實現低延遲/高可靠度設備互連 工業乙太網成智慧工廠東風
工業物聯網(Industrial Internet of Things, IIoT)熱潮席捲全球。為提升工業製造的附加價值，歐美、日本及中國大陸等國家正積極從政策面著手，推廣智慧工廠；而這股熱情也逐漸感染業界，土洋工控設備廠、晶片商皆傾力布局，並開始結合炙手可熱的物聯網設計，進一步發展出具低延遲、高可靠度設備互連/自動化控制的工業物聯網新概念。
Altera亞太區副總裁莊秉翰表示，工業物聯網將帶動龐大半導體設計需求，而串連所有設備並連上雲端的工業乙太網(Ethernet)通訊方案將是第一要務，需要更高性能的嵌入式處理、通訊協定控制方能達陣。
IIoT躍居顯學 工業乙太網身價暴增
Altera亞太區工業、醫療與測試事業部首席經理暨市場開發經理江允貴補充，評估智慧工廠的關鍵指標就是設備互連程度。過去工廠中大多PLC、HMI和輸入/輸出(I/O)設備都是各自分立的控制系統，主(Host)設備頂多能控制幾個從屬(Slave)裝置，更無法即時將資料傳送至中控台或雲端中心，遂引發建置成本愈來愈高、生產效率及維護效益不彰等問題。對此，工業物聯網希望能全面串連工廠設備，打破傳統系統獨立設計架構，因而刺激工業乙太網路發展需求。
江允貴指出，看中工業乙太網的重要性，國際工控設備大廠如西門子(Siemens)、Bosch和洛克威爾自動化(Rockwell Automation)等早早就展開技術布局，並針對不同設備對資料延遲的規格限制，各自制定專屬通訊協定標準，包括EtherCAT、EtherNet/IP、CC Link IE、PROFINET、POWERLINK、Modbus TCP、PROFIBUS DP等，正大舉進駐各式工控自動化系統。
其中，EtherCAT可滿足最高即時性的自動化控制系統，資料傳輸延遲低於0.5毫秒(ms)，係目前業界最積極搶攻的目標。至於PROFINET、EtherNet/IP等亦可分別滿足傳輸延遲規格小於5毫秒的遠端I/O控制，或是設備自動化運作，因此現階段各種工業乙太網協定處於各擅勝場的局面(圖1)，對晶片商而言，如何支援多協定便成一大議題。
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| 圖1 工業乙太網路協定應用定位分析 |
莊秉翰強調，由於現場可編程閘陣列(FPGA)基於軟體編程設計架構，且近來快速邁進1x奈米先進製程，同時整合更多矽智財(IP)形成運算功能強大的系統單晶片(SoC)，因此能全方位支援各種工業乙太網協定，減輕設備廠的物料清單(BOM)成本和系統占位空間。現階段，FPGA SoC正加速取代特定應用積體電路(ASIC)，進駐新一代工業機器手臂、PLC等設備。
顯而易見，工業乙太網路設計需求正日益加溫，因此國內廠商也加快研發步調，以追趕國外大廠在工業乙太網路應用領域的布局，瓜分市場商機；其中，研華及旗下子公司研華寶元近年積極研發工控自動化控制器，並致力推廣至下游機械商和設備商，期提高國產方案的市場滲透率。近期研華已成功打入楊鐵精密供應鏈，並於日前與程泰機械簽署合作備忘錄，將以團體戰的形式圈地智慧工廠市場版圖。
搶占智慧工廠山頭 研華/程泰合攻EtherCAT
搶占智慧工廠山頭 研華/程泰合攻EtherCAT
研華寶元總經理郭倫毓指出，該公司控制器在切削速度、品牌和售後服務等方面，已可與日德大廠的控制器比擬，但價格卻相對較低；同時新款開放式架構控制器，具有客製化、彈性設計優勢，可因應智慧工廠未來少量多樣化的生產趨勢。
為加速實現工業4.0願景，研華寶元也預計今年底推出新款EtherCAT控制器，協助機械商、設備商，乃至終端用戶建置智慧工廠的底層架構，並透過研華的雲端監控技術，以打造健全的智慧工廠解決方案。
不過，郭倫毓坦言，儘管台產控制器具有上述優勢，現階段國內廠商仍較少採用國產控制器，因此眼前在搶攻工業4.0時，也面臨如何將國產控制器推廣至下游廠商的挑戰。
對此，國內已有廠商開始認同研華推廣工業4.0的理念，而採用國產控制器。楊鐵精密副總廖銘琦表示，因為控制器長期被日德廠商壟斷，以致台灣機械業落後日德幾十年，未來可藉支持國產控制器和配合國家政策形式突圍，來做出更高階機械產品。
據了解，楊鐵精密及程泰機械的工具機設備皆已採用研華EtherCAT控制器。不僅如此，亦有機器人和機殼廠商開始導入研華產製的控制器方案。
研華總經理何春盛表示，工業4.0時代將由大量製造轉向客製化生產，過去製造業對提升國內生產毛額(GDP)雖有不小貢獻，但創造出來的就業機會多在海外；隨著製造業紛紛邁開工業4.0的發展腳步，未來智慧工廠可望加強在地化，更加顯著推助國內GDP成長。
