回顧上世紀(jì)末全球化貿(mào)易發(fā)展與傳統(tǒng)上班族的生活型態(tài)改變，都讓原本在餐桌上的食物逐步走進(jìn)超商、外送等不同物流體系與消費(fèi)通路，並促進(jìn)上中游供應(yīng)鏈的食品加工和包裝機(jī)械隨之推陳出新，並藉此塑造食安與剩餘資材再利用的閉循環(huán)生態(tài)系成型。

尤其是在臺(tái)灣經(jīng)歷多起黑心食安、輻食、萊豬事件之後，行政院還推出了「食安五環(huán)政策」，以確保食品從農(nóng)場(chǎng)到餐桌過(guò)程中的生產(chǎn)、製造、流通、販?zhǔn)勖慷苇h(huán)節(jié)皆符合衛(wèi)生、環(huán)保、安全標(biāo)準(zhǔn)。除了上游生產(chǎn)端的環(huán)境與材料、加工設(shè)備及關(guān)鍵零組件潔淨(jìng)度，必須達(dá)到食品GMP等級(jí)，甚至是歐盟食品認(rèn)證的嚴(yán)苛標(biāo)準(zhǔn)。進(jìn)入工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)（IIoT）時(shí)代，更要求業(yè)者須能建構(gòu)Turnkey整廠輸出自動(dòng)化設(shè)備，以有效提升競(jìng)爭(zhēng)力。

Festo助力食品機(jī)械業(yè) 打造Digital Twins食品安全鏈

德商飛斯妥公司（Festo）便長(zhǎng)期傾力支援食品機(jī)械與包裝產(chǎn)業(yè)，對(duì)於品牌和質(zhì)量的要求涵括多方面，例如：智能化和易操作的產(chǎn)品設(shè)計(jì)、使用壽命長(zhǎng)、持久的效率優(yōu)化，以及全球化及全天候的服務(wù)。

近年來(lái)更積極在設(shè)備零組件及次系統(tǒng)上，發(fā)展出更多符合食品衛(wèi)生安全且模組化系統(tǒng)化的產(chǎn)品，例如夾管閥VZQA、MCS等，進(jìn)而擺脫過(guò)去以氣動(dòng)為主的固有印象。於Festo德國(guó)總部積極發(fā)展總線控制相關(guān)產(chǎn)品（seamless connectivity），並透過(guò)IEC 61131-3國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)的CoDeSys編程軟體，在控制器上實(shí)現(xiàn)可視化的編輯介面。

尤其是現(xiàn)今導(dǎo)入製程自動(dòng)化（Process Automation）的傳統(tǒng)食品機(jī)械，大多仍須透過(guò)機(jī)械閥件與控制盤(pán)進(jìn)行人工手動(dòng)調(diào)整，沿襲舊型態(tài)的師傅經(jīng)驗(yàn)法則，既無(wú)法有效針對(duì)製程能力進(jìn)行統(tǒng)計(jì)優(yōu)化；且對(duì)其製程穩(wěn)定度，也只能仰賴(lài)師傅進(jìn)行情境模式化的調(diào)整，而無(wú)法系統(tǒng)化傳承製程經(jīng)驗(yàn)與調(diào)整法則依據(jù)。

Festo除了增加與上位控制系統(tǒng)的靈活溝通協(xié)調(diào)能力之外，還可以在原來(lái)stand-alone的設(shè)備上增添額外智慧化功能，以快速反應(yīng)設(shè)備狀態(tài)與目前相關(guān)製程參數(shù)的數(shù)值，讓操作人員可以更直觀且即時(shí)地確認(rèn)設(shè)備狀態(tài)與紀(jì)錄和操作。因應(yīng)食品設(shè)備在接觸區(qū)、非接觸區(qū)幾乎以氣動(dòng)或具有高IP防護(hù)等級(jí)（IP65、IP67）產(chǎn)品為主，為了避免液壓管件洩漏而引發(fā)食品衛(wèi)生安全問(wèn)題；或是在有水氣製程下使用電器相關(guān)產(chǎn)品，引發(fā)用電安全等疑慮。

隨著國(guó)際淨(jìng)零碳排與電費(fèi)逐漸高漲的趨勢(shì)下，設(shè)備的節(jié)能效率與乾淨(jìng)壓縮空氣的高效應(yīng)用，也逐漸在工廠支出成本上扮演著舉足輕重的地位，連同整廠空壓系統(tǒng)效率的改善與優(yōu)化，都是現(xiàn)今食品加工製造關(guān)注的重要議題。

Festo還針對(duì)設(shè)備節(jié)能及預(yù)測(cè)健康診斷需求，發(fā)展出了一整套系列的MS氣源處理產(chǎn)品，經(jīng)過(guò)組合電控開(kāi)/關(guān)閥、不同粒徑的過(guò)濾器，可依照客戶設(shè)備實(shí)際需求，進(jìn)行彈性化調(diào)配，同時(shí)輸出穩(wěn)定且高潔淨(jìng)度的壓縮空氣，進(jìn)而推出一款跨時(shí)代的節(jié)能產(chǎn)品E2M/C2M，即時(shí)監(jiān)控設(shè)備節(jié)能優(yōu)化與動(dòng)態(tài)。

當(dāng)設(shè)備在相同製程作動(dòng)下會(huì)有可預(yù)估的狀態(tài)行為模式，E2M/C2M 節(jié)能模組就如同智慧手錶上偵測(cè)「呼吸/心跳」的用途一樣，可結(jié)合壓力、流量等感測(cè)器，與支援EtherCAT、ProfiNet、EtherNet/IP等主流工控協(xié)議通訊介面，成為一部具有彈性反應(yīng)範(fàn)圍的設(shè)備聽(tīng)診器，隨時(shí)監(jiān)聽(tīng)在時(shí)間範(fàn)圍內(nèi)空氣耗損量的變化，並針對(duì)相關(guān)變化制定智慧反應(yīng)行為，以達(dá)到工業(yè) 4.0 的需求。其主要的功能包含：

1. 檢測(cè)到設(shè)備處?kù)堕f置狀態(tài)下，自動(dòng)關(guān)閉氣源，減少能源耗損

2. 具有自動(dòng)檢測(cè)洩漏功能，可發(fā)出警告，通知操作人員確認(rèn)

3. 可結(jié)合工單與製程資料進(jìn)行資料整理分析，增加資訊通透性與 RISK 處理能力

Festo指出，目前使用者透過(guò)在現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備的氣源管線或氣源處理加裝 E2M/C2M 節(jié)能模組，即可自動(dòng)感測(cè)「設(shè)備製程作動(dòng)/非作動(dòng)」、與非預(yù)期洩漏感知等功能，針對(duì)廠內(nèi)壓縮空氣進(jìn)行有效的管理與控制。藉以偵測(cè)壓縮空氣的流量，結(jié)合製程資訊與紀(jì)錄，實(shí)際反應(yīng)每次工單的作業(yè)歷程與設(shè)備的作動(dòng)情況，並加以歸納分析，確認(rèn)生產(chǎn)時(shí)的正常作動(dòng)狀態(tài)，與可容許作業(yè)之流量耗用值（Threshold）。

再將相關(guān)的監(jiān)控邏輯設(shè)定在 E2M/C2M 節(jié)能模組，即可增加設(shè)備上的智慧聽(tīng)診功能，做好設(shè)備的智能反應(yīng)；就如同人體上的智慧偵測(cè)裝置一樣，只要超過(guò)設(shè)定的容許範(fàn)圍值，就會(huì)反應(yīng)到上位控制器並發(fā)出訊號(hào)警示，降低生產(chǎn)時(shí)的作業(yè)風(fēng)險(xiǎn)，並落實(shí)設(shè)備上相關(guān)元件的健康維護(hù)。進(jìn)而降低廠內(nèi)空壓機(jī)24小時(shí)不間斷工作的機(jī)率，節(jié)約壓縮空氣資源與整廠空壓系統(tǒng)電費(fèi)的耗損

目前Festo還為客戶提供了一套符合ISO/DIS 11011規(guī)範(fàn)的碳中和、整廠系統(tǒng)節(jié)能減排方案，利用Festo在氣動(dòng)元件開(kāi)發(fā)與處理的專(zhuān)家經(jīng)驗(yàn)，來(lái)協(xié)助客戶進(jìn)行工廠端空壓系統(tǒng)與規(guī)畫(huà)的總體檢，並透過(guò)詳細(xì)的分析數(shù)據(jù)與工具選用製程與元件，優(yōu)化整廠壓縮空氣的使用效率與建立後續(xù)維護(hù)法則，將工廠的能源使用效率進(jìn)行最大優(yōu)化。

在看板管理部分，F(xiàn)esto推出 CPX-IOT 閘道器，並建置了對(duì)Festo 電動(dòng)產(chǎn)品的參數(shù)交握能力，例如 E2M/C2M 節(jié)能模組；對(duì)於其他公司產(chǎn)品，可以使用Node-Red技術(shù)與 ModbusTCP、OPCUA等資料交換模式整合。

舉Festo體驗(yàn)中心（Festo Experience Center）為例，正是利用CPX-IOT閘道器與其他展示設(shè)備，由Node-Red與MQTT等工具建置公司內(nèi)網(wǎng)/外網(wǎng)的整體看板系統(tǒng)；進(jìn)而結(jié)合資料庫(kù)（Database），對(duì)於相關(guān)重要製程參數(shù)記錄回溯與分析，建置公司即時(shí)運(yùn)作狀態(tài)的數(shù)位戰(zhàn)情室（Data Dashboard），打造完整的資訊鏈，並進(jìn)行後續(xù)的數(shù)據(jù)分析研究與製程精進(jìn)研究，完整為將來(lái)的 Digital Twins 打下了完美的基礎(chǔ)。

目前在食品與食品包裝等傳統(tǒng)製造產(chǎn)業(yè)中，F(xiàn)esto正極力開(kāi)發(fā)更多新產(chǎn)品，以符合未來(lái)資訊時(shí)代工業(yè) 4.0、Digital Twins上的問(wèn)題與挑戰(zhàn)；同時(shí)也以最佳戰(zhàn)略合作夥伴的方式，為客戶考量總體擁有成本（TCO）的產(chǎn)值效益最大化，共同打造雙贏局面，繼續(xù)與食品與包裝機(jī)械產(chǎn)業(yè)進(jìn)行更多深化合作，創(chuàng)造食品智慧機(jī)械產(chǎn)業(yè)輝煌時(shí)代。

圖1 : Festo還針對(duì)設(shè)備節(jié)能及預(yù)測(cè)健康診斷需求，推出新一代E2M/C2M，即時(shí)監(jiān)控設(shè)備節(jié)能優(yōu)化與動(dòng)態(tài)。（source：Festo）

Beckhoff全方位整廠解決方案 確保符合嚴(yán)苛食安認(rèn)證標(biāo)準(zhǔn)

倍福自動(dòng)化公司（Beckhoff），也將食品及包裝機(jī)械，皆歸類(lèi)為其專(zhuān)業(yè)自動(dòng)化領(lǐng)域的OEM設(shè)備項(xiàng)目，成為該公司遍佈全球和臺(tái)灣的主力業(yè)務(wù)之一，至今仍維持穩(wěn)定成長(zhǎng)。

舉例來(lái)說(shuō)，Beckhoff位於美國(guó)的客戶ProSpection Solutions公司，主要從事肉類(lèi)、乳製品等產(chǎn)品和包裝檢測(cè)的自動(dòng)化，自2017年開(kāi)始只花了兩年就從經(jīng)銷(xiāo)商轉(zhuǎn)型成為OEM設(shè)備製造商，完成了首批防護(hù)等級(jí)高達(dá)IP69K的低密度異物檢測(cè)及清除系統(tǒng)。便是導(dǎo)入Beckhoff基於EtherCAT和IPC的控制技術(shù)為核心，其中內(nèi)建TwinCAT 3自動(dòng)化軟體的CX5140嵌入式控制器而開(kāi)發(fā)設(shè)計(jì)出來(lái)的首套高精密食品檢測(cè)系統(tǒng)解決方案，協(xié)助使用者優(yōu)化食品光學(xué)檢測(cè)，將異物檢測(cè)率提高了5倍。

藉此從多個(gè)拍攝角度掃描和檢測(cè)牛肉、豬肉、家禽、寵物食品、乳酪絲、義大利麵等預(yù)製食品的整個(gè)表面，確保在加工生產(chǎn)流程不會(huì)存在各種雜質(zhì)和異物，包括硬塑膠和軟塑膠、個(gè)人防護(hù)用品（PPE）和生產(chǎn)設(shè)備中其它很多常見(jiàn)物質(zhì)。

因?yàn)樵讵?dú)立電腦上運(yùn)行的ProSpection專(zhuān)有的視覺(jué)檢測(cè)軟體，還必須與設(shè)備上的控制器即時(shí)高速通信，所以選擇了Beckhoff基於EtherCAT可自由選擇拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，以支援其他現(xiàn)場(chǎng)匯流排等30多種重要的通信協(xié)定；同時(shí)基於IPC的開(kāi)放式自動(dòng)化控制技術(shù)，也簡(jiǎn)化了協(xié)力廠商零組件的控制程式設(shè)計(jì)。

ProSpection公司技術(shù)副總監(jiān) Kyle Knudsen進(jìn)一步指出，更重要的是因?yàn)樵撓到y(tǒng)相機(jī)會(huì)同時(shí)檢測(cè)產(chǎn)品的頂部和底部，所以在檢測(cè)產(chǎn)品時(shí)毋須翻轉(zhuǎn)產(chǎn)品，所需占地面積要比其它同類(lèi)系統(tǒng)小得多，解決了工程團(tuán)隊(duì)在設(shè)計(jì)和部署設(shè)備時(shí)會(huì)遇到的挑戰(zhàn)，且提供比同類(lèi)設(shè)備更高的輸送量和可靠性。

且當(dāng)該公司剛轉(zhuǎn)型製造設(shè)備時(shí)，?部工程團(tuán)隊(duì)的程式設(shè)計(jì)資源其實(shí)非常有限，受惠於Beckhoff團(tuán)隊(duì)的支援對(duì)於系統(tǒng)成功便至關(guān)重要，不僅透過(guò)TwinCAT 3幾乎編寫(xiě)了所有設(shè)備的運(yùn)動(dòng)控制程式，再經(jīng)過(guò)ADS通訊傳遞到ProSpection自有視覺(jué)軟體整合，完成了PLC編程工作；再經(jīng)自動(dòng)化系統(tǒng)將檢測(cè)結(jié)果記錄在SQL資料庫(kù)中，並存儲(chǔ)用於顯示附帶時(shí)間戳記的每種污染物的剪裁圖片，讓客戶能夠查看檢測(cè)到的污染物，消除設(shè)備問(wèn)題，減少浪費(fèi)。

如今，通過(guò)ADS協(xié)定與CX5140即時(shí)通信，已可達(dá)到每小時(shí)高精確處理10,000~25,000磅或4,535~11,340公斤的產(chǎn)品，並即時(shí)自動(dòng)清除生產(chǎn)線上所有受到污染者，吞吐率要比市場(chǎng)上典型的同類(lèi)系統(tǒng)高出3~5倍。

「該檢測(cè)系統(tǒng)讓我們的客戶能夠以明顯更高的一致性、準(zhǔn)確性，以及比其它檢測(cè)方法快得多的速度檢測(cè)和清除生產(chǎn)流程中的異物。」ProSpection公司總裁兼CEO Jeff Youngs表示。「目前這套系統(tǒng)已經(jīng)成為 Prospection的旗艦系列產(chǎn)品，成功吸引了食品行業(yè)最大的包裝消費(fèi)品（CPG）製造商的注意。」

圖2 : ProSpection Solutions公司導(dǎo)入Beckhoff基於EtherCAT和IPC（CX5140）嵌入式控制技術(shù)為核心，並利用其中內(nèi)建的TwinCAT 3軟體而開(kāi)發(fā)設(shè)計(jì)出來(lái)首套防護(hù)等級(jí)IP69K的低密度異物檢測(cè)及清除系統(tǒng)。（source：beckhoff）

TXOne Networks導(dǎo)入資安　符合食品、製藥產(chǎn)業(yè)規(guī)範(fàn)

此外，在導(dǎo)入工業(yè)4.0科技過(guò)程中也必須兼顧資安所需授權(quán)認(rèn)證，由於Beckhoff新版TwinCAT 3可支援64bit運(yùn)算效能優(yōu)於上一代TwinCAT 2的32bit，得以支援最新防控機(jī)制，使用者須登入帳密才能遙控和更改配方，並記錄來(lái)訪者履歷；同時(shí)搭配TwinCAT 3的彈性擴(kuò)充Safety模組編程，以因應(yīng)食品加工業(yè)也許多屠宰肉品工廠的電器設(shè)備，符合歐盟規(guī)範(fàn)包含緩速停止、中斷動(dòng)作仍供電的SIL~SIL3等級(jí)規(guī)範(fàn)。

尤其是如藥廠、飲料（啤酒）廠因涉及人身安全，一旦被入侵或誤操作恐影響商譽(yù)數(shù)十年，更不得不慎。但因?yàn)閺S內(nèi)機(jī)臺(tái)維護(hù)不易，每次變動(dòng)都須經(jīng)重新認(rèn)證、追蹤，以確保不影響正常生產(chǎn)程序；且負(fù)責(zé)資安者並非經(jīng)營(yíng)團(tuán)隊(duì)，而是法務(wù)、稽核團(tuán)隊(duì)，導(dǎo)入時(shí)程更為漫長(zhǎng)。TXOne Network也基於同樣都需要遵守FDA、EMA、GMP或GAMP等法令規(guī)範(fàn)，推薦以下基於OT零信任的解決方案，以減輕食品、製造工廠可能遇到的潛在威脅：

1.安全檢測(cè)：採(cǎi)用USB形式的便攜式安全掃描工具（Trend Micro Portable Security 3），讓生產(chǎn)者在不改變複雜製造設(shè)備的情況下，毋須安裝軟體即可對(duì)於惡意資產(chǎn)掃描和清理、檢測(cè)惡意軟體。這將有助於確保設(shè)備的完整性，減少第三方軟體對(duì)藥品生產(chǎn)設(shè)備的影響；同時(shí)遵守製藥行業(yè)FDA的法規(guī)，避免違反設(shè)備供應(yīng)商的保修條款。

2.網(wǎng)路防禦：OT網(wǎng)絡(luò)防禦還可以利用網(wǎng)路分段、訪問(wèn)控制、虛擬補(bǔ)丁和更好的入侵檢測(cè)分析，來(lái)防止易受攻擊的資產(chǎn)演變成大規(guī)模災(zāi)難，使駭客更難收集資訊，或在OT網(wǎng)路內(nèi)進(jìn)行橫向移動(dòng)。

3.OT環(huán)境中的完全可見(jiàn)性：當(dāng)製藥廠將許多機(jī)器和系統(tǒng)連接到網(wǎng)路，而受到攻擊發(fā)生時(shí)，管理人員能第一時(shí)間發(fā)現(xiàn)並處理。透過(guò)OT Defense Console工具不僅能為製藥廠的網(wǎng)路安全管理提供全面、綜合的概覽；還可組織成為警報(bào)、資產(chǎn)和事件事件，使其網(wǎng)路安全團(tuán)隊(duì)得以直接監(jiān)控其企業(yè)工業(yè)控制系統(tǒng)的安全性。

TXOne Networks（睿控網(wǎng)安）執(zhí)行長(zhǎng)劉榮太博士表示：「目前TXOne Networks所投入的OT資安零信任機(jī)制，係基於對(duì)生產(chǎn)者場(chǎng)域和設(shè)備運(yùn)行狀況的瞭解，所提供的軟硬體工具也會(huì)在設(shè)備上不斷學(xué)習(xí)，辨識(shí)機(jī)臺(tái)在網(wǎng)路上正常的互動(dòng)行為，進(jìn)而提早發(fā)覺(jué)駭客侵入造成的異常行為、或是員工的誤操作並示警。」

圖3 : TXOne Networks基於同樣都需要遵守FDA、EMA、GMP等法令，推薦以下基於OT零信任的解決方案，以減輕食品、製造工廠可能遇到的潛在威脅。（source：TXOne）

實(shí)現(xiàn)循環(huán)經(jīng)濟(jì)生態(tài)圈 充分再利用食品剩餘資材

值得一提的是，隨著如今全球環(huán)保永續(xù)和提升糧食自給的意識(shí)加強(qiáng)，該如何將各式不同且大量剩餘資材充分轉(zhuǎn)化，在符合食品安全標(biāo)準(zhǔn)下，再製成符合消費(fèi)者認(rèn)知及認(rèn)同的食品，加入食品生產(chǎn)系統(tǒng)，讓原料可使用價(jià)值發(fā)揮得淋漓盡致；同時(shí)減少處理廢棄物的成本，強(qiáng)化企業(yè)永續(xù)發(fā)展的角色，成為食品生態(tài)圈關(guān)注和加速行動(dòng)的重點(diǎn)。

圖4 : 目前食品加工剩餘資材循環(huán)再利用成敗在於如何利用跨域合作，建立循環(huán)利用商業(yè)模式；並透過(guò)生物質(zhì)循環(huán)利用材料，開(kāi)發(fā)關(guān)鍵生產(chǎn)技術(shù)。（攝影：陳念舜）

工研院產(chǎn)科國(guó)際所產(chǎn)業(yè)分析師邱純慧表示，據(jù)統(tǒng)計(jì)現(xiàn)今全球糧食和農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的溫室氣體約占整體排碳量約占26%，其中包含食品加工及包裝、運(yùn)輸?shù)裙?yīng)鏈領(lǐng)域又占18%左右，促歐美日等國(guó)已分別制訂食品產(chǎn)業(yè)從農(nóng)場(chǎng)→餐桌、減廢等永續(xù)發(fā)展的相關(guān)政策。並估計(jì)全球農(nóng)業(yè)與食品加工剩餘資材循環(huán)再利用，將創(chuàng)造360億美元產(chǎn)值，成敗在於如何利用跨域合作，建立循環(huán)利用商業(yè)模式；並透過(guò)生物質(zhì)循環(huán)利用材料，開(kāi)發(fā)關(guān)鍵生產(chǎn)技術(shù)

食品研究所ITIS團(tuán)隊(duì)也指出，目前國(guó)際食品大廠已將ESG、SDGs等永續(xù)目標(biāo)及評(píng)核指標(biāo)視為企業(yè)策略調(diào)整的重點(diǎn)，正積極串連產(chǎn)業(yè)上下游，將透過(guò)多方資源整合及跨域合作，審視及革新供應(yīng)鏈的永續(xù)作為，落實(shí)企業(yè)調(diào)整綠色升級(jí)轉(zhuǎn)型策略。加上面對(duì)氣候變遷及大宗原物料供應(yīng)波動(dòng)頻繁，開(kāi)發(fā)永續(xù)、產(chǎn)量穩(wěn)定且短鏈的剩餘資材升級(jí)再造，減少外部環(huán)境影響、強(qiáng)化循環(huán)經(jīng)濟(jì)，為產(chǎn)品永續(xù)價(jià)值加分，已成為食品產(chǎn)業(yè)關(guān)切的面向。