售等，想要把各個(gè)場(chǎng)域的感知器連起來(lái)，就會(huì)需要相關(guān)軟件程序在其中進(jìn)行大量的運(yùn)算與整合，協(xié)助數(shù)據(jù)的分析與應(yīng)用。

研華技術(shù)官楊瑞祥表示，前端的資料搜集與整合大多是依靠硬件，后端的分析與處理則是軟件為重，他以研華推出的WISE-PaaS平臺(tái)為例，此平臺(tái)串連四層架構(gòu)，主要由WISE-PaaS/EdgeSense提供設(shè)備聯(lián)網(wǎng)與無(wú)線感測(cè)整合的軟件服務(wù)，透過(guò)WISE-PaaS/WISE Agent數(shù)據(jù)擷取串接傳感器進(jìn)行數(shù)據(jù)匯流，與IoT邊緣智慧服務(wù)器（Edge Intelligence Server， EIS）做初步智慧化分析后，WISE-PaaS/EnSaaS鏈接云端部署進(jìn)行指令實(shí)時(shí)下達(dá)，實(shí)現(xiàn)物聯(lián)網(wǎng)端到云的快速溝通串流，讓數(shù)據(jù)從搜集到歸納，再串連到云端一氣呵成。

物聯(lián)網(wǎng)時(shí)代透過(guò)云端與網(wǎng)絡(luò)協(xié)助整合信息已經(jīng)成為常態(tài)，楊瑞祥指出，工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)未來(lái)將從硬件為主的功能導(dǎo)向，走向軟硬整合的數(shù)據(jù)驅(qū)動(dòng)發(fā)展，透過(guò)整合的云平臺(tái)將數(shù)據(jù)分析工作變得更加簡(jiǎn)便；另外，因應(yīng)產(chǎn)業(yè)的不斷變動(dòng)包括規(guī)格、標(biāo)準(zhǔn)、產(chǎn)業(yè)需求、新興應(yīng)用等，WISE平臺(tái)也非常強(qiáng)調(diào)彈性Design for Evolution概念，期待能透過(guò)彈性化的架構(gòu)與更新機(jī)制，滿足客戶對(duì)于上述變動(dòng)的需求。

由于未來(lái)工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用層面將會(huì)不斷擴(kuò)大，每個(gè)不同的垂直產(chǎn)業(yè)差異性很大，楊瑞祥強(qiáng)調(diào)，WISE與大型的云服務(wù)平臺(tái)兼容互補(bǔ)，并不是競(jìng)爭(zhēng)的關(guān)系；研華的云服務(wù)可以橫跨支持不同的平臺(tái)，盡管現(xiàn)在大部分的業(yè)務(wù)模式還是以硬件計(jì)價(jià)，但軟件的搭配已經(jīng)不可或缺。平均而言，單純硬件銷(xiāo)售的毛利都非常低，與軟件有關(guān)的云服務(wù)營(yíng)收貢獻(xiàn)盡管不高，但卻擁有高毛利的特性，部分廠商云服務(wù)占營(yíng)收9%，但卻貢獻(xiàn)70%的利潤(rùn)。

另外，由于物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用的碎片化特性，大型云平臺(tái)對(duì)于個(gè)別產(chǎn)業(yè)的特殊需求較難滿足，研華從工業(yè)計(jì)算機(jī)的本業(yè)出發(fā)，針對(duì)IIoT發(fā)展許多產(chǎn)業(yè)專業(yè)應(yīng)用模塊，同時(shí)，WISE平臺(tái)也強(qiáng)調(diào)在線/線下整合的便利性，與不同的系統(tǒng)整合伙伴還有客戶進(jìn)行深入合作，利用物聯(lián)網(wǎng)找出產(chǎn)業(yè)價(jià)值，建立、強(qiáng)化核心競(jìng)爭(zhēng)力，協(xié)助客戶技術(shù)與產(chǎn)品營(yíng)銷(xiāo)全球。

責(zé)任編輯：ct