時間敏感網路:IEEE標準推動工業4.0的五條路

作者:ADI確定性乙太網路技術部總監JordonWoods

我走遍全球各地拜訪客戶，觀察他們放手投資數十、甚至數百萬美元，努力於實現工業4.0的願景。這種全方位連結的新模式啟發了許多製造商，從規模首屈一指的自動化OEM廠商，一直到新創企業等等。他們都看出了工業4.0的可觀潛力能讓自身企業為其員工、股東、以及顧客創造出更高生產力、效率、調適性、以及獲利。

工業4.0承諾帶來前所未有的彈性，讓製造商針對淡旺季或顧客需求的變化進行調節，促成靈活調度的生產模式。未來，我們將能改進正常運作時間(控制固定消耗資源與維護成本)、縮減資源時間與涉入程度、以及提升企業與顧客的信心。這些還只是少數例子，另外還有更多發展成果將扭轉產業局勢，我們在第四波工業革命將陸續見識到這些成果。

伴隨這些機會而來的，還有對於擷取、通訊、以及分析資料的需求。資料本身，以及在消化資料之後萃取出的情資，其角色將會形同貨幣一般，而所有各方面的改進也都源自於此。然而，在現今大多數工廠中，資料儲存在許多和外界隔絕且無法存取的孤島 – 因此也使外界無法加以利用。多年來製造商一直嘗試解決這項困境，但光是必須在孤島中工作這點，這項困境往往一下子就讓專案變得窒礙難行。

在進入時間敏感網路(Time Sensitive Networking, TSN)的發展階段後，這個IEEE乙太網路標準的組合開始扮演關鍵基礎，迎接工業4.0衍生出的許多重大結果。透過TSN，工廠內的所有資料 – 從廠區樓板到伺服器、前端辦公室、一直到頭尾兩端之間的一切 – 都能並存與交流通訊。由於TSN是消弭現有資料孤島必經的第一步，因此在突破工業通訊的障礙後，它能促成全方位的存取管道，獲取能支持決策制訂的寶貴資料。TSN是出發的起點，協助工業組織從五個關鍵途徑起程，著手實現工業4.0的願景，而這些途徑全都立基於提高資料的可存取性。

• 創造一種共通的語言。藉由建立對時間同步化的統一認知 – 統一處理所有資料封包與資訊 – TSN讓資料以共通的語言進行交流。雖然設備互通性方面的挑戰依然存在，許多製造商未來將能從資料獲取更多價值，因為資料能在現有乙太網路線路上並存傳輸。
• 促成擴充性與敏捷性。時間敏感網路(TSN)協助乙太網路管理的傳輸速率，讓不同類型的資料傳輸配置足夠的頻寬，並以適合的優先權達到所需的資料吞吐量。最終製造商能更容易視需要擴增或縮減產品的功能，藉以因應顧客優先權限與需求的變化。
• 支援更可靠的自動化。TSN支援決定性的即時資料傳輸，滿足傳輸精度與準度方面的要求。如果某個資料點(像是訊號)的時序因故延遲或中斷，機器就可能無法妥善反應，對下游造成影響進而減損生產力與喪失獲利。舉例來說，機器人需要精準度才能與人類一同工作; 倘若機器人的動作中斷甚至只要偏差一吋，工人的安全就會面臨風險。TSN促成各應用之間能瞬時通訊以及執行諸多功能，藉以改進安全與品質。
• 協助縮減資訊科技(IT)與營運技術(OT)專家之間的落差。藉由提供一套共通的工具集，TSN為IT與OT團隊樹立各種獨特與相互競爭的目標。它代表一個共同框架、一種共用的語言，用來支援協同作業。此外，我們觀察到許多OT專家都到了屆退的年齡，意謂著他們累積現場匯流排的技術也會隨著他們一起退休。
• TSN有解決未來技術人才缺口的潛力，它提供的共同框架讓IT專家也有能力支援工業乙太網路，不僅節省資源也能提高生產力。
• 讓企業把研發支出挪至其他用途。由於時間敏感網路解決了許多頻寬的限制，因此企業在嘗試擴充或增加新容量時，不需要建構新的頻寬配置機制。我們看到許多企業挹注數千萬美元資金購置的基礎設施，在十年後就瀕臨淘汰或過時。TSN大幅縮減重建的需求，因此創造出投資技術的機會，促成更高程度的自動化。此外它所騰出的資本讓企業有餘力再投資，挹注在人員技能提升上，像是訓練他們管理與操作複雜的機器人系統。

Analog Devices目前已推出陣容堅強的TSN乙太網路解決方案，力促工業4.0革命。

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總結

毫無疑問，對於實現工業4.0以及促進許多應用進行轉型，TSN標準是其中一項關鍵基礎要素 - 從而催生出新一代技術，徹底改變製造商工作與營運的模式。然而，光靠龐大產業體系裡的一個角色，絕不足以將第四波工業革命推上舞台。我們還需要軟體、中介軟體、先進矽晶元件、有眼光的投資者與工程師、投入的技術與操作人員、還有時間。Analog Devices以及整個產業的有志之士深信這些新興技術蘊含的潛力，包括我們的客戶與夥伴，都將深受其幾近無限的機會所啟發。