面對(duì)當(dāng)前工業(yè)制造數(shù)位轉(zhuǎn)型階段，陸續(xù)融入了資通訊（ICT）科技和人工智慧（AI）的應(yīng)用和發(fā)展，以即時(shí)并充份利用大數(shù)據(jù)加值。促使各家設(shè)備制造、FA自動(dòng)化系統(tǒng)整合商紛紛尋求新一代工業(yè)通訊標(biāo)準(zhǔn)，包含TSN、umati也應(yīng)運(yùn)而生，并透過(guò)合縱連橫加速落地。

為了在「數(shù)位轉(zhuǎn)型」方面導(dǎo)入數(shù)位、智慧化技術(shù)，實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)流程自動(dòng)化和數(shù)位化來(lái)實(shí)現(xiàn)工具機(jī)的高效生產(chǎn)、更精準(zhǔn)的加工以提高生產(chǎn)效率和品質(zhì)；應(yīng)用大數(shù)據(jù)、人工智慧（AI）、umati等技術(shù)，對(duì)生產(chǎn)過(guò)程和產(chǎn)品品質(zhì)進(jìn)行數(shù)據(jù)分析，或透過(guò)云端計(jì)算技術(shù)實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)數(shù)據(jù)管理與應(yīng)用，優(yōu)化生產(chǎn)制程，期能迎接科技進(jìn)步所帶來(lái)的挑戰(zhàn)與機(jī)會(huì)。

繼2011年工業(yè)4.0問(wèn)世以來(lái)，工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)（IIoT）正逐漸改變工業(yè)制造的日常運(yùn)營(yíng)模式，包含藉此感測(cè)搜集資料、實(shí)現(xiàn)設(shè)備之間M2M的高速通訊，再經(jīng)由云端或邊緣運(yùn)算處理、AI模擬解析，實(shí)現(xiàn)各種不同的加值應(yīng)用。

進(jìn)而利用預(yù)測(cè)分析來(lái)檢測(cè)零組件運(yùn)行狀態(tài)及壽命，提高生產(chǎn)效率、產(chǎn)品品質(zhì)，削減整體成本；或是將營(yíng)運(yùn)和服務(wù)大數(shù)據(jù)資料，反??到產(chǎn)品設(shè)計(jì)周期等各種面向；實(shí)現(xiàn)變種變量生產(chǎn)，符合用戶需求多樣化的世界制造業(yè)潮流，打造可自主生產(chǎn)的智慧工廠。

然而，由於工業(yè)乙太網(wǎng)協(xié)定的低延遲、互通性有限，加上眾多專屬（Proprietary）標(biāo)準(zhǔn)充斥在IIoT環(huán)境，使得工業(yè)4.0發(fā)展受阻。卻也促成TSN、umatti等新一代通訊協(xié)定，在2018~2019年間正式被導(dǎo)入工業(yè)領(lǐng)域，并吸引歐美日大國(guó)的設(shè)備制造業(yè)（Maker）、FA自動(dòng)化系統(tǒng)整合商（SI）紛紛尋求夥伴合縱連橫并加速落地，以率先推出硬體、模組和解決方案。

圖一 : 由於工業(yè)乙太網(wǎng)協(xié)定的低延遲、互通性有限，促成TSN、umatti等新一代通訊協(xié)定陸續(xù)被導(dǎo)入工業(yè)領(lǐng)域，并吸引設(shè)備制造、FA自動(dòng)化系統(tǒng)整合商紛紛尋求加速落地。（source：umati.org）

TSN合縱連橫加速落地 與EtherCAT競(jìng)逐IIoT主流標(biāo)準(zhǔn)

其中TSN（Time-Sensitive Networking）技術(shù)源自於IEEE在2004年成立了小組，開發(fā)了一系列Ethernet車用音訊/影像橋接（Audio Video Bridging；AVB）標(biāo)準(zhǔn)，是在乙太網(wǎng)上追加了時(shí)間同步、A/V設(shè)備控制、頻寬預(yù)約等功能的通訊規(guī)范，減輕電池以外排線重量、又避免封包碰撞疑慮，而影響行車安全性。

等到2018年逐漸成熟後，再由IEEE將之推廣到制造業(yè)/車載等方面，擴(kuò)展了Ethernet AVB標(biāo)準(zhǔn)，於2012年改名為TSN，現(xiàn)在正在進(jìn)行各項(xiàng)擴(kuò)展規(guī)范的審議；在與IEEE及IEC國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)制定的同時(shí)，各網(wǎng)路推廣組織也在推進(jìn)TSN在開放網(wǎng)路中的應(yīng)用，包含TIACC制定單一通用型的一致性測(cè)試計(jì)劃。

TSN的優(yōu)點(diǎn)在於使用乙太網(wǎng)可以保證即時(shí)通訊，於通過(guò)時(shí)間同步精度1μsec以下進(jìn)行高精度同步通訊，有效利用通訊頻寬；可共用時(shí)間，藉時(shí)間戳記保持連接設(shè)備的時(shí)間一致，可混在IP通訊等多種協(xié)定，將現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備數(shù)據(jù)陸續(xù)發(fā)送到SCADA、MES和ERP系統(tǒng)以及云端系統(tǒng)。

雖然TSN與EtherCAT皆屬於乙太網(wǎng)的通訊標(biāo)準(zhǔn)，但因?yàn)镋therCAT使用專屬拓?fù)浼軜?gòu)，還須透過(guò)閘道器（Gateway）切換網(wǎng)路協(xié)定。反觀TSN則可以使用現(xiàn)有的乙太網(wǎng)路架構(gòu)與布線，串聯(lián)各式工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)裝置并快速完成IT+OT整合。

目前已可看到如西門子PROFINET、三菱CC-LINK IE（Control & Communication Link Industrial Ethernet）等基於乙太網(wǎng)路架構(gòu)支援，并積極推出相關(guān)產(chǎn)品上市，與在傳統(tǒng)工業(yè)總線配線滲透率較高的EtherCAT分庭抗禮，第一波產(chǎn)品將以交換產(chǎn)品與終端控制類型為主。

CC -linkIE TSN結(jié)合三菱電機(jī) 率先推出FA全系列產(chǎn)品

日本也通過(guò)數(shù)位化及IoT技術(shù)，以熟悉現(xiàn)場(chǎng)知識(shí)為基礎(chǔ)、隨機(jī)應(yīng)變的問(wèn)題解決能力，持續(xù)性改善活動(dòng)為優(yōu)勢(shì)，實(shí)現(xiàn)特有的「萬(wàn)物互聯(lián)（Connected Industries）」模式，創(chuàng)建出一個(gè)利用技術(shù)和智慧、以人為本，具有新型附加價(jià)值的產(chǎn)業(yè)社會(huì)。

其中實(shí)現(xiàn)智慧工廠的關(guān)鍵，要求能融合IT系統(tǒng)和FA生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)不同工業(yè)網(wǎng)路，并具備高速、大容量、高精度通訊，以提高生產(chǎn)效率和品質(zhì)；經(jīng)由設(shè)備、裝置應(yīng)用的效率化，還有數(shù)量種類豐富的連接產(chǎn)品陣容，得以簡(jiǎn)單連結(jié)各種設(shè)備，進(jìn)行簡(jiǎn)單的工程與保養(yǎng)。

2000年首先將源於日本的現(xiàn)場(chǎng)網(wǎng)路「CC-Link」開放化，2008年將業(yè)界首個(gè)1Gbps的基於乙太網(wǎng)的「CC-Link IE」開放化；2018年將率先采用基於標(biāo)準(zhǔn)乙太網(wǎng)規(guī)范的TSN（Time-Sensitive Networking）技術(shù)的「CC-Link IE TSN」開放化，包括對(duì)廠商的相容產(chǎn)品開發(fā)支援；會(huì)員產(chǎn)品的CC-Link一致性測(cè)試實(shí)施等。截至2023年底CC-Link IE TSN相關(guān)認(rèn)證設(shè)備產(chǎn)品數(shù)205件、安全設(shè)備產(chǎn)品數(shù)35件，并推薦如交換機(jī)HUB等網(wǎng)路配線部品的認(rèn)證產(chǎn)品數(shù)159件。

如今CC-LinkIE TSN則已率先將TSN技術(shù)導(dǎo)入工業(yè)開放網(wǎng)路，通過(guò)以時(shí)間分割實(shí)現(xiàn)即時(shí)性，使多種不同的網(wǎng)路通訊協(xié)定，可以在同一鏈路同時(shí)存在，將FA生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)和IT系統(tǒng)無(wú)縫結(jié)合；與其他協(xié)議可按時(shí)間帶區(qū)分，在同一條線上混合存在，促成既有I/O控制、運(yùn)動(dòng)控制、安全通訊，可與TCP/IP普通乙太網(wǎng)通訊整合。

另有別於現(xiàn)行CC-Link IE Field采用令牌環(huán)輪詢方式，包括運(yùn)動(dòng)控制的各個(gè)設(shè)備均依次進(jìn)行通訊處理；各設(shè)備可雙向同時(shí)通訊，以縮短通訊周期與大幅縮短節(jié)拍時(shí)間。再利用CC-LinkIE TSN分割具即時(shí)性的??圈通訊，或混合使用普通的IP通訊等非即時(shí)通訊并確保定時(shí)性，保證控制及通訊的即時(shí)性，或通過(guò)高效的網(wǎng)路通訊協(xié)定，實(shí)現(xiàn)高速?高精度的控制。

還可在控制通訊內(nèi)組合高/低速周期通訊最優(yōu)化控制，維持要求高速性的運(yùn)動(dòng)控制性能，提高裝置性能。通過(guò)高精度的時(shí)間戳記同步記錄資料，可準(zhǔn)確分析發(fā)生故障時(shí)刻，以正確的時(shí)間序列追溯解析事件歷史，容易特定出錯(cuò)原因。

CC-Link協(xié)會(huì)事務(wù)局長(zhǎng)陳重光表示，CC-LinkIE TSN在日本三菱電機(jī)FA自動(dòng)化控制部門奧援下，2019年起率先推出支援涵括PLC、HMI、伺服驅(qū)動(dòng)/變頻器等一系列產(chǎn)品；未來(lái)也希??協(xié)助會(huì)員廠商協(xié)力開發(fā)、測(cè)試新品，讓臺(tái)制機(jī)電設(shè)備有機(jī)會(huì)替代進(jìn)囗，甚至回銷日本。

進(jìn)而擴(kuò)大制造業(yè)豐富的應(yīng)用場(chǎng)景，開始削減上線、使用、保養(yǎng)的工時(shí)，并使用普通軟體工具進(jìn)行診斷，通過(guò)多樣的診斷方法、診斷范圍的擴(kuò)大、正確的診斷資訊，在網(wǎng)路故障發(fā)生時(shí)可迅速進(jìn)行原因分析和系統(tǒng)重定。豐富的對(duì)應(yīng)產(chǎn)品組合，即再通過(guò)多樣的開發(fā)方式，可使用按照要求規(guī)格的對(duì)應(yīng)產(chǎn)品進(jìn)行靈活的構(gòu)成組合。

圖二 : CC-LinkIE TSN在2019年起率先推出支援涵括PLC、HMI、伺服驅(qū)動(dòng)/變頻器等一系列產(chǎn)品。

OPCUA打造工具機(jī)專屬通訊標(biāo)準(zhǔn)umati

此外，有別於TSN主要進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)總線的調(diào)度控制，OPC UA（開放式平臺(tái)通訊統(tǒng)一架構(gòu)）標(biāo)準(zhǔn)則是負(fù)責(zé)應(yīng)用層的控管，加強(qiáng)M2M之間的交流，後者可說(shuō)是目前工業(yè)網(wǎng)路最具突破性的變革，進(jìn)而針對(duì)不同產(chǎn)業(yè)需求提出專用通訊標(biāo)準(zhǔn)格式。

其中由德國(guó)工具機(jī)制造公會(huì)（VDW）與德國(guó)機(jī)械設(shè)備制造業(yè)聯(lián)合會(huì)（VDMA）共同推動(dòng)的umati「通用機(jī)械技術(shù)介面（Universal Machine Technology Interface）」，代表機(jī)械設(shè)備專用OPC UA的通用規(guī)格，主要在OPC UA機(jī)器間通訊協(xié)定的基礎(chǔ)上，建立全球通用標(biāo)準(zhǔn)，讓不同產(chǎn)業(yè)的各種設(shè)備，在同一平臺(tái)上相互連線，呈現(xiàn)跨場(chǎng)域之間的智動(dòng)化生態(tài)系。

今年主辦臺(tái)灣國(guó)際工具機(jī)展（TMTS 2024）的工具機(jī)暨零組件工業(yè)同業(yè)公會(huì)（TMBA）也特別邀請(qǐng)德國(guó)VDW、VDMA來(lái)臺(tái)，首次合作設(shè)立「umati 專區(qū)」，總計(jì)26家工具機(jī)與零組件廠商、法人與學(xué)校共同叁與。

圖三 : 工具機(jī)暨零組件工業(yè)同業(yè)公會(huì)今年TMTS特別邀請(qǐng)德國(guó)VDW、VDMA來(lái)臺(tái)，首次合作設(shè)立「umati 專區(qū)」。（source：moea.gov.tw）

精密機(jī)械研發(fā)中心（PMC）專案經(jīng)理邱禹修表示，適逢今年TMTS 2024期間VDW與TMBA合作推行umati，協(xié)助將臺(tái)灣工具機(jī)廠商將現(xiàn)場(chǎng)及各廠區(qū)設(shè)備資訊上傳數(shù)位看板，加入全球各地pin點(diǎn)展示。

未來(lái)若邊緣端（Edge）設(shè)備內(nèi)建通訊功能，只要支持OPC UA、umati通訊標(biāo)準(zhǔn)格式，即可協(xié)助SI、Maker快速整合，制訂開發(fā)規(guī)范；甚至是針對(duì)End user的老舊設(shè)備，亦可加入SMB連網(wǎng)升級(jí)、開發(fā)加值軟體；與廠內(nèi)軟硬體介接，實(shí)現(xiàn)plug-in（隨??即用）串接包含MES、ERP、AI SaaS應(yīng)用服務(wù)，打造產(chǎn)業(yè)共通標(biāo)準(zhǔn)。

PMC??理沈俞靜進(jìn)一步指出，PMC自2019年開始結(jié)合設(shè)備端Maker、零組件、SI系統(tǒng)整合商，積極叁與推廣umati活動(dòng)，加深與國(guó)際連結(jié)、線上交流會(huì)員資訊，進(jìn)而建立SaaS服務(wù)標(biāo)準(zhǔn)機(jī)制。目前PMC也率先將umati導(dǎo)入SkyMars并支援umati規(guī)范，可串連外部SI或與ERP、PaaS服務(wù)廠商整合；基於OPC UA的標(biāo)準(zhǔn)架構(gòu)，進(jìn)行設(shè)備連網(wǎng)和後續(xù)派工、監(jiān)測(cè)產(chǎn)品履歷等後續(xù)應(yīng)用，這次TMTS還發(fā)表與量測(cè)卡尺結(jié)合即時(shí)量測(cè)監(jiān)控范例。

結(jié)語(yǔ)

圖四 : 工研院表示，umati/OPCUA、ERUOMAP77等，支援開發(fā)多種類型智能化軟體App；跨產(chǎn)業(yè)亦有共通周邊通訊需求，如自動(dòng)化、倉(cāng)儲(chǔ)設(shè)備等。

值得一提的是，依工研院智慧機(jī)械中心經(jīng)理王培寧分析，如今工具機(jī)產(chǎn)業(yè)遇到的問(wèn)題是各家控制器廠商都有自家通訊協(xié)定、軟體取得資料，導(dǎo)致數(shù)據(jù)格式不一、SaaS無(wú)法互通，控制和感測(cè)硬體資源沖突，有賴機(jī)聯(lián)網(wǎng)平臺(tái)解決。

但不同物聯(lián)網(wǎng)平臺(tái)也需要智慧機(jī)械云加以整合，打造共通地端引擎，應(yīng)用程式管理平臺(tái)，促成地端標(biāo)準(zhǔn)Runtime和各家SMB及云端SaaS服務(wù)的資料，都能遵循各產(chǎn)業(yè)標(biāo)準(zhǔn)資訊模型互聯(lián)。例如umati/OPCUA、ERUOMAP77等，支援開發(fā)多種類型智能化軟體App；跨產(chǎn)業(yè)亦有共通周邊通訊需求，如自動(dòng)化、倉(cāng)儲(chǔ)設(shè)備等，

事實(shí)上，自從工業(yè)4.0問(wèn)世以來(lái)，工具機(jī)產(chǎn)業(yè)受惠於法人、公協(xié)會(huì)既利用智慧機(jī)械政策補(bǔ)助，推行IIoT萬(wàn)機(jī)聯(lián)網(wǎng)上云有成，已累積搜集大量數(shù)據(jù)；并分別透過(guò)云/地端與PaaS、SaaS應(yīng)用服務(wù)商加以分析、管理資訊。

進(jìn)而於2021年開始推行產(chǎn)業(yè)共通標(biāo)準(zhǔn)，開發(fā)客制化微服務(wù)小程式（App）以來(lái)，已陸續(xù)實(shí)現(xiàn)虛實(shí)融合（CPS）、數(shù)位分身（Digital twin）等關(guān)鍵技術(shù)落地，投入組裝銷售前研發(fā)設(shè)計(jì)、售後維運(yùn)教育訓(xùn)練及維修等服務(wù)；進(jìn)而提供終端加工業(yè)者，導(dǎo)入AI來(lái)優(yōu)化生產(chǎn)制程、創(chuàng)新商務(wù)模式，共同實(shí)現(xiàn)永續(xù)智慧制造。

據(jù)TMBA統(tǒng)計(jì)迄今已辦理產(chǎn)業(yè)規(guī)范會(huì)議叁加廠商逾400家次，叁與人數(shù)超過(guò)700人次，預(yù)計(jì)2024年底產(chǎn)出產(chǎn)業(yè)規(guī)范約100件；加上大力推廣umati通信協(xié)定，讓工具機(jī)和周邊設(shè)備連接至客戶特定的IT生態(tài)系統(tǒng)，更兼具簡(jiǎn)單性、安全性及順暢性。