未來的智慧工廠現已問世
自動化公司先將控制系統從工業閘道連接到邊緣伺服器，接著再串連至企業基礎架構，希望能獲得營運方面的洞見，締造效率和生產力。舉例而言，位於德國安貝格那座製造可程式化邏輯控制器 (PLC) 的 Siemens AG 工廠，早已完成這類數位轉型，可推動發展內建 AI 的品質檢驗或預測性維護等各種使用案。
長久以來，安貝格設施的自動化系統一直都以是獨立隔離單位的方式運作，並未與實體叢集或更廣泛工廠網路中的其他系統個別建立網路連線。因此，執行預測性維護這類功能所需的機器資料，持續禁錮於個別裝置的封閉環境中，無法向執行機器學習工作的高階分析系統公開。
若要推動先進的工業 4.0 使用案例，工廠需要無須根除現有的自動化端點，就能在邊緣實作網路與運算基礎架構的架構重新設計。為了達成這項目標，Siemens 工程師在廠房部署了自家的 SIMATIC IPC 閘道，可匯集多達 10 個端點的控制系統資料、執行預先處理，並且將資料傳輸到鄰近的 AI 伺服器。
「我們過去有數量龐大的機器在當地作業，但是機器之間並未連線，」Siemens 行銷經理 Wolfgang Lay 表示。「如今我們加入 IPC，先從 PLC 收集資料，再將資料傳送到執行 AI 演算法的伺服器。這個作法是為了簡化並改善品質檢驗系統，以及實現預測性維護。」
工業 4.0：以專為物聯網強化的技術為基礎
全球科技大廠 出品的 SIMATIC IPC 產品組合，多年來部署於世界各地。然而，安貝格工廠展示的轉化分析與網路功能，則主要歸功於 IPC227G 與 IPC277G 這兩款小巧耐用控制器所搭載的 Intel Atom® x6000 系列處理器（舊代號為「Elkhart Lake」）（圖 1）。
雖然 IPC 平台的主要功能是預先處理以及將端點資料傳輸至現場伺服器，但是在某些情況下，即時決策完全可在閘道執行，然後以將在端點執行之指令的方式傳回。全新的工業級 x6000 系列處理器提供兩個或四個 CPU 核心和整合式 GPU（圖 2），其運算強化功能是這項成果的推手。
驅動現今與未來的智慧工廠
這類效能提升為邊緣分析、品質檢驗與預測性維護等 AI 使用案例，提供了綽綽有餘的馬力。同時，製造 SoC 時所採用的 10 奈米製程技術，有助於產生 4.5 W 至 12 W 的熱設計功率 (TDP)，讓 SoC 得以在廠房中堅固的無風扇系統運轉。
然而，Atom x6000 系列處理器的物聯網專用功能，才是它在數位工廠部署獨樹一格的原因。
- Intel® Programmable Services Engine (Intel® PSE)：遠端頻外裝置管理、即時控制處理與對時間敏感的同步處理這類卸載工作。從主機 CPU 核心卸載這些和其他功能後，可將更多運算頻寬應用在裝置上的 AI 或分析處理。
- 乙太網路時間敏感網路 (TSN) 支援：三種支援 2.5 Gbps 乙太網路 TSN 的介面，有利於企業系統和作業端點之間以透明、互通且即時的方式通訊。因此，資料可以在端點與分析處理系統之間，以低延遲的決定型方式傳遞。
- Intel® Safety Island：這種晶片上的 IP 區塊可搭配 CPU 使用，協調診斷測試、標示故障、報告錯誤，以及監測安全關鍵應用程式的效能。它可通過 IEC 61508 SIL 3 與 ISO 13849 Category 4 PLe 認證，並且確保即使在同一個裝置上運作的較不關鍵分析應用程式失敗，安全關鍵應用程式也能繼續運作。
全新 Intel Atom 處理器的效能提升之後，不僅可直接在裝置執行若干機器學習工作負載，還意味著可以在虛擬機器 (VM) 內執行端點應用程式。除了無須拆卸更換現有設備即可在工廠導入 SIMATIC IPC 系列閘道這類平台，Siemens 工程師還能將較先進的控制工作負載從那些節點轉換至 IPC，延長舊式端點的使用壽命。
目前規劃在 IPC 實作 Hypervisor，在一部 VM 執行 S7-1500 Software Controller，在另一部 VM 執行工業物聯網級 Windows 或 Debian Linux 作業系統。
「運算能力提高之後，我們不僅能將 IPC 當成收集與預先處理資料的閘道，還能針對 PLC 功能，將這些功能都整合於一個平台，」Lay 表示。
富前瞻性的工廠
Siemens 安貝格工廠的資訊架構，以及任何其他採用階層分析法的工業物聯網設施，都必須仰賴 Intel Atom x6000 處理器提供的安全性、確定性與效能技術基礎。
基於重要的理由，這些系統及其資料一直以來孤立封閉。然而，向更廣泛企業基礎架構公開這些系統及其資料的作法，創造了諸多可能性，其重要性不容等閒視之。階層分析可協助現今工廠針對未來需求數位化的方式不勝枚舉，功能上的效能改良與預測性維護只是其中兩種。