工业4.0可有效提升产能与降低成本，提升整体营运效率，因此吸引许多制造业者、工厂等相继投入此一领域。 然而，工业4.0目前仍旧没有一个标准的SOP发展方式，导致上述业者于发展工业4.0时难免遭遇不知从何着手的情况。 对此，国家仪器(NI)认为，强化工厂设备可编程控制器(PLC)效能及加装机器视觉系统，将会是业者进入工业4.0的初步门坎。

强化PLC/加装机器视觉为工业4.0入门门坎

国家仪器(NI)营销工程师吴维翰(图1)表示，工业4.0是个美好愿景，然而，如何发展工业4.0蓝图，却还没有一个标准的发展方向。 对此，该公司认为，从强化PLC开始，循序渐进地提升厂内设备效能，接着加装机器视觉系统，会是一个跨入工业4.0较好的方式。

图1 国家仪器(NI)营销工程师吴维翰表示，强化PLC组件

与加装机器视觉系统，可成为业者跨入工业4.0的初步门坎。

举例而言，有些像是食品加工业或钢铁厂等，其厂内设备的PLC虽十分稳定，但处理能力并不那么高速和快速。 因此，这些设备于侦测时，大多是以慢速的物理现象为主，例如温度，由于厂内设备的温度不会时常变动太太，因此过往的PLC可藉由温度侦测以获得设备之整体运作情况，若发现温度异常时，再加以通报便可。

然而，随着工业4.0发展增温，业者希望以更高效的方式来探知厂内设备情况，这时就需要侦测更快速的物理现象，例如机台的震动探测便是其中一种方式，以获知机台的损耗情况。 不过，由于过往的PLC效能、速度不够高，而震动取样频率往往是每秒三万到五万笔左右；过往PLC组件因效能不足，便无法实时处理如此庞大的瞬间数据量。

因应此一情况，吴维翰认为，可以从改善设备PLC组件着手。 对此，该公司也有相关解决方案。 例如，NI旗下具备CompactRIO平台，其具有高度整合的软件，提供了各种性能和外形结构选择及广泛的I/O，可助用户降低风险、提升系统性能、并简化先进嵌入式控制和监测系统的设计；可进行各种测试，包括宽范围的温度测试、热测试、EMC/ESD测试、冲击，以及震动测试等。

另一方面，机器视觉也成为工业4.0不可或缺的关键技术。 吴维翰指出，机器视觉目前在工业4.0或是智能制造等扮演越来越重要的角色。 原因在于，透过机器视觉系统，可更快速的进行整体判断换检测，进而加速生产效能。

随着工业4.0风潮起，进而带动机器视觉设备需求显著增温，对此，NI也具备多种机器视觉解决方案，以抢攻此一市场商机。 例如，该公司旗下Compact视觉系统(CVS)为一种坚固耐用的自动化控制器(图2)，其结构结合相机、开放式通讯与基于FPGA的I/O，适用多种工业级检测、校准与OEM视觉应用。

图2 因应机器视觉需求渐增，NI具备众多解决方案。

TSN崛起 加速实现工业4.0

除上述所提的强化PLC效能与加装机器视觉装置之外，吴维翰也指出，时效性网络(Time Sensitive Networking, TSN)的崛起也有望促进工业4.0加速发展。 过往由于IT与OT网络系统架构截然不同，对于应用的模式与要求的效能也不一样，以传统的工厂网络结构来说，OT的前端仪器与设备皆不兼容于IT网络，形成各自为政的封闭式网络架构。

但工业4.0热潮持续增温，工厂内设备间的网络互通愈加重要，且对于网络速度与稳定性的要求不断提升；但若要于工产内重新布建相关网线、路由器或基本建设，使IT与OT可顺利相连，将会使整体建置成本大幅提高。

因此，TSN标准网络协议油然而生。 吴维翰指出，工业用的以太网在通讯协议上，存在着许多不兼容的通讯协议，因此导致装置之间的互通形成阻碍，新一代的工业通讯协议TSN可整合所有网络协议，节省网络布建成本。

据悉，机器视觉、3D扫描和电力分析等进阶的感测应用会产生大量数据，进一步造成网络带宽资源紧绷。 专用的衍生以太网络通常用于工业控制，而且受限于100Mb带宽和半双工通讯。 为解决此一困境，目前有许多任务业供货商、IT厂商和芯片供货商加入了IEEE 802和新成立的AVnu联盟，合作更新标准以太网络协议，并且针对IIoT应用的高时效性数据制定了低延迟数据传输标准。

此一标准就是TSN，且将有望可克服现有网络的缺陷。 其采用标准的以太网络组件，可顺畅整合现有的棕地应用程序(Brownfield Application)和标准的IT传输作业，藉此提高易用性。

此外，TSN继承了许多现有以太网络的特性，例如HTTP接口和网络服务，因此促成了工业物联网(IIoT)系统所需的远程诊断、显示和维修功能。 另外还有一个优势：只要使用标准的以太网络芯片组，也就是大量生产的商用芯片，即可压低组件成本，相较于专用以太网络采用产量低的ASIC架构芯片，这个优势更为明显。

另外，TSN会优先处理快速系统响应与闭回路控制应用所需的低延迟通讯作业；而且可达将近数十微秒的精准传输时间，以及数十毫微秒的节点时间同步效能。 为了确保稳定达成这样的高时效传输效能，TSN可透过自动化设定提供高稳定性的数据路径，藉由封包复制和合并完成路径备援，而且不会遗失任何数据。

吴维翰谈到，过去传统联网设备不能保证装置与装置间封包送达的时间，透过TSN技术，能明确指定封包送达的时间，使网络传输质量(QoS)大大强化。 目前TSN已有相关应用出现，例如电厂数据间传输或是高精度地震预警系统开始规划导TSN。

工业4.0三部曲带动 传感器产值飞快增长

另一方面，工业4.0也促进工业应用传感器市场加速成长。 根据工研院产业经济与趋势研究中心(IEK)指出，实现工业4.0需经过三大阶段，其分别为机联网、人机接口，以及人机协作；而这三大阶段都需大量数据分析、设备状态实时监测、异常诊断等应用，因而带动工业应用传感器产值加速成长，其2015∼2020年产值CAGR可望达到13.2%。

工研院产经中心电子与系统研究组零组件研究部**研究员谢孟玹表示(图3)，智能制造未来会有三个阶段，其分别为机联网、人机接口，以及人机协作。 由于物联网千变万化，终端产品的需求势必走向客制化，而要如何在短时间内，透过讯息传递及软硬件仿真，以实现用户需求，这就有赖于传感器的技术。

图3 工研院产经中心电子与系统研究组零组件研究部**

研究员谢孟玹指出，实现工业4.0需经过三大阶段，这三

阶段都需大量数据分析，进而带动工业传感器加速成长。

谢孟玹指出，**阶段的机联网，蕴含着一个重要的精神，就是所谓可预测性的维护。 所谓的可预测性维护，其概念类似于预防医学；未来工厂的机械设备需像人一般，于平时就做好保养、维护，而非等到坏了再进行维修。

换言之，日后设备机台、机械手臂、产线、工作站状态异常侦测、感测数据收集、联网、分析，以及应急处理与回馈建议等，都将成为机联网中的重要应用，可提早检测出工厂设备是否有故障征兆，于故障前可做局部维修，避免花费过多维护成本，这是目前许多国际大厂，如西门子、Rockwell等正在进行的方向。 也因此，传感器于此阶段应用中，扮演不可或缺的关键角色。

**个方向则是人机接口，这是工业4.0发展的中期目标。 于此一目标中，用户可配戴穿戴式装置，如AR眼镜、头戴式显示器，以及机械衣等，进行感测巡检、仿真训练，落实实时故障排除与厂区人员作业技能提升优化。 此一部分同样需要大量传感器。

*后，第三阶段为人机协作。 谢孟玹透露，目前许多任务作还是很细致，无法用机器人取代人力。 为此，许多产官学单位便致力开发相关解决方案，希望达成手眼并用，让人与机器之间沟通无碍。 另外，**也是此一阶段的发展重点，现今仍有许多机械手臂位于栅栏内，原因除还不够智能之外，*重要便是**性不够稳定，容易造**员伤害。

总而言之，于人机协作阶段，主要目标是使员工与智能机器能协同运作，并强化智能机器精密加工能力与人机协作过程之**。 然而，不论是达成手眼并用或是强化**，都需于设备中置入更多传感器，以侦测各种状况。

综上所述，于达成工业4.0的三大阶段中，皆需大量的传感器，进而促使工业应用传感器加速成长，预估将由2016年的25.4亿美元成长至2020年的40.5亿美元，2015∼2020年产值CAGR可望达到13.2%，高于整体应用传感器2015∼2020年产值CAGR 11.3%。

跨界结盟成工业4.0发展良药

由上述可知，工业4.0带动工业传感器产值快速成长，收集、分析传感器所得信息也成发展工业4.0不可或缺的关键步骤。 因此，为有效分析工业联网设备所收集到之数据信息，跨界结盟已然为加速工业4.0发展趋势之一。

然而，收集大量数据对现今设备来说已不是难事，如何有效分析、处理获得的信息，藉此提升决策效率以及工程数据管理问题，才是当务之急。 为此，寻求各界专业合作伙伴已经成工业4.0发展厂商必经之路。

对此，吴维翰透露，工业4.0目前的发展重点便是寻找各式各样的合作对象。 举例来说，消费者买了一支可测心跳、睡眠等的运动手表，可随时显示感测数据；不过，在得知这些数据之后，消费者有因而改变他们的生活习惯吗？ 还是仍旧需要有个专家，例如营养师或是医生加以分析这些数据之后，消费者才了解目前的身体状况，进而加以改变。 换言之，就如同现今发展工业4.0的厂商一样，当设备收集好数据后，都须要有个专家，进一步分析或是说明这些数据背后的意义。 因此，目前工业4.0*重要便是寻找相关的数据分析专家和技术。

为因应此一趋势，国家仪器也早已经开始进行市场布局。 例如，该公司便与Hewlett Packard Enterprise(HPE)连手推出经过预先测试的巨量模拟数据解决方案--DataFinder-Moonshot。

此一解决方案有助于工程师以更轻松、快速的方法部署、了解制造、测试与物联网(IoT)数据；并透过稳定、准确地分析更多数据，以协助客户降低整合风险，并能更有效地记录测试结果并采取可行计划，进一步加强自身应用的效率与设计。

据悉，此一解决方案是透过HPE Moonshot系统与DataFinder Server版本的结合，提供工程师经过检验与测试的完整解决方案，能够管理并分析复杂的档案架构传感器数据。 只要在HPE Moonshot刀锋服务器上执行DataFinder Server版本软件，用户便能管理自任何数据撷取分析节点上产生的架构式/非架构式数据。

抢占工业4.0先机 开放升级/结盟不可少

工业4.0不仅改变工业设备和工厂样貌，也进而带动相关产业蓬勃发展。 综观各家业者观点与布局动作，不难发现硬件升级虽然依旧重要，但软件也已成为实现工业4.0核心价值的关键因素。

也因为如此，原本关起门来靠一己之力建构生态圈的做法也已然行不通，想在工业4.0发展之路上获取先机，除致力投资设备升级外，还得学会找盟友，打团体战。