工業物聯網聯盟 與平台發展趨勢

工商時報【劉耕睿】 工業物聯網聯盟發展現況自GE提出工業互聯網（Industry of Internet）與「1％的威力」，以及德國工業4.0引入虛實整合系統（Cyber Physical System，CPS）概念後，結合網路和物物相聯的工業物聯網（IIoT）成為熱門議題。相較於工業4.0是整體製造架構的革新，IIoT更著重提升跨工業領域的兼容性與安全性。但工業製造領域涵蓋層面廣泛，各類設備、技術協定與資訊系統非常繁雜，加上技術汰換率較低，許多舊技術仍在線上運作，降低各設備間的溝通相容性。因此，當物物相聯的需求來臨時，高難度的整合議題成為一大挑戰。 正因工業製造領域架構龐大複雜，加上需整合的範圍廣，許多廠商開始組成聯盟來推動市場變革，從運作架構、技術框架、安全防護與開發環境進行協議整合。這些聯盟代表的不僅是標準或制度，更代表產業將塑造新的生態系，也因此聯盟發展至關重要，將大幅影響未來整個工業製造領域的走向和體系。 以下將介紹Industrial Internet Consortium（後文皆稱IIC）與AVnu Alliance兩大聯盟，分別代表兩大工業物聯網主軸。 IIC：建立完整框架 IIC為AT&T、Cisco、GE、IBM與Intel於2014年共同成立的工業物聯網聯盟，目前已有240家會員，如軟體平台廠商PTC、機電大廠ABB、雲端廠商Microsoft、測試廠商National Instrument、傳統製造大廠Siemens與晶片廠商Qualcomm，生態系相當完整。 同時簡化科技以降低相互連接的困難度，並以聯盟形式逐步影響各組織制定標準的流程和走向，進而提供測試場域，讓創新技術與商業模式得以實行。 在架構演進上，IIC在2015年於柏林發布工業網路參考架構（Industrial Internet Reference Architecture，後皆稱IIRA），針對跨工業領域會遇到的安全隱私、連線與互通性問題制定架構，讓現存標準或未來可能出現的新標準能統一在此安全架構下運作。 IIC也與不同聯盟合作，如2015年3月與物聯網組織OIC（現已改為OCF，並與AllSeen合併）結盟，透過技術互通與資訊分享，相容於彼此的參考架構和開發框架。2016年則與工業4.0平台（Industrie 4.0）達成合作意向，其中IIC著重跨工業領域的集成，包括能源、醫療、製造、運輸與公共領域等，而Industrie 4.0則聚焦工業製造。 在資安方面，IIC也於2016年9月底發布IIRA第一版安全協議（Industrial Internet of Things，Volume G4：Security Framework，IISF），是由晶片製造商、設備開發商與終端用戶共同訂定。如何順利相連又不影響既有功能、不受外在侵入或干擾，或在不受到外在威脅的情況下增加預測功能（通常是透過連接雲端）都是考量重點。 AVnu Alliance： 建置底層通訊技術 AVnu Alliance是由Broadcom、Cisco、Harman、Intel與Xilinx等廠商於2009年成立，主要進行音訊視訊橋接（Audio Video Bridging，AVB）與時效性網路（Time-Sensitive Networking，TSN）的標準制定和認證服務，其中TSN主打工業乙太網通訊，致力於實現利用單一網路技術來整合工業環境中OT（Operations Technology）和IT（Information Technology）間的溝通。 TSN是根據乙太網路IEEE 802標準制定，明訂不同乙太網路層和功能需求，並確保裝置間的互通性，且能將目前100Mbit/s等級的工業乙太網路傳輸速率大幅提升10倍以上至Gbit/s等級傳輸量，足以支援工業4.0時代的各類應用，如工業大數據、雲端運算、自動化、人工智慧、機器人與3D列印等。 目前工業物聯網許多應用如機器視覺、3D掃描與電力分析等在進階感測應用上有一定困難，主要原因就是受限於網路頻寬資源緊繃，而TSN將會納入標準的乙太網路速率，包括目前使用中的1Gb、10Gb與400Gb，並支援全雙工通訊，有望滿足上述應用的頻寬需求。 此外，TSN優先處理快速系統回應和閉迴路控制應用所需的低延遲通訊作業，等級可達到數十微秒的傳輸時間，以及數十毫微秒的節點時間同步效能。為確保高時效傳輸效率，TSN還可透過自動化設定提供高穩定的資料路徑，藉由封包複製與合併完成路徑備援，大幅減少資料遺失、延遲與同步上的困難。 TSN希望能整合OT和IT架構，以及時效性和非時效性資料，並依照應用需求有效調整，但TSN屬於底層通訊技術，若要採用新的底層技術須考量廠商的接受程度，因此TSN沿用標準的乙太網路元件和IT傳輸作業，承襲既有的乙太網路特性，如HTTP介面和網路服務等。 參與TSN標準訂定和測試的廠商不乏許多大廠，2016年3月以National Instrument為首，聯合工業物聯網聯盟IIC，以及Bosch Rexroth、Cisco、Intel、KUKA、Schneider Electric與TTTech等共同開發TSN測試平台。未來IIC內的廠商都能以TSN進行底層技術的升級，大幅提升TSN在市場的接受度和可用性。 工業物聯網平台崛起－以GE Predix為例 工業物聯網聯盟負責制定各類標準，並建立大架構下每層關係，讓各廠商在有彈性且得以互相溝通的框架內進行商業運作，也就是說工業物聯網聯盟建立了整個產業的「骨架」，但要讓產業充滿「靈魂」，則仰賴各廠商的商業模式和服務提供，提供完整運營支援的後端物聯網平台就扮演重要角色，讓廠商能順利建構自家商業體系。 以下即以GE Predix平台為例，探討工業物聯網平台發展。 GE因應工業物聯網潮流，搭配數位化轉型業務，推出工業物聯網軟體平台Predix，初期僅提供GE客戶或專門廠商使用，但2015上半年已全面開放給所有廠商。Predix可視為工業領域特用的作業系統，主要目標是透過接取終端硬體和設備數據，連接各類工業設備。 由於Predix是基於雲端發展，特別強調Cloud Foundry建置，讓工業領域客戶省去自行建置雲端或後續維護的麻煩，更可充分利用雲端替廠商進行業務優化，例如蒐集全球內建感測器的機械設備數據（設備需通過Predix-ready認證），並連接數據將這些智慧機械設備和Predix平台中各式軟體結合，再進行即時分析。GE最初是將此架構應用在油氣工業和航空等先進機械設備。 Predix系統架構相當龐大，從智慧設備認證、數據資料連接、邊際運算架構與雲端系統建置和服務提供，到最後的分析工具都涵蓋在內。在最關鍵的分析工具方面，GE透過投資大數據分析平台廠商Pivotal，讓Predix的分析能力進一步強化。此外，GE也持續透過併購或合作，提升平台中各種能力，如去年底併購雲端服務廠商ServiceMax與知名物聯網軟體廠商Bit Stew，並於2017年與公有雲大廠Microsoft的Azure平台合作。 若從GE Predix平台發展來看，可簡單歸納出工業物聯網平台的幾點趨勢： 一、Predix的核心是提供Cloud Foundry建置，現今客戶重視應用的快速開發和快速上線（Time to Market），因此平台透過提供基礎建設整合，讓用戶可以更專注在本業發展。 二、目前大部分廠商沒有能力和資金進行大量且長時間的資料彙整，因此工業物聯網平台需提供簡易、直觀且相容性高的資料集成功能，才能協助廠商順利跨出工業智慧化的第一步。 三、對廠商而言，平台的最大價值在於提供分析能力。Predix平台真正發揮效用也是在GE投資Pivotal後，讓Predix的分析運算能力得以強化，協助客戶找出資料蘊含的洞察（Insight）。 四、現今廠商的業務開發或企業營運不只侷限在單一環境，而會依需求找尋最佳環境。因此，工業物聯網平台必須擁有高度可用性和支援能力，運作於雲端、霧端或資料中心等。 五、承上，因為環境多元，加上駭客事件往往會造成廠商極大損失，因此用戶在使用或搬移資料時，平台將扮演重要的保全角色。 小結 一、工業物聯網聯盟發展朝向串接與整合趨勢邁進 與各大物聯網聯盟逐漸整合的情況類似，工業物聯網聯盟也正朝向相容合作邁進，整體框架、連接性與安全性都會更整合。工業物聯網的參與者彼此間的連結性與可靠性的要求遠大於消費性物聯網，擴散出去的網路更是綿密複雜，因此市場參與者若無法融入各聯盟標準或框架，很難在市場中生存，而未來即使出現新的工業物聯網聯盟，也勢必會與既有現存的大型聯盟合作。 二、工業物聯網平台功能需更多元，但協助客戶專注本業的使命不變 目前市場上工業物聯網平台十分多元，但工業物聯網各層與各層間的專業度和連結性相當高，非工業領域背景的平台廠商無法應付，唯有將工業專業知識確實融入平台間，才有能力和機會進行整條產業鏈的平台串整，許多企業客戶需要的也正是這種多功能、高整合性的平台服務，讓他們能更專注在自身業務。（本文作者為拓墣產業研究院研究員）