工業(yè)4.0帶來智慧製造浪潮，工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)架構(gòu)在製造業(yè)快速啟動(dòng)，而從目前態(tài)勢(shì)來看，製造業(yè)市場(chǎng)由兩類廠商競(jìng)逐，一種是傳統(tǒng)的自動(dòng)化廠商，例如歐美系西門子、洛克威爾或日系的三菱，另一類則是以IT技術(shù)為主的工業(yè)電腦廠商，像是研華、凌華等，這兩大陣營(yíng)在工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)領(lǐng)域都已有完整布局。

開放性架構(gòu) 加速系統(tǒng)整合

傳統(tǒng)製造設(shè)備由於發(fā)展時(shí)間久，品質(zhì)與穩(wěn)定度都有一定水準(zhǔn)，加上這些國(guó)際大廠企業(yè)規(guī)模龐大，產(chǎn)品線豐富，都可針對(duì)特定產(chǎn)業(yè)提出完整解決方案，因此絕大多數(shù)大型製造商如汽車製造、LCD等，都會(huì)採(cǎi)用這類廠商產(chǎn)品。

至於工業(yè)電腦廠商情況則相反，電腦技術(shù)跨入工業(yè)控制領(lǐng)域，大約是近20年左右的事，發(fā)展時(shí)間無法與傳統(tǒng)自動(dòng)化技術(shù)相比，加上PC長(zhǎng)期以來給人的印象多是容易當(dāng)機(jī)、系統(tǒng)不穩(wěn)定等印象，因此在初期，抱持疑慮不願(yuàn)意導(dǎo)入的廠商相當(dāng)多，後來在相關(guān)技術(shù)的改善與工業(yè)電腦廠商的長(zhǎng)期耕耘下，PC Based控制器才逐漸打開市場(chǎng)，不過即便如此，在大型製造領(lǐng)域，仍是傳統(tǒng)自動(dòng)化廠商的天下，工業(yè)電腦還是不容易切入，只能往中小型工控系統(tǒng)發(fā)展。

圖1 : 國(guó)際大廠企業(yè)可針對(duì)特定產(chǎn)業(yè)提出完整解決方案，因此絕大多數(shù)大型製造商像是汽車製造，都會(huì)採(cǎi)用這類廠商產(chǎn)品。（Source:The Verge）

在此狀況下，工業(yè)電腦開始開拓其他市場(chǎng)，將PC Based控制技術(shù)延伸到其他垂直產(chǎn)業(yè)，像是交通、醫(yī)療、博弈等，雖然工控目前仍佔(zhàn)所有工業(yè)電腦廠商絕大部分出貨比例，不過各業(yè)者在不同垂直產(chǎn)業(yè)所投注的資源，都已快速增加，就此可以看出目前市場(chǎng)概況，大型製造系統(tǒng)主要以傳統(tǒng)自動(dòng)化技術(shù)為主，中小型系統(tǒng)與其他垂直產(chǎn)業(yè)，則是工業(yè)電腦的市占率已與日俱增。

無論規(guī)模大小或應(yīng)用領(lǐng)域，各種系統(tǒng)這幾年都開始走向整合化，尤其是訴求IT與OT整合的工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)，就技術(shù)面來看，工業(yè)電腦採(cǎi)用IT技術(shù)，屬開放性架構(gòu)，亦即標(biāo)準(zhǔn)與規(guī)格制定後即公開，讓有意投入者有一定的規(guī)格範(fàn)本可依循，因此與IT系統(tǒng)的相容性十足，在工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)中，要將彼此之間整合並非難事，至於傳統(tǒng)自動(dòng)化廠商，雖然多已大量導(dǎo)入IT技術(shù)，但多數(shù)大廠的通訊標(biāo)準(zhǔn)規(guī)格仍各走各的，像是歐系的西門子、日系的三菱等都是如此，若要導(dǎo)入工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)，必須在系統(tǒng)中加以轉(zhuǎn)換橋接，才能讓不同廠商的產(chǎn)品得以整合，不過這些大廠都提供了完整解決方案，只要採(cǎi)用同一廠商產(chǎn)品，在整合方面都不是問題。

IT相容特性　加速工業(yè)電腦整合

IT技術(shù)跨入製造業(yè)領(lǐng)域，讓整個(gè)市場(chǎng)與技術(shù)都有了與以往不同的面貌，IT的標(biāo)準(zhǔn)一致開放性架構(gòu)，大幅降低跨入門檻，就發(fā)展態(tài)勢(shì)來看，工業(yè)電腦在工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)已是不可或缺的要角。

IT技術(shù)的高度相容性，加速了與OT系統(tǒng)的整合速度，而未來工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)的整合發(fā)展會(huì)有幾個(gè)趨勢(shì)，在硬體面，邊緣運(yùn)算、遠(yuǎn)端監(jiān)控 I/O 技術(shù)、工業(yè)通訊這三者所扮演的角色將會(huì)越來越重，而硬體產(chǎn)品都必須藉由軟體串連，至於外在規(guī)範(fàn)，節(jié)能則是重點(diǎn)考量，整體歸納來看，邊緣運(yùn)算、遠(yuǎn)端監(jiān)控、工業(yè)通訊、設(shè)備預(yù)診、軟體能力、節(jié)能設(shè)計(jì)這6種趨勢(shì)，將會(huì)是工業(yè)電腦在工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)的趨勢(shì)。

透過系統(tǒng)內(nèi)不同設(shè)備的相互串連，讓資訊順暢流動(dòng)，藉此提昇設(shè)備價(jià)值，最終目標(biāo)都是為了讓工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)更具智慧，讓製造現(xiàn)場(chǎng)中的所有事件、細(xì)節(jié)都可被偵測(cè)、量衡，進(jìn)而提供一個(gè)更佳化生產(chǎn)環(huán)境，以平板電腦為例，當(dāng)年平板電腦問世時(shí)，主要是作為消費(fèi)性市場(chǎng)的個(gè)人化應(yīng)用，後來應(yīng)用觸角快速延伸，在製造、零售、物流、車載等各種垂直領(lǐng)域嶄露頭角，作為主系統(tǒng)的終端延伸。

在製造業(yè)中，要讓平板電腦能與工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)主系統(tǒng)互連無礙，就必須以強(qiáng)化運(yùn)算能力，設(shè)計(jì)無線網(wǎng)路功能與I/O埠串連製造系統(tǒng)的周邊設(shè)備，最後再用軟體將之互連，使資訊流通無礙，為了配合使用地區(qū)的節(jié)能法規(guī)，這套系統(tǒng)還必須設(shè)計(jì)成低功耗、無鉛，這種案例就包括了工業(yè)電腦未來的整合趨勢(shì)。

軟體加持 系統(tǒng)加值

在工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)中，硬體向來是工業(yè)電腦廠商的強(qiáng)項(xiàng)，設(shè)計(jì)出穩(wěn)定且合乎客戶需求的產(chǎn)品，是各工業(yè)電腦廠商的吃飯工具，對(duì)一般業(yè)者來說雖不容易，對(duì)他們來說則是家常便飯。因此在市場(chǎng)中，要讓自己的產(chǎn)品更有價(jià)值，必須透過軟體的加持，讓硬體系統(tǒng)得以打通任督二脈，順暢交流資訊。

圖2 : 在工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)概念下，設(shè)備運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)資料也同時(shí)被記錄，透過預(yù)警避免臨時(shí)停機(jī)的情事發(fā)生。（Source:Advanced Engineering Technologies）

為了提升硬體價(jià)值，現(xiàn)在的臺(tái)灣工業(yè)電腦廠商也開始在軟體布局加碼，都設(shè)置了軟體部門，由於在工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)架構(gòu)中，SCADA是必要軟體，因此無論是自行研發(fā)、代理或異業(yè)合作，各廠商都會(huì)強(qiáng)化與SCADA的鏈接。

與硬體規(guī)格相同，工業(yè)電腦廠商的工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)軟體也都採(cǎi)開放式架構(gòu)，讓使用者不必重新學(xué)習(xí)，加上都採(cǎi)Web架構(gòu)，只要有瀏覽器，即可進(jìn)行遠(yuǎn)端操控，操作人員不必親臨現(xiàn)場(chǎng)即可作業(yè)，此外透過瀏覽器的權(quán)限管理，系統(tǒng)中部分功能的變動(dòng)也不必更改硬體，例如食品廠的飲料配方的改變，只要在網(wǎng)路上進(jìn)行程式更改即可。

軟體加值加上原有的硬體優(yōu)勢(shì)，讓工業(yè)電腦廠商的工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)架構(gòu)可以一體化，同時(shí)在系統(tǒng)各階層的相關(guān)配套方案，彼此架構(gòu)相同，可快速整合出客戶所需規(guī)格，縮短系統(tǒng)導(dǎo)入時(shí)間。

工控大廠積極布局工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)

全球製造業(yè)大廠方面，各大廠都早有工業(yè)連網(wǎng)產(chǎn)品，在工業(yè)4.0概念興起後，也都開始進(jìn)一步強(qiáng)化這方面的布局，其中旗下產(chǎn)品的軟硬體系統(tǒng)整合與雲(yún)端建置都是重點(diǎn)。以西門子為例，西門子在1996年就針對(duì)共同性的整合硬體平臺(tái)提出解決方案，目的是在於縮短操作介面上所耗費(fèi)的時(shí)間。當(dāng)年主要是曾針對(duì)硬體方面的強(qiáng)化，卻沒有軟體層面，2010年西門子將軟硬體進(jìn)行整合化，重新推出TIA概念，後來也成為該公司各類型產(chǎn)品的設(shè)計(jì)主軸。

從工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)的生命週期來看，大約可分5個(gè)時(shí)期：1.系統(tǒng)規(guī)劃與系統(tǒng)設(shè)計(jì)；

2.試安裝；3.實(shí)際運(yùn)轉(zhuǎn)；4.維修保養(yǎng)；5.系統(tǒng)更新。在系統(tǒng)整合概念中，這5個(gè)階段的所有規(guī)劃，在第一階段就都必須整合設(shè)計(jì)進(jìn)去，例如最後的系統(tǒng)更新，並不一定是一次性的全面汰換，而是在穩(wěn)定考量下，按照計(jì)畫一部分一部分的更新，同時(shí)系統(tǒng)的延續(xù)與相容性也同時(shí)考慮，由於製造系統(tǒng)的產(chǎn)品生命週期都相當(dāng)長(zhǎng)，在10年後舊有系統(tǒng)能否與當(dāng)時(shí)的新設(shè)備相容，這些在設(shè)計(jì)初期都必須納入計(jì)畫。

維修方面在整合概念下所設(shè)計(jì)的系統(tǒng)，將使工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)的設(shè)定功能可以穩(wěn)定運(yùn)作，像是生產(chǎn)記錄、設(shè)備預(yù)診等，過去的作法多半是廠務(wù)人員自行規(guī)劃時(shí)間按表維修，以人力方式作業(yè)難免會(huì)產(chǎn)生疏失或是不周全之處，例如馬達(dá)雖未達(dá)維修時(shí)間，但卻長(zhǎng)期加時(shí)運(yùn)轉(zhuǎn)而產(chǎn)生疲態(tài)，導(dǎo)致在維修前故障，造成無預(yù)警停機(jī)，在工廠中，無預(yù)警停機(jī)通常會(huì)造成大規(guī)模的成本損失，在工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)概念下的馬達(dá)，運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)資料也同時(shí)被記錄，當(dāng)維修時(shí)間或運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)間達(dá)到預(yù)設(shè)值，即會(huì)通知廠務(wù)人員檢修，避免無預(yù)警停機(jī)情事發(fā)生。

工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)的兩種雲(yún)端做法

除了整合性概念外，雲(yún)端平臺(tái)的建置也是近年來各大工控廠商重要策略。與其他領(lǐng)域的物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)廠商相同，工控大廠的工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)雲(yún)端策略也都與異業(yè)合作，不過這種合作又分為兩種，一種是與大型雲(yún)端平臺(tái)廠商合作，像是微軟Azure、Google Cloud等，由於微軟在工業(yè)領(lǐng)域布局的時(shí)間比其它雲(yún)端平臺(tái)廠商都久，與相關(guān)廠商的合作也更緊密，因此包括施耐德、洛克威爾都選擇Azure作為工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)的雲(yún)端平臺(tái)首選，西門子的MindSphere除了Azure外，也可在Amazon的AWS、SAP Cloud Platform及Atos Canopy上運(yùn)作。另一種則是與在地雲(yún)端系統(tǒng)廠商合作，像是臺(tái)灣歐姆龍與宏碁雲(yún)架構(gòu)（eDC）合作推出的「AIOT解決方案」。

圖3 : 雲(yún)端平臺(tái)的建置已是近年來各大工控廠商重要決策。（Source:AI Trends）

工控大廠與大型雲(yún)端平臺(tái)的合作方式，都是透過自有的PaaS或SaaS平臺(tái)，例如西門子的MindSphere、施耐德的EcoStruxure、洛克威爾的FactoryTalk Analytics，再與IaaS雲(yún)端鏈結(jié)。

至於與在地雲(yún)端廠商的合作方式，則可共同開發(fā)出符合當(dāng)?shù)貜S商的系統(tǒng)功能，以歐姆龍的AIOT方案為例，在此解決方案中，歐姆龍負(fù)責(zé)提供了OT端的輸出入元件與各種裝置，透過控制應(yīng)用組件擷取設(shè)備訊號(hào)，並將之上傳至具邊緣運(yùn)算能力的中繼平臺(tái)，讓平臺(tái)分析數(shù)據(jù)並將之可視化，平臺(tái)經(jīng)過分析學(xué)習(xí)後，再以固定模型的演算法運(yùn)算出的關(guān)鍵參數(shù)，並發(fā)出指令給控制器，完成底層設(shè)備的智慧化運(yùn)作。

在此運(yùn)作過程中，所有OT設(shè)備都透過聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)將訊息傳送到歐姆龍具有上傳數(shù)據(jù)能力的控制器，此控制器在連結(jié)到宏碁雲(yún)架構(gòu)的SQL伺服器，並由SAFE OT雲(yún)端平臺(tái)顯示資訊，達(dá)到可視化效果，SAFE OT雲(yún)端平臺(tái)，則匯集OT設(shè)備端的各種訊息，並將之彙整顯示為儀表板，讓管理者可一目了然掌握產(chǎn)線的所有狀態(tài)。

觀察目前市場(chǎng)發(fā)展，無論是工業(yè)電腦或全球工控大廠，在工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)的技術(shù)與產(chǎn)品都已齊備，製造業(yè)者要導(dǎo)入以非難事，不過設(shè)備供應(yīng)商指出，現(xiàn)在導(dǎo)入的重點(diǎn)在於企業(yè)本身需要知道自己要解決那些問題，系統(tǒng)的建置才有意義，在製造系統(tǒng)中，工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)只是工具而非解答，企業(yè)必須先行釐清自身需求，才能跨出智慧製造的第一步。

*刊頭圖（Source:Mojix）