拓墣論壇丨工業(yè)物聯(lián)網聯(lián)盟與平臺發(fā)展趨勢
2017-08-04 15:03:19 來源：和訊名家 熱度:
工業(yè)物聯(lián)網高速發(fā)展，但工業(yè)制造領域牽涉面向太廣，如何有效整合成為一大挑戰(zhàn)。為了提升跨領域的兼容性，工業(yè)物聯(lián)網聯(lián)盟成為不可或缺的關鍵，市場中幾大聯(lián)盟都發(fā)展出自身的技術標準和產業(yè)發(fā)展框架，例如Industrial Internet Consortium與AVnu Alliance等，而聯(lián)盟發(fā)展將引領整個工業(yè)領域的走向，未來勢必將更加融合。在工業(yè)物聯(lián)網平臺方面，目前仍由GE、Siemens等傳統(tǒng)制造業(yè)大廠主導，而安全性議題和協(xié)助客戶整合制造環(huán)境將是最重要的發(fā)展目標。
1.工業(yè)物聯(lián)網聯(lián)盟發(fā)展現(xiàn)況
自GE提出工業(yè)互聯(lián)網(Industry of Internet)與「1%的威力」，以及德國工業(yè)4.0引入虛實整合系統(tǒng)(Cyber Physical System，CPS)概念后，結合網路和物物相聯(lián)的工業(yè)物聯(lián)網(IIoT)成為熱門議題。相較于工業(yè)4.0是整體制造架構的革新，IIoT更著重提升跨工業(yè)領域的兼容性與安全性，但工業(yè)制造領域涵蓋層面廣泛，各類設備、技術協(xié)定與資訊系統(tǒng)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(lián)的需求來臨時，高難度的整合議題成為一大挑戰(zhàn)。
正因工業(yè)制造領域架構龐大復雜，加上需整合的范圍廣，許多廠商開始組成聯(lián)盟來推動市場變革，從運作架構、技術框架、安全防護與開發(fā)環(huán)境進行協(xié)議整合。這些聯(lián)盟代表的不僅是標準或制度，更代表產業(yè)將塑造新的生態(tài)系，也因此聯(lián)盟發(fā)展至關重要，將大幅影響未來整個工業(yè)制造領域的走向和體系。
以下將介紹Industrial Internet Consortium與AVnu Alliance兩大聯(lián)盟，分別代表兩大工業(yè)物聯(lián)網主軸：建立完整框架與建置底層通訊技術。
(1)Industrial Internet Consortium：建立完整框架
Industrial Internet Consortium(后文皆稱IIC)為AT&T、Cisco、GE、IBM與Intel于2014年共同成立的工業(yè)物聯(lián)網聯(lián)盟，目前已有240家會員，包括軟體平臺廠商PTC、機電大廠ABB、云端廠商Microsoft、測試廠商National Instrument、傳統(tǒng)制造大廠Siemens與晶片廠商Qualcomm，生態(tài)系相當完整。
IIC針對未來大量聯(lián)網裝置可能產生的管理議題制定框架，同時簡化科技以降低相互連接的困難度，并以聯(lián)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(chuàng)新技術與商業(yè)模式得以實行。
在架構演進上，IIC在2015年于柏林發(fā)布工業(yè)網路參考架構(Industrial Internet Reference Architecture，后皆稱IIRA)，針對跨工業(yè)領域會遇到的安全隱私、連線與互通性問題制定架構，讓現(xiàn)存標準或未來可能出現(xiàn)的新標準能統(tǒng)一在此安全架構下運作。
IIC也與不同聯(lián)盟合作，例如2015年3月與物聯(lián)網組織OIC(現(xiàn)已改為OCF，并與AllSeen合并)結盟，透過技術互通與資訊分享，相容于彼此的參考架構和開發(fā)框架。2016年則與工業(yè)4.0平臺(Industrie 4.0)達成合作意向，其中IIC著重跨工業(yè)領域的集成，包括能源、醫(yī)療、制造、運輸與公共領域等，而Industrie 4.0則聚焦工業(yè)制造。
資安方面，IIC也于2016年9月底發(fā)布IIRA第一版安全協(xié)議(Industrial Internet of Things，Volume G4：Security Framework，IISF)，是由晶片制造商、設備開發(fā)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(通常是透過連接云端)都是考量重點。
此外，工業(yè)物聯(lián)網更重視風險管理和災害防治，但由于技術、法規(guī)與標準都會隨時間改變，因此長期高度支援、高可靠性與可更新的安全系統(tǒng)更顯重要，且必須時時符合系統(tǒng)需求。
如何在安全性和需求間取得平衡，成為后續(xù)安全協(xié)議版本訂定關鍵。
(2)AVnu Alliance：建置底層通訊技術
AVnu Alliance是由Broadcom、Cisco、Harman、Intel與Xilinx等廠商于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(yè)乙太網通訊，致力于實現(xiàn)利用單一網路技術來整合工業(yè)環(huán)境中OT(Operations Technology)和IT(Information Technology)間的溝通。
TSN是根據(jù)乙太網路IEEE 802標準制定，明訂不同乙太網路層和功能需求，并確保裝置間的互通性，且能將目前100Mbit/s等級的工業(yè)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(yè)4.0時代的各類應用，例如工業(yè)大數(shù)據(jù)、云端運算、自動化、人工智慧、機器人與3D列印等。
目前工業(yè)物聯(lián)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，主要原因就是受限于網路頻寬資源緊繃，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，并支援全雙工通訊，有望滿足上述應用的頻寬需求。
此外，TSN優(yōu)先處理快速系統(tǒng)回應和閉回路控制應用所需的低延遲通訊作業(yè)，等級可達到數(shù)十微秒的傳輸時間，以及數(shù)十毫微秒的節(jié)點時間同步效能。為了確保高時效傳輸效率，TSN還可透過自動化設定提供高穩(wěn)定的資料路徑，藉由封包復制與合并完成路徑備援，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，并依照應用需求有效調整，但TSN屬于底層通訊技術，若要采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(yè)，承襲既有的乙太網路特性，例如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(lián)合工業(yè)物聯(lián)網聯(lián)盟IIC，以及Bosch Rexroth、Cisco、Intel、KUKA、Schneider Electric與TTTech等共同開發(fā)TSN測試平臺。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。
2. 工業(yè)物聯(lián)網平臺崛起－以GE Predix為例
工業(yè)物聯(lián)網聯(lián)盟負責制定各類標準，并建立大架構下每層關系，讓各廠商在有彈性且得以互相溝通的框架內進行商業(yè)運作，也就是說工業(yè)物聯(lián)網聯(lián)盟建立了整個產業(yè)的「骨架」，但要讓產業(yè)充滿「靈魂」，則仰賴各廠商的商業(yè)模式和服務提供，提供完整運營支援的后端物聯(lián)網平臺就扮演重要角色，讓廠商能順利建構自家商業(yè)體系。
隨著物聯(lián)網發(fā)展，許多產業(yè)面臨巨大改變，制造業(yè)也是如此，除了追求降低成本和提升效率以外，許多廠商努力找尋轉型機會，例如從單純的硬體制造轉型成服務或平臺等導向，當中又以傳統(tǒng)制造大廠如GE和Siemens等的轉型最具代表性，對市場亦有舉足輕重的影響力。
以下即以GE Predix平臺為例，探討工業(yè)物聯(lián)網平臺發(fā)展。
GE因應工業(yè)物聯(lián)網潮流，搭配數(shù)位化轉型業(yè)務，推出工業(yè)物聯(lián)網軟體平臺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(yè)領域特用的作業(yè)系統(tǒng)，主要目標是透過接取終端硬體和設備數(shù)據(jù)，連接各類工業(yè)設備。
由于Predix是基于云端發(fā)展，特別強調Cloud Foundry建置，讓工業(yè)領域客戶省去自行建置云端或后續(xù)維護的麻煩，更可充分利用云端替廠商進行業(yè)務優(yōu)化，例如蒐集全球內建感測器的機械設備數(shù)據(jù)(設備需通過Predix-ready認證)，并連接數(shù)據(jù)將這些智慧機械設備和Predix平臺中各式軟體結合，再進行即時分析。GE最初是將此架構應用在油氣工業(yè)和航空等先進機械設備。
Predix系統(tǒng)架構相當龐大，從智慧設備認證、數(shù)據(jù)資料連接、邊際運算架構與云端系統(tǒng)建置和服務提供，到最后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(shù)據(jù)分析平臺廠商Pivotal，讓Predix的分析能力進一步強化。此外，GE也持續(xù)透過并購或合作，提升平臺中的各種能力，例如2016年底并購云端服務廠商ServiceMax，以及知名物聯(lián)網軟體廠商Bit Stew，并于2017年與公有云大廠Microsoft的Azure平臺合作。
若從GE Predix平臺發(fā)展來看，可簡單歸納出工業(yè)物聯(lián)網平臺的幾點趨勢。
(1)Predix的核心是提供Cloud Foundry建置，現(xiàn)今客戶重視應用的快速開發(fā)和快速上線(Time to Market)，因此平臺透過提供基礎建設整合，讓用戶可以更專注在本業(yè)發(fā)展。
(2)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匯整，因此工業(yè)物聯(lián)網平臺需提供簡易、直觀且相容性高的資料集成功能，才能協(xié)助廠商順利跨出工業(yè)智慧化的第一步。
(3)對廠商而言，平臺的最大價值在于提供分析能力。Predix平臺真正發(fā)揮效用也是在GE投資Pivotal后，讓Predix的分析運算能力得以強化，協(xié)助客戶找出資料蘊含的洞察(Insight)。
(4)現(xiàn)今廠商的業(yè)務開發(fā)或企業(yè)營運不只侷限在單一環(huán)境，而會依需求找尋最佳環(huán)境，因此工業(yè)物聯(lián)網平臺必須擁有高度可用性和支援能力，運作于云端、霧端或資料中心等。
(5)承上，因為環(huán)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，平臺將扮演重要的保全角色。
3. 小 結
(1)工業(yè)物聯(lián)網聯(lián)盟發(fā)展朝向串接與整合趨勢邁進
與各大物聯(lián)網聯(lián)盟逐漸整合的情況類似，工業(yè)物聯(lián)網聯(lián)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(yè)物聯(lián)網的參與者彼此間的連結性與可靠性的要求遠大于消費性物聯(lián)網，擴散出去的網路更是綿密復雜，因此市場參與者若無法融入各聯(lián)盟標準或框架，很難在市場中生存，而未來即使出現(xiàn)新的工業(yè)物聯(lián)網聯(lián)盟，也勢必會與既有現(xiàn)存的大型聯(lián)盟合作。
(2)工業(yè)物聯(lián)網平臺功能需更多元，但協(xié)助客戶專注本業(yè)的使命不變
目前市場上工業(yè)物聯(lián)網平臺十分多元，但工業(yè)物聯(lián)網各層與各層間的專業(yè)度和連結性相當高，非工業(yè)領域背景的平臺廠商無法應付，唯有將工業(yè)專業(yè)知識確實融入平臺間，才有能力和機會進行整條產業(yè)鏈的平臺串整，許多企業(yè)客戶需要的也正是這種多功能、高整合性的平臺服務，讓他們能更專注在自身業(yè)務。
責任編輯：朱虹瑾
