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智慧製造趨勢下的通訊協定發展 [趨勢新知]
種類:其他公告  發布單位:技術處  發布日期:2020-10-07 10:05
作者:黃仲宏/工研院

一、目前工業控制網路的架構

目前工廠中所使用的機器人、工具機與產機設備普遍有各自的通訊格式,在智慧製造的趨勢下,一般I/O控制已無法滿足OT(生產技術)與IT數位化整合的需求,須有快速、便利的整合方案。製造業為了生產效率和利潤的提昇,必須實現數據聯結、製程優化、因應大量客製化的本事,這導致了智慧製造的出現,他們要做的不僅是採用數位技術,像過去一樣在各式專用的通訊系統下各自部署自動化,更可能要瞭解新一波數位化技術,藉此突破目前對於實現數位化轉型的侷限。今日特定的工業控制應用,已衍生了各式專用的通訊協定和系統。

以金字塔結構呈現的普渡模型,各個專用的通訊協定佔據不同的層,硬體和軟體有互通性的障礙,因此增加了營運和維護成本,若要邁向智慧製造進程中的透明度、可預測與自適應的話,目前的普渡模型難以實現跨層的系統整合。

二、時效性網路(Time-Sensitive Networking, TSN)

國際標準組織和自動化技術供應商已經體認到,必須為未來的普渡模型奠定一個新的工業控制網路架構。因此,時效性網路(Time-Sensitive Networking, TSN)被提出。TSN為工業網路奠定統一基礎,它是網路技術的整合,提供工業系統所需的時間同步(例如,對齊的音頻和視頻或機器人手臂一致地移動)與及時性(確定性及可預測的行為)。TSN標準確保了高時效性的重要資料可以透過標準網路基礎設施準時傳送出去,能讓生產現場所蒐集到的數據被清楚的溝通。

三、TSN是工業乙太網路技術發展的下一進程

TSN是工業乙太網路技術發展的下一進程,一旦所有設備都使用共通的通訊協定與資訊模型,則不同設備之間即可做到互溝通、互操作的機對機能力。TSN將使傳統乙太網路具備即時性這一點成為可能,除了即時能力和確定性之外,TSN還有另一項優勢,網路通訊能力使得TSN能以10Mbps、100Mbps、1Gbps或10Gbps的速度運作。

四、結語

工業革命以來,製造業一直在找尋提高生產力的方法。從生產機械化、生產自動化,到生產智慧化;上個世紀的80年代,製造業開始採用數位技術於生產過程,將類比訊號、聲音、影像、文字和其他資訊轉換為電腦可讀取的格式。數位技術一直在改變產業的本質,直至今日,製造業把資訊與網路技術的整合做為生產效率和利潤提昇的手段。

一般來說,過去的機械設備缺乏共通的數據傳輸標準,控制器或設備廠各自建立數據傳輸標準,導致不同品牌或型號的機台,彼此無法互相溝通,更難與上層的管控系統雙向溝通,此狀況已成為製造業者邁向智慧製造的主要障礙。所以須先應用國際主流的聯網通訊協定,快速的導入通訊建模軟體,並透過與OPC Foundation 國際組織提出的OPC UA(Unified Architecture)通訊協定整合,整合工廠設備與應用系統,使遍佈在各地的設備於各種應用環境均能聯網,讓設備使用者可以快速取得與應用上的資料。而設備須向上連結MES、ERP、製造營運管理、品質管理以及工程分析等各種類型的資訊系統。在這樣設備與管理系統之間能相互溝通的基礎上,製造業才能建設網宇實體整合的智慧工廠。

完整內容請詳見:【產業技術評析】智慧製造趨勢下的通訊協定發展
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更新日期:2020-04-28

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