工業 4.0：從實體連線到雲端

高瞻遠矚的製造業者，選擇邊緣人工智慧與電腦視覺等轉型技術，以增強敏捷度、提升生產力，以及降低成本。但誰也想不到，將工業端點連結至雲端看似簡單，實際上竟是如此困難。

這是由於目前存在太多工業通訊協定，才引發這種硬體問題。目前有數百個標準與自訂工業協定。而且糟糕的是，個別所使用實體介面也不盡相同。

只要看看最多人使用的工業協定。串列、顯示、工業乙太網路、數位，以及通用通訊，全都使用不同的實體介面。對於擁有標準介面組的現成閘道解決方案而言，這麼多不同實體介面的問題，在於許多工業應用程式需要自訂的 I/O 組合。工業的空間與資源也相當昂貴，因此不可能負擔得起甚少使用，甚至從來不會用到的無謂的連線能力。

硬體若是不可交互運作，未來的工業物聯網使用者將不得不在兩條道路之間選擇其一：將不同的協定翻譯閘道串成菊鍊，以取得應用程式所需的所有 I/O，或是打造自訂的解決方案。

無論選擇哪一條路，都將所費不貲。

應用程式專用物聯網的彈性介面

工業電腦與嵌入式運算解決方案供應商 American Portwell Technology 提供另一種選項。這家公司的模組式 KUBER-2000 系列，以混合式方法解決 I/O 問題，既有現成系統的成本效益，又仍具有彈性（圖 1）。

六個 KUBER-2000 IPC 的每一個，都使用搭載雙核心或四核心 Intel^® Celeron^® N3350 或 Intel Atom^® E39XX 處理器，以及標準 I/O 套件的共用技術平台。這些介面包括：

• 雙吉位元乙太網路埠
• 至少兩個 USB 3.0 連接埠
• 雙插腳終端段
• DisplayPort 連接線

除了這些以外，Portwell 也以各種方式將連線能力擴展到其所有的 SKU，以滿足應用程式特定的需求。例如 KUBER-212A 的無雜訊 LAN 與 COM 連接埠能提升系統容錯度。KUBER-212B 提供的 GPIO 與 CANbus 支援，則是賦予系統自動化控制的功能。

整體而言，KUBER 平台可支援無線通訊，包括 Wi-Fi、藍牙、GPS/GNSS、LoRa，以及 4G/LTE。另外還有 MQTT、OPC-UA、Profinet/bus、Modbus，以及 PLC 61131-3 軟體堆疊。這只是平台以及平台的各種介面，在本地支援的自動化中心協定的少數例子。

現成工業 4.0 閘道組合建立了共用的模組式硬體架構，可執行各種功能，從物聯網邊緣管理員或 PoE 交換器，到 SoftPLC 或自動導引車（AGV）控制器。

通用的雲端連結

這些系統必須能在現場總線通信，彼此之間才能互通重要資料，也才能與雲端互通重要資料。完整平台介面與協定堆疊支援確實能提升邊緣連線能力，但還是需要協助才能將資訊傳送給企業。

Portwell 的工程師將嵌入式技術標準化組織（SGeT）的通用物聯網連接器（UIC）標準，納入 KUBER-2000 軟體堆疊，實現這項目標。

UIC 是一種連線架構，能讓嵌入式裝置使用 MQTT 或 XRCE 訊息協定，與雲端基礎架構交換資料。UIC 將使用不同協定的不同端點，連結至串連數百台裝置的單一異質網路。

這種開放原始碼、可接納各種硬體的工業標準，包含三大部分：

• 嵌入式驅動器模組：驅動器透過與上述類似的介面，將嵌入式系統與周邊系統或其他系統連結。
• 通訊代理者：一種軟體元件，將雲端應用程式伺服器初始化，並與其通訊。
• 專案代理者：一種組態工具，可指示嵌入式系統要使用哪些周邊系統、如何處理資料，以及將資料傳送至通訊代理者的頻率。

這些 UIC 模組讓超過 500 個雲端解決方案，都擁有遠端管理與連線能力。這些模組的其中之一，也就是 Microsoft Azure 物聯網，最近認證 KUBER-2000 系列為其生態系統的一部分。

工業級標準需要工業級可靠度

工業物聯網具有徹底改革製造作業的潛力。但執行邊緣至雲端應用程式的裝置，包括負責執行預測性維護與員工安全應用程式的裝置，若是缺乏有效率、符合成本效益的通訊方式，工業物聯網就無法發揮效益。

無論是在新工廠還是傳統工廠，可交互運作性與標準，都是接納所有設備的基礎。不妨從可支援開放軟體，具有彈性的模組式硬體開始。