工業(yè)4.0時(shí)代來(lái)臨，設(shè)備及產(chǎn)線(xiàn)的自動(dòng)化將為製造業(yè)帶來(lái)全新樣貌。
工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)加速佈建，智慧邊緣逐漸成形，製造業(yè)面臨數(shù)位轉(zhuǎn)型浪潮。
如何有效率進(jìn)行智慧邊緣的管理，也成為當(dāng)務(wù)之急。
工業(yè)4.0時(shí)代來(lái)臨，設(shè)備及產(chǎn)線(xiàn)的數(shù)位自動(dòng)化將為製造業(yè)帶來(lái)全新樣貌。由於工業(yè)自動(dòng)化無(wú)法全然取代人力，但了解並學(xué)習(xí)相關(guān)知識(shí)與技能將有助於佈局轉(zhuǎn)型隨著工業(yè)4.0的驅(qū)動(dòng)，工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)（IIoT）也加速佈建，智慧邊緣逐漸成形，製造業(yè)正面臨數(shù)位轉(zhuǎn)型浪潮。施耐德電機(jī)指出，接下來(lái)工業(yè)自動(dòng)化轉(zhuǎn)型的三大方向，將包含：工業(yè)自動(dòng)化大幅提高產(chǎn)能、改變勞動(dòng)力架構(gòu)，以及對(duì)環(huán)境更友善等趨勢(shì)。
提高產(chǎn)能
隨著全球工業(yè)市場(chǎng)面臨少子化與勞力市場(chǎng)人力短缺等挑戰(zhàn)，人工成本已成為企業(yè)的龐大負(fù)擔(dān)。自動(dòng)化系統(tǒng)能大幅降低人為操作之誤差及變數(shù)，加速生產(chǎn)流程並提升效率，釋放人力轉(zhuǎn)向更能創(chuàng)造附加價(jià)值的工作，有效降低勞動(dòng)成本。而數(shù)位轉(zhuǎn)型及工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)（IIoT）的出現(xiàn)，也意味著機(jī)器能更有效地運(yùn)作和維護(hù)，減少停機(jī)時(shí)間且能根據(jù)臨時(shí)需求彈性調(diào)整。
改變勞動(dòng)力架構(gòu)
全球疫情影響除了讓製造業(yè)現(xiàn)場(chǎng)人員難以復(fù)工外，連帶造成斷鏈、缺工等危機(jī)，迫使製造業(yè)轉(zhuǎn)型意識(shí)抬頭，加速步入自動(dòng)化。遠(yuǎn)端工作模式成為後疫情時(shí)代的關(guān)鍵趨勢(shì)，同時(shí)也突顯數(shù)位化工具和技術(shù)的重要性。疫情帶來(lái)的新常態(tài)讓數(shù)位化需求漸增，數(shù)位化解決方案使員工能從遠(yuǎn)端安全地監(jiān)控、操作和維修機(jī)械設(shè)備；管理人員也能輕鬆透過(guò)數(shù)據(jù)製定或調(diào)整相關(guān)決策，提高整體營(yíng)運(yùn)效率。此外，多元高科技人才正是工業(yè)自動(dòng)化的重要推手，因此若能將自動(dòng)化技能納入教育培訓(xùn)，也是轉(zhuǎn)型重要的一環(huán)。
對(duì)環(huán)境更友善
臺(tái)灣能源高度倚賴(lài)進(jìn)口，政府近年也積極推動(dòng)能源轉(zhuǎn)型。自動(dòng)化解決方案能幫助製造業(yè)減少其能源消耗以及溫室氣體排放，藉由工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)連結(jié)設(shè)備和產(chǎn)線(xiàn)，實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)多個(gè)站點(diǎn)及其運(yùn)營(yíng)數(shù)據(jù)，進(jìn)而高效率管理生產(chǎn)流程，將有助於優(yōu)化整體設(shè)備的生產(chǎn)效率。
| 圖1 : 導(dǎo)入智慧邊緣讓自動(dòng)化轉(zhuǎn)型加速，可提高產(chǎn)能、改變勞動(dòng)力架構(gòu)。（source：施耐德電機(jī)） |
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自動(dòng)化應(yīng)用加速
隨著通膨與經(jīng)濟(jì)低迷的影響，全球有過(guò)半的企業(yè)正面臨嚴(yán)重的人才與技術(shù)缺口。在此同時(shí)，企業(yè)也正面臨營(yíng)運(yùn)成本增加的壓力。IDC預(yù)測(cè)，自動(dòng)化將成為企業(yè)解決壓力的重要投資。而企業(yè)的自動(dòng)化應(yīng)用，目前仍面臨AI應(yīng)用擴(kuò)展及協(xié)同串接的難題，且目前單模態(tài)的AI應(yīng)用已不足以滿(mǎn)足企業(yè)在即時(shí)決策、預(yù)測(cè)能力的需求。未來(lái)，能夠同步處理文本、視覺(jué)影像、音訊等應(yīng)用的多模態(tài)AI，將有機(jī)會(huì)協(xié)助企業(yè)解決這些難題，提供更精準(zhǔn)的自動(dòng)化性能，以跨越企業(yè)內(nèi)各種業(yè)務(wù)流程的決策串流障礙。
也由於企業(yè)數(shù)位轉(zhuǎn)型與升級(jí)浪潮的驅(qū)動(dòng)，使得物聯(lián)網(wǎng)裝置增加，資料量也大增，加上雲(yún)端與邊緣運(yùn)算技術(shù)量能的提升，數(shù)位雙生（Digital Twin）也已經(jīng)開(kāi)始跳脫過(guò)去集中於國(guó)防、航太、能源、政府應(yīng)用等產(chǎn)業(yè)，開(kāi)始跨入大型製造業(yè)、倉(cāng)儲(chǔ)物流與產(chǎn)業(yè)供應(yīng)鏈。過(guò)去市場(chǎng)普遍認(rèn)為，數(shù)位雙生的部署需要一次性的大量資金與平臺(tái)技術(shù)轉(zhuǎn)換，但隨著企業(yè)在數(shù)位轉(zhuǎn)型、自動(dòng)化需求的增加，以及物聯(lián)網(wǎng)、人工智慧、機(jī)器學(xué)習(xí)、5G通訊、AR擴(kuò)增實(shí)境等裝置與技術(shù)的輔助，企業(yè)也開(kāi)始思考如何利用小規(guī)模或客製化的應(yīng)用，來(lái)進(jìn)行數(shù)位雙生相關(guān)的導(dǎo)入。IDC預(yù)測(cè)，2023年開(kāi)始數(shù)位雙生的部署將更多元，並將在不同產(chǎn)業(yè)與不同企業(yè)規(guī)模間階段性的導(dǎo)入。
為傳統(tǒng)製造業(yè)注入智慧動(dòng)能
由於時(shí)代快速變遷，傳統(tǒng)製造業(yè)開(kāi)始面臨兩大困境，包含產(chǎn)線(xiàn)逐漸老舊且效率不佳，與外部環(huán)境新技術(shù)演進(jìn)超越企業(yè)內(nèi)部的發(fā)展速度，這樣的現(xiàn)況使得企業(yè)為了提升市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)力，智慧轉(zhuǎn)型導(dǎo)入已成為營(yíng)運(yùn)的首要策略。以臺(tái)廠(chǎng)Hopax聚和國(guó)際為例，該公司自1975年成立至今，也正面臨迫在眉睫的數(shù)位轉(zhuǎn)型需求，近年特用化學(xué)產(chǎn)業(yè)積極推動(dòng)工業(yè)4.0，建構(gòu)智慧工廠(chǎng)，聚和亦不例外，大量採(cǎi)用IOT技術(shù)，整合現(xiàn)有IT與OT系統(tǒng)，並致力將產(chǎn)線(xiàn)智能化，使生產(chǎn)作業(yè)與參數(shù)朝向最佳化，以快速回應(yīng)客戶(hù)需求變化。
目前這些傳統(tǒng)廠(chǎng)商面臨到的狀況之一，就是虛擬主機(jī)的環(huán)境記憶體不足，儲(chǔ)存設(shè)備持續(xù)發(fā)出空間不足的警訊通知，使得該公司面臨到數(shù)位轉(zhuǎn)型時(shí)程一再延遲的狀況。此外，老舊設(shè)備與備份軟體未能有效整合，也將造成資料備份不夠完善，或備份容易中斷無(wú)法順利完成的情況，一旦遭受勒索病毒攻擊，恐即刻面臨資料安全危機(jī)。然而，隨著全球淨(jìng)零碳排趨勢(shì)與臺(tái)灣溫室氣體減量及管理法受強(qiáng)烈關(guān)注，本土廠(chǎng)商也都必須積極著手低碳轉(zhuǎn)型、制定減碳計(jì)畫(huà)，提前做好準(zhǔn)備來(lái)達(dá)到永續(xù)的目標(biāo)。
聚和在採(cǎi)用了Pure Storage資料儲(chǔ)存裝置後，提供了更快速、更簡(jiǎn)易的IT環(huán)境，運(yùn)行成本低，占用空間小，壽命也比傳統(tǒng)儲(chǔ)存裝置更長(zhǎng)，每年可減少2萬(wàn)度耗電量，並降低每年10噸的碳排放量，對(duì)於推進(jìn)ESG永續(xù)目標(biāo)有很大的幫助。
智能化管理
5G與人工智慧（AI）技術(shù)加乘，邊緣運(yùn)算應(yīng)用場(chǎng)景也日趨多元，成為各垂直應(yīng)用市場(chǎng)產(chǎn)業(yè)升級(jí)或轉(zhuǎn)型的契機(jī)。Apacer宇瞻科技指出，智慧城市常見(jiàn)的連網(wǎng)監(jiān)視與情境感知技術(shù)，近來(lái)也延伸應(yīng)用於不同領(lǐng)域，例如國(guó)防領(lǐng)域、工業(yè)領(lǐng)域、交通領(lǐng)域等。透過(guò)AI技術(shù)分析、整合感測(cè)器收集的資料，可為管理者提供決策所需的關(guān)鍵資訊。此外，在鐵路交通情境，整合自動(dòng)列車(chē)運(yùn)行（ATO）技術(shù)，輔以軌道或站臺(tái)影像監(jiān)控、乘客資訊系統(tǒng)等邊緣數(shù)據(jù)分析與管理，也將大幅提升鐵路運(yùn)行安全性。
而這些新興的應(yīng)用場(chǎng)景，都仰賴(lài)高度穩(wěn)定的儲(chǔ)存裝置與運(yùn)算系統(tǒng)。而當(dāng)前，現(xiàn)代化工業(yè)設(shè)備也在保證產(chǎn)品品質(zhì)和穩(wěn)定性的前提下，需要更高的運(yùn)算性能和更豐富的周邊。這些邊緣運(yùn)算的應(yīng)用，是透過(guò)大量隨機(jī)的小檔案寫(xiě)入型態(tài)，這常常導(dǎo)致工業(yè)級(jí)SSD的快閃記憶體壽命過(guò)早耗盡，再加上常處?kù)稑O端環(huán)境的應(yīng)用領(lǐng)域，這些狀況都會(huì)對(duì)運(yùn)算系統(tǒng)的穩(wěn)定性造成極大威脅。
工業(yè)環(huán)境的資安風(fēng)險(xiǎn)
數(shù)位科技正帶動(dòng)一波新的工業(yè)革命，但同時(shí)也製造了許多新的資安風(fēng)險(xiǎn)。工業(yè)4.0象徵著資訊技術(shù)（IT）與營(yíng)運(yùn)技術(shù)（OT）的徹底整合，進(jìn)而提升工廠(chǎng)的效率並節(jié)省成本，但這同時(shí)也讓關(guān)鍵的製造系統(tǒng)暴露於駭客入侵的風(fēng)險(xiǎn)。隨著老舊系統(tǒng)連上了網(wǎng)路以及數(shù)位轉(zhuǎn)型擴(kuò)大了受攻擊面，OT和IIoT環(huán)境特別容易遭到漏洞攻擊。
人機(jī)介面（HMI）軟體的漏洞是該領(lǐng)域的主要資安風(fēng)險(xiǎn)來(lái)源。例如在2021年所有可能影響關(guān)鍵製造業(yè)的漏洞中，有將近89%的漏洞都能用於製造衝擊，包括阻斷服務(wù)、破壞生產(chǎn)流程，或是竊取資料。根據(jù)趨勢(shì)科技的研究指出，每一起ICS/OT資安事件的平均成本約將近300萬(wàn)美元。然而，要將營(yíng)運(yùn)關(guān)鍵系統(tǒng)離線(xiàn)來(lái)測(cè)試或套用修補(bǔ)更新，對(duì)工業(yè)環(huán)境來(lái)說(shuō)是一項(xiàng)艱難挑戰(zhàn)。
| 圖2 : 智慧邊緣應(yīng)用案例：皓博科技推出的智慧震動(dòng)診斷監(jiān)測(cè)解決方案。（攝影：王岫晨） |
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邊緣裝置的安全性問(wèn)題
恩智浦半導(dǎo)體資深行銷(xiāo)經(jīng)理黃健洲指出，未來(lái)的系統(tǒng)將包含數(shù)十億個(gè)互連裝置。這些裝置將成為對(duì)攻擊者具有吸引力的目標(biāo)。邊緣裝置是這些系統(tǒng)的重要部分。當(dāng)這些裝置與遠(yuǎn)端服務(wù)以及雲(yún)端服務(wù)連線(xiàn)時(shí)，可以在更接近資料產(chǎn)生的位置處理資料。這些裝置從感測(cè)器收集原始資料，分析並擷取相關(guān)資訊，然後將資訊傳送到雲(yún)端並呈現(xiàn)給本機(jī)使用者。在大多數(shù)的情況下，這些資訊包含需要加以保護(hù)的敏感資料。此外，一些邊緣裝置都配備有致動(dòng)器，目的是用來(lái)控制可能會(huì)被濫用的公用設(shè)施和機(jī)械設(shè)備。因此，需要驗(yàn)證從遠(yuǎn)端服務(wù)收到的命令是否真實(shí)，並且是否源自於適宜的控制實(shí)體。這也使得邊緣裝置成為攻擊者關(guān)注的目標(biāo)。
一般來(lái)說(shuō)，安全性是一種整體系統(tǒng)屬性，而非一種附加屬性。系統(tǒng)的安全程度取決於攻擊者可觸及的最薄弱組件。邊緣裝置將在系統(tǒng)安全性中扮演多種角色，邊緣裝置屬於優(yōu)先攻擊目標(biāo)，攻擊者攻擊控制許多裝置的邊緣裝置，可以獲得更高的投資報(bào)酬，所以這些裝置必須得到相應(yīng)的保護(hù)。而透過(guò)將安全性較低的子系統(tǒng)進(jìn)行必要的隔離，或向其提供安全服務(wù)，將有助於提升系統(tǒng)的整體安全性。大多數(shù)保護(hù)網(wǎng)路裝置的基本概念，也可用於保護(hù)邊緣裝置，例如：
●傳輸中的資料
●存取控制機(jī)制
●靜止資料
然而，儘管資料中心的基礎(chǔ)設(shè)施（通常部署雲(yún)端服務(wù)的地方）會(huì)為儲(chǔ)存和處理的資料提供固有的實(shí)體保護(hù)，但邊緣裝置所在的位置幾乎沒(méi)有或者完全沒(méi)有任何實(shí)體保護(hù)與保障。這就意味著需要為邊緣裝置部署附加保護(hù)和某種程度的入侵偵測(cè)功能。在系統(tǒng)晶片（SoC）層級(jí)，這些需求必須有以下硬體功能支援，並結(jié)合特定的軟體緩解技術(shù)，來(lái)保護(hù)並因應(yīng)此類(lèi)攻擊：
●信任根（RoT）
●安全開(kāi)機(jī)
●竄改偵測(cè)
●安全鎖區(qū)
邊緣裝置及其資料保護(hù)能力，是邊緣運(yùn)算安全效能的一個(gè)關(guān)鍵組成部分，但是保護(hù)網(wǎng)路和雲(yún)端服務(wù)避免受邊緣裝置影響而變換成遠(yuǎn)端控制武器也非常重要。邊緣裝置需要以各種新方式處理日益增加的大量資料。多年來(lái)，為了解決這個(gè)問(wèn)題，運(yùn)算能力和可用的網(wǎng)路頻寬都在成長(zhǎng)。隨著邊緣人工智慧（AI）的出現(xiàn)，以及5G和更快速Wi-Fi技術(shù)的部署，這種趨勢(shì)仍會(huì)延續(xù)。鑒於邊緣裝置和雲(yún)端基礎(chǔ)設(shè)施之間的互動(dòng)越來(lái)越緊密，透過(guò)裝置複製，以及拒絕服務(wù)（DoS）攻擊方法來(lái)破壞雲(yún)端服務(wù)的風(fēng)險(xiǎn)也正日益增加。
邊緣裝置安全包括兩個(gè)層面：功能安全與平臺(tái)安全。針對(duì)這兩種安全功能，可利用一些基本的密碼學(xué)特徵來(lái)保護(hù)邊緣節(jié)點(diǎn)的安全性。透過(guò)加密協(xié)定和金鑰管理技術(shù)，可以保護(hù)傳輸中的資料和靜止資料，並可確保邊緣裝置開(kāi)機(jī)和運(yùn)行真實(shí)且獲得授權(quán)的韌體和軟體。另外，可以為裝置組建唯一的身分，以便在邊緣裝置端對(duì)其進(jìn)行驗(yàn)證和保護(hù)，同時(shí)在雲(yún)端基礎(chǔ)設(shè)施端將其用於存取控制。此唯一身分可幫助偵測(cè)裝置是否已受損並需要隔離以防DoS攻擊。
邊緣設(shè)備部署的必要性
工業(yè)製造商在尋求數(shù)位轉(zhuǎn)型的過(guò)程中，希望透過(guò)人工智慧、分析、 製造執(zhí)行系統(tǒng)（Manufacturing Execution System；MES）等方面的創(chuàng)新，來(lái)擴(kuò)大數(shù)位轉(zhuǎn)型計(jì)劃，並充分利用更接近工業(yè)數(shù)據(jù)來(lái)源的即時(shí)智慧。這造成了應(yīng)用延遲、設(shè)備管理和安全問(wèn)題等方面的痛點(diǎn)，凸顯了邊緣到雲(yún)平衡部署的必要性。因此在工業(yè)轉(zhuǎn)型的過(guò)程中，需要一個(gè)端到端的智慧邊緣管理解決方案，來(lái)執(zhí)行強(qiáng)大的邊緣運(yùn)算策略，進(jìn)而最大限度地提高整體部署的成功率，從任何地點(diǎn)控制並管理設(shè)備上的應(yīng)用部署，同時(shí)還能改善安全狀況。
洛克威爾自動(dòng)化表示，工業(yè)組織應(yīng)用各種技術(shù)來(lái)解決邊緣案例和規(guī)模等問(wèn)題，有一點(diǎn)將變得非常重要，他們需要一個(gè)安全、經(jīng)濟(jì)效益高的邊緣基礎(chǔ)設(shè)施來(lái)大規(guī)模管理越來(lái)越多的分散式設(shè)備。隨著工業(yè)使用案例範(fàn)圍的不斷擴(kuò)大，原始設(shè)備製造商、解決方案提供商和最終用戶(hù)將很快意識(shí)到，用這種基礎(chǔ)架構(gòu)解決方案來(lái)實(shí)現(xiàn)不同工廠(chǎng)的邊緣實(shí)施和管理的必要性。
結(jié)語(yǔ)
隨著客戶(hù)朝著企業(yè)聯(lián)網(wǎng)生產(chǎn)系統(tǒng)的方向發(fā)展，他們發(fā)現(xiàn)很難讓數(shù)據(jù)走出孤島、管理分散式表面計(jì)算及快速部署軟體。透過(guò)將硬體與邊緣調(diào)度（orchestration）功能相結(jié)合，並將應(yīng)用部署到邊緣，客戶(hù)就能夠更快地?cái)U(kuò)展他們的數(shù)位轉(zhuǎn)型計(jì)劃，並從自己的邊緣應(yīng)用中獲得更大的價(jià)值。
