打造資料分享平台　舊機台聯網奔向工業4.0

工業4.0時代來臨，智慧製造一時之間似乎蔚為風潮，然而就現況來看，其實有許多工廠還停留在工業2.0階段，也就是工廠設備皆是「孤島式」，各自獨立，互不連結，當然也就達不到智慧工廠的前提，亦即蒐集設備和機器的運作資料並加以分析。 

根據網路設備公司思科(Cisco)評估，遍布在全球各地工廠生產線上的6,400萬台機器，還有92%尚未連結上網路，也就是說絕大部分工廠的機器設備尚未具備聯網功能，這是一般所稱的「棕地 (Brown Field)」；至於新一代具有網路功能的設備，則被稱為綠地(Green Field)。相較於歐美先進國家，亞洲製造業的「棕地」尤多。 

智慧工廠第一步　 化「棕地」為「綠地」 

要如何將「棕地」化為「綠地」？最理想的方法當然就是直接將孤島式機器整台換成智慧設備，然而，這個理想方式卻礙於現實而不可行，因為對於許多極為重視成本的製造業者而言，此前已經投資大筆資金於既有的生產設備和自動化機器上，如果這些既有設備還必須使用多年才能回收成本，業者就不會做出更換機器的決策。 

圖1 凌華科技Solutions Architect陳家榜博士指出，將既有設備聯網是邁向智慧製造的第一步。

「因此，較可行的解決方法就是讓既有設備連結上網路，相較於更換全新設備，此方面的投資低得許多，製造業者在現階段也比較能接受。」凌華科技Solutions Architect陳家榜博士(圖1)說。 

凌華所推出的DEX-100系列就是針對製造業者的此類需求而推出。這是凌華首度針對PC-based舊有機台設備推出的資訊擷取與聯網解決方案，是以非侵入式、泛用型的資料擷取/轉換方案，協助客戶解決舊有PC-based機台的聯網問題。陳家榜進一步說明，「DEX-100的實際運作方式，是利用圖像擷取方式擷取產線中既有機台的螢幕顯示畫面，然後經過字元辨識的過程，將圖像轉換為數位化數據，以提供遠端控制資料。」 

透過這樣的方式，不僅不需更換新機器，現有產線操作人員的作業也不受影響，堪稱是以「無痛」方式完成機器聯網的任務。設備連線上網後，系統就可從連線設備擷取資料，廠區作業人員可透過現場顯示幕檢視機器作業情形，而公司管理人員則能從中央控制室遠端監看廠區整體生產狀況、個別機器作業情形、環境參數、能源使用情形等重要資訊。 

邁向智慧工廠　強化資料分享平台 

將現有機器和儀器連上網路，這是實施智慧製造的第一步，因為唯有如此，工廠運作才能擷取智慧決策所需的關鍵資料。接下來，在邁向智慧製造的過程中，下一階段要做的事就是資料分享平台的強化。 

一個可靠、快速、即時的資料分享平台，是完成智慧製造的重要工具，如此才能確保資料在整個物聯網系統內外都得以正確無誤地傳輸與分享，尤其是即時的機器對機器(M2M)可以在生產設備發生微小問題時就發出警告，以防止問題持續或擴大而造成運作不良並影響效率。 

DDS分發效率高　突破傳輸瓶頸 

利用資料分散式服務(Data Distribution Service, DDS)軟體技術，可進一步實現資料傳輸及分享的即時性。資料分散服務是面向實時系統(Real-Time Systems)的數據分發機制，是由物件管理組織(Object Management Group, OMG)提出的協定。 

DDS屬於物聯網應用層協議，能串聯多套動態實機，將各站即時狀況與資料送到遠端雲端中心，如此一來，中心就能全面性控管及預防各種可能影響產能的突發狀況。基本上，DDS的數據分發的實時效率非常高，能做到秒級內同時分發百萬條資訊到眾多設備。 

DDS系統可以大幅改善傳統主從式(Client/Server)架構易出現傳輸瓶頸的缺點。由於DDS的架構具有扁平、簡單、解耦等特性，可以允許點對點(Peer-to-peer)溝通、群播(Multi-cast)及動態發現(Dynamic Discovery)等功能，所以能避免單一節點故障引發問題，更可以克服過去因頻寬浪費而造成資料傳輸阻塞的問題，確保資料能夠安全、精確及即時地傳送到每個站點。 

為了協助製造業者逐步邁向智慧製造，陳家榜表示，「針對DDS，凌華已於2015年底併購英國軟體商PrismTech，順利取得DDS技術，近期並大力推廣。」 

具備行動Database特性 快速提供目標數據

談到DDS，一定要談到的當然還有「實時創新公司(Real-Time Innovations, RTI)」，該公司堪稱是原創並主導DDS標準的重量級業者，位居工業網際網路聯盟(Industrial Internet Consortium, IIC)指導委員會十三席之一，致力於資料分享技術的開發。RTI在台灣的工業物聯網策略夥伴為雲創隆科技，該公司負責人張子修指出，IIC的工業網際網路框架(IICF)建議挑選DDS做為主流整合聯網標準，RTI就是主要推動者。 

張子修指出，DDS所建構的訊息傳遞系統猶如一個「行動資料庫(Database)」，可以攜帶Database的資料，使用戶能夠通過數據密鑰取得資料以進行實時答案和分析。為了進一步說清楚此運作方式，張子修並針對DDS及Hadoop進行比較。Hadoop是一個能夠儲存並管理大量資料的叢集系統(Cluster System)，也就是由單一伺服器擴充到數以千計的機器，整合應用起來像是一台超級電腦。而資料存放在這個叢集中的方式則是採用HDFS分散式檔案系統(Hadoop Distributed File System)。 

比較這兩種技術的不同，簡單來說，Hadoop需要連續讀取每一件事情，而DDS不需要。張子修舉例說明：對一個空中交通管制員而言，假設有五萬條航道在空中，而這位管制員只須追蹤五英里半徑範圍內的飛機，沒有必要閱讀所有的數據。使用DDS可以馬上篩選掉不需要的資料，且找到所需的資料，這就是「行動資料庫」的價值。此外，DDS在服務品質(QoS)上提供非常多的保障途徑，這也是DDS之所以適用於國防軍事、工業控制這些高可靠性、可安全性應用領域的原因。 

事實上，RTI早已將DDS推進各個產業領域，從國防、航太、能源、汽車到製造業等(圖2)，族繁不及備載。例如石油天然氣工業大廠National Oilwell Varco便是利用DDS來開發自動化系統；美國陸軍工兵部隊則淘汰原本的數據採集監控系統(SCADA)，轉而擁抱DDS更開放的可擴充控制系統，此外，法國軍火業者Thales、通用汽車、英特爾等皆已導入DDS。 

圖2 DDS已廣泛應用於多元產業領域，從國防、航太、能源、汽車到製造業等。

DDS資料匯流排　 支援IIC參考架構IIRA 

張子修強調，DDS的真正核心在於資料匯流排(Data Bus)，對此，RTI的資料匯流排軟體Connext DDS，可在製造現場、物運算和雲端運算之間即時分享資料。Connext DDS的主要客戶為工業自動化產業的代工廠商和系統整合商，目前已有1,000多家客戶使用Connext DDS。 

值得一提的是，RTI近期推出的Connext DDS 5.3(圖3)可以進一步確保開發商的系統達到IIoT所要求的效能和可擴充性。RTI新推出的Connext DDS 5.3，是首個專為執行IIC工業網路參考架構(IIRA)的聯網軟體，也是第一個專為物聯網(IoT)架構建立分層資料匯流排的軟體，兼顧互通性和開放架構。 

圖3 Connext DDS 5.3為首個執行IIC工業網路參考架構(IIRA)的聯網軟體。

Connext DDS 5.3還有一個重要特點是歷史資料的管理。張子修進一步說明指出，工業物聯網應用經常要取用歷史資料，但由於系統資料量太多，不可能把所有資料直接傳輸各處，但Connext DDS 5.3能夠有效率地取用和接收歷史資料，甚至可以針對特定內容過濾資料。  

DDS提供安全保障 符合工業控制需求 

RTI的Connext DDS Secure，則是為了保護IIoT系統所推出的連接軟體。Connext DDS Secure具有RTI安全插件，支援OMG組織的DDS安全規範，並支援轉發相容性。該插件是將DDS標準的基於資料中心的基本原則，進一步應用於安全性，藉以提供機密性、完整性和可用性，而不會引入單點漏洞。 

張子修強調，與其他網路安全解決方案不同，Connext DDS Secure支持更細粒度的安全性，因此開發人員可以靈活地啟用其系統所需的安全功能，例如身份驗證或加密，而不會影響性能。此外，TI Connext DDS Cert模組，則能顯著減少開發分散式安全關鍵系統所需的時間和成本，此模組包括一個現成的連接庫，毋須開發客製化通訊程式碼和任何必要的認證憑證。 

亞太市場能見度較低　DDS待推廣 

DDS在國外已行之有年，尤其歐美國家國防工業普遍採用此一資料分享技術，已有二十餘年歷史，且在產業界的普及速度亦十分快速，然而，DDS技術在亞太市場的能見度較低。 

為推廣DDS，凌華不僅透過授權方式使有需要的業者可取得此技術，且提供Open Source版本，希望能讓更多有興趣者可以免費利用DDS建構相關應用，此外，凌華並提供顧問及訓練服務，協助使用者盡快上手，也正在與政府相關單位洽談合作推動DDS標準化的可行性。RTI自去年(2016)年開始也已提供開源碼服務，且透過雲創隆科技積極在台灣推動DDS應用。 

值得一提的是，未來機器人與機器人之間的溝通是離散及移動式的，而DDS的分散式架構正可以滿足機器人間的通訊需求，因此DDS已被機器人作業系統(Robot Operating Syetem)挑選做為ROS 2.0的通訊層技術，預計今年底技術標準的底定將會推動一波市場需求。