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安全性

利用 5G 和邊緣推動工業 4.0 進展

智能工廠、5G邊緣計算

別無它法了:您若是目前是採用工業 3.0 的製造商,如果您希望未來不被淘汰,那麼您的廠房日後必須轉向工業 4.0,並且做好迎接 5.0 的計畫。

然而,製程必須如何改變,才能達成這項目標?5G 或許是解方。

我們與數位轉型、技術與工程設計全球領導廠商 Capgemini 的全球數位製造解決方案架構設計師 Philippe Ravix 對談,瞭解未來的發展藍圖、邊緣運算在製造業所扮演的角色,以及 5G 如何助工業 5.0 一臂之力。

製造空間近期無疑出現了大幅改變。自從物聯網問世以來,製造業演進的情況如何,可以請您談談嗎?

我們目前身在數位轉型的時代,也就是所謂的工業 4.0、未來工廠、智慧工業或是智慧工廠。那些名詞不僅透露出我們需要以資料為導向的方法,更說明我們必須與製造業的基礎合作,也就是以 PLM、MES 與 ERP 這三大系統為基礎的金三角。

物聯網問世將會影響以即時資料收集與分析為基礎的製程,同時能輔助偏製程導向的現有系統。因此,淘汰並非解答。真正的解答是:我會輔助管理廠房與製造商的現有系統,並且與它協同合作。

物聯網顯然是工業 4.0 運動背後的驅動力之一。我認為物聯網會先帶動大規模的自動化。這正是其中一個關鍵點:首先,善用從廠房到雲端的資料收集,最終充分利用進階分析。為什麼?為了將製造商內部的工作流程與製程最佳化。這將是接著精實策略之後登場的下一步;它將是某種精實軟體,可以在公司和廠房推動下一步的製程最佳化。

製造商發展及擴大物聯網方案時,面臨了哪些挑戰?

在我們看來有三大挑戰,分別是自動化、彈性與永續性。

第一項挑戰是自動化,這顯然是我們在市場觀察到的關鍵主題之一。我們能如何整合技術,將製造程序自動化?

下一項挑戰是彈性。如果產品是透過生產線製造,若要為了製造另一項產品變更這條生產線,這個過程目前曠日費時。

最後一項挑戰是永續性:提升設備與程序的效率,讓製造符合成本效益;儘可能減少能耗;縮短製造時間與前置處理時間;減少浪費及減少使用的材料。

隨著 5G 問世,令人雀躍的全新可能性紛紛出現。5G 將如何因應製造業接下來的發展?

在我看來,今日物聯網兩個改變競爭態勢的主要助力,將會打造未來的物聯網。第一個是 5G,這絕對是其中一個改變競爭態勢的主要助力。另一個則是邊緣。我 10 年前開始投身物聯網時,它是將資料傳送到雲端進行分析與人為介入的裝置。它比較偏向雲端到人類。這屬於從裝置到雲端的南北向連線,而且沒有大量資料。

如今,有鑑於資料量和已部署的裝置數目,工作結束時會留下大量資料,也無法將所有資料傳送到雲端。因此,邊緣成了重中之重,而因應這項製造挑戰的關鍵,便是讓這個中繼平台負責收集資料、將資料標準化,以及運算資料。在此之後您就可以說:我可以傳送到雲端、我可以傳送給我的同事、傳送給另一個邊緣等等。因此,邊緣顯然是改變製造業物聯網態勢的主要助力。

5G 當然也是物聯網的關鍵技術。為什麼?5G 的有趣之處在於,您可以避免廠房進行有線連線。因此,除了邊緣的各項功能(意味著速度與將近零延遲)之外,5G 將會淘汰有線連線,並且為萬物增添移動性,提供在過程中構成主要挑戰的那種彈性。

您可以再稍微多談談從這個新範式嶄露頭角的邊緣架構嗎?

邊緣平台確實是您可以在裝置層級、在機器層級、在工廠層級擁有的中繼平台。此外,每個邊緣層級都會擁有運算與儲存用的特性或功能。因此,這是邊緣的價值。

邊緣是一種平台,因此它 100% 是雲端型架構。我們大可將邊緣視為雲端的一環,這樣一來我們才不會使邊緣和雲端成為互各自為政的環節。事實上,邊緣視同雲端的一環,架構風格相同。因此,Microsoft Azure、AWS 或 Google 這類大型雲端供應商,才會在市場推出自家的邊緣平台。這正是各大參與者一開始對雲端感興趣的原因。

有了這種架構,從裝置到雲端這種由南到北的連線方式成了當今的主流,這件事也頗令人玩味。透過邊緣,可以建立東西向的協同合作。大家可以建立東西向的連線意味著,邊緣將能夠討論及管理整合,並且在不同的特定使用案例的邊緣之間交換資料。

這樣一來,廠房層級的一切會將程序最佳化,也就是說,大家不必為了最佳化程序將資料傳送到雲端;在廠房層級就能將程序最佳化。這正是邊緣與所有資料之間這種協同合作存在的原因。

Capgemini 如何協助製造商部署這種系統,並且化繁為簡?

製造絕對是複雜的系統,無論是從連線、資料管理、資料、使用案例或架構的角度來看,每個環節都錯綜複雜。因此,我們支援的數位製造轉型客戶很多。為此我們準備了專門的方法,同時從商業視覺與商業使用案例以及架構視圖開始著手。

我們一向以商業與架構為起點,因為數位轉型面臨何謂正確使用案例的問題。這個使用案例的價值是什麼?發展藍圖為何?然而,還有數位,亦即技術的問題。將商業與技術分開的作法,現今並不合時宜。因此,我們開始利用商業與 IT 發展藍圖支援客戶。在我看來,這是第一階段。

每位客戶都歷經了重重實驗,目前的問題關鍵不在於識別或驗證商業價值,而是在於如何擴充。這是現今的挑戰。雖然我們知道可以在物聯網開發大量概念驗證,但物聯網的價值並非概念驗證,因為所費不眥。全球部署才是物聯網的價值所在。

商業與 IT 發展藍圖出爐之後,我們便直接與客戶擬定擴充計畫,也就是架構。關鍵點之一其實是備妥平台策略。連線平台是否準備好了?哪一款?資料平台是否準備好了?哪一款?分析平台是否準備好了?哪一款?該如何管理全球的系統整合?

每個環節的基礎都是平台;一切都是以雲端型架構為基礎。因此,我們定義了這個詳細的架構。從第一階段期間完成驗證的各種關鍵使用案例,或是客戶先前完成的工作,我們挑選不超過五個的使用案例進行開發與全球部署。

斟酌使用案例時,何時會將安全因素納入考量?

安全性可見於全球廠房。我們備妥這個平台,多半在廠房使用私人網路,並且用 5G 管理私人網路。另外,我們也用加密管理系統與機器之間的所有安全性。

接著,我們在雲端使用雲端供應商提供的安全性。我們與 Azure 和 AWS 合作時,意味著我們已經知道這個系統安全無虞,完全不需要添加任何東西。管理工廠與雲端之間的安全性才是重點所在。

因此,我們可以管理從廠房到雲端的安全性,並且在廠房內透過網路管理安全性。我們擁有的解決方案,設計能包辦這一切。

您如何與 Intel® 合作獲致成功?那段關係又是如何支援您其他的業務?

Intel® 是 Capgemini 長年的策略合作夥伴。Capgemini 擁有集團層級的全球聯盟團隊,而 Intel 正是全球聯盟的一環。有了 Intel,我們知道我們隨時都能取得最優異的技術、專業知識與創新。它確實是極為強大的技術夥伴,也是數位轉型界極為強大的企業。

Intel 另一個關鍵點就是,他們的合作夥伴生態系統龐大,這點對我們來說如虎添翼。另外,我們可以善用 Intel 的所有合作夥伴。我們有問題時,Intel 可以推薦提供恰到好處技術的合適合作夥伴,而且我們所有專案都能直接取得合適的技術。這個方法還能加速及維護我們的交付。對我們非常重要的最後一點則是,我們與 Intel 以聯合協同作業的方式開發解決方案。

對於考慮是否部署 5G 和邊緣運算的製造商,您會給予什麼忠告?

明確的市場願景是不可或缺的要素,也就是說,如果你裹足不前,那麼競爭對手將與時俱進,最後你的市佔率將會流失。然而,務必確認客戶對於當今的技術瞭解透徹,並且對於自己未來的方向及其原因了然於胸。

第二點:備妥合適的架構,也就是與邊緣整合的合適平台,因為一切的移動速度都將非常迅速。因此,務必透徹理解架構,並且採用雲端型架構。否則會產生封閉的環境。

最後一點,務必確定客戶有工業 3.0 的基礎,舉例來說,很多客戶沒有 MES。雖然他們有 ERP,但是他們沒有 MES。沒有 MES 的客戶,當前不應該收集資料,因為尚且言之過早。因此,務必備妥合適的基礎,也就是我們所謂的金三角。

然而,如果您想成功,就必須對自己未來的業務展望了然於胸。

若要進一步瞭解 5G 和邊緣在智慧製造所扮演的角色,請收聽我們的網路廣播節目與 Capgemini 攜手打造 5G 未來工廠

作者簡介

Kenton Williston is an Editorial Consultant to insight.tech and previously served as the Editor-in-Chief of the publication as well as the editor of its predecessor publication, the Embedded Innovator magazine. Kenton received his B.S. in Electrical Engineering in 2000 and has been writing about embedded computing and IoT ever since.

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