因應產品故障或外來突發狀況，系統備援設計因應而生，就汰換頻繁的數位產品而言，這類的冗餘設計其實並非必要，但對於高度依賴感測辨識的無人載具、智慧動力機械等產品，卻是攸關公共安全的必要配備。
什麼是冗餘設計(Redundant Design)或冗餘系統(Redundant System)？冗餘設計是為產品部分功能或系統運作，規畫建立多出一套或一套以上的備援設施或復原資源，例如多出一套感測器(Sensor)模組、運算單元或備載額外電力等。
這些多出來的功能單元或資源設計，目的是讓產品部分關鍵功能具有備品支援，在維護正常運作的目標中能夠耐受更高的系統內部故障問題，例如內部感測器組件失效，或誤報而危害系統正常決策作業時，能自動跳換或比對另一組模組；或是爭取維持系統正常工作的緩衝，讓使用者「來得及」做危機處理，例如執行安全迫降、等待外援等變通方案。
冗餘設計主要是指在產品「主機」或「本體」中，「內建」一套(或以上)「多餘」的部分功能或資源，提供當功能失效或耗弱時能由備援的另一套模組接棒運行的系統設計。
數位產品替換頻繁 備援徒增成本/複雜度
冗餘設計在平時是多餘的組件與累贅的功能規畫，徒增產品成本與系統複雜度。尤其在對成本錙銖必較的大多數「靜態」(不具動力機械架構)資通訊科技(ICT)數位產品上，若多做冗餘設計容易減弱市場的價格競爭力，進而影響整體獲利。
加上數位產品或智慧裝置的世代交替與汰舊換新快速，消費者可能一輩子用不上多餘的備援設計就換購新產品，或遇到產品故障問題，雖有其不便，但不至於造成太大的財損或安全問題，因此廠商實不必替消費者規畫冗餘設計來保障那難得發生的問題，或者就算發生也不會有太嚴重的危害問題，例如很多時候只須重新開機就可解決等。
近年數位市場，甚至還流行「低價」ICT產品，出現設計剛好「夠用」或「堪用」的產品規劃，競逐於CP值(性價比)中的「價格」。因此冗餘設計在多數ICT數位產品上，非常有機會就是等於「多餘」、「無價值」的設計！因此較少看到ICT數位產品有冗餘設計。
觀察ICT數位產品，常因使用類似的關鍵組件、相同的作業系統，讓數位產品一致性很高，大家都在苦思產品的差異化，但開發重點，長期看來仍留守在成本居多，冗餘設計的提出恐無助太多數位產品的價值或差異化發展。
反觀新興的無人載具，包括無人機、自駕車、移動式機器人等產品，將在更廣泛的陸海空空間範圍中，執行功能任務來服務人類。因為它們又都是具有動力機械架構且高度整合型的產品，涵蓋機械能力、行動電力、感測辨識、運算控制等的「類比+數位」科技產品等，未來可能遭遇的各種特殊情況或稀奇古怪問題，遠比人們在手中或身邊的「靜態」數位裝置有更多的未知情況與變化，而且任何微小故障或短暫失效，就可能造成很大的產品財損或安全危害，因此這類「會動」的產品設計或加值方向中，冗餘設計便將成為適當且有價值意義的設計，以下舉幾個例子加以驗證。
無人載具考量安全 穩當不失效擺第一
首先，在2014年無人機DIY市場中的較高級飛行控制器(簡稱飛控)，例如PX4、PIXHAWK等飛控，已經出現大方的冗餘設計理念與實現。包括飛控的電源供應來源可來自三個模組，把不穩或不足電壓的供電源排除，選擇最正常的電力來源。除此之外，感測與運算等關鍵模組也都有備援，例如中央處理器(CPU)準備了兩顆，其他各式感測器例如三維(3D)加速器、陀螺儀、電子羅盤等也全多裝了一套，當察覺感測器訊號不穩或失效，則換備用感測模組。
另一例是消費型無人機大廠大疆創新(DJI)的多項產品線，約在2016年以後，便常見到冗餘設計的訴求。例如其2016年4月新推出的零售版開發型飛行控制器組件，如A3 Pro飛行控制系統，設計配備多達三組的慣性感測量單元(IMU)與全球衛星導航系統(GNSS)模組，配合其軟體解析，能對三套資料進行多路查核演算，當系統中的感測器出現異常時，立即切換至另一套感測器，來保障可靠穩定的飛行應用。
第三例為DJI的無人機系統整機產品，也在2016年以後，頻頻出現有冗餘設計的功能訴求。諸如2016年3月推出的Phantom 4、2016年10月的Mavic Pro(較小型的飛行相機)，以及2016年11月最新的Phantom 4 Pro及Inspire 2等機款，幾乎只要新出品的無人機產品線，全都已經加上冗餘設計的感測器及定位模組設計，提高飛行的可靠性外，也成為這些新產品的賣點之一。
最後一例是2016年11月上市的DJI Inspire 2以及2017年2月發表的DJI商用無人機Matrice 200(M200)，除關鍵組件如雙慣性測量單元、氣壓計、指南針、全球衛星定位系統(GPS)定位器等感測器具有冗餘設計外，兩者還多加上電池的冗餘設計(Dual-Battery Power Redundancy)，這是一種交換備用的策略，除可延長飛行時間，以及一枚電池在空中故障時仍具備援電力續供飛行外，也可讓使用者在地面更換電池時，能保持已定位的GPS模組，不會因沒電而要重新浪費時間等待開機定位。因此冗餘設計的功能意義，也開始在安心以外，增添其他方便效益。
未來在其他種類的智慧動力機械產品上，如自駕車、機器人等，推估也將出現有冗餘設計的開發趨勢。因為這些產品，如同無人載具，一樣都是運行感測辨識、自動控制，協助決策行動來服務人類的人工智慧商品，沒有消費者希望這些具有類似人工智慧的產品，會因為感測器或運算單元出問題而停擺，因此有望成為下一波增多冗餘設計的產品領域。
感測控制角色日重 冗餘設計有其必要
預估人類無時無刻依賴感測器、運算單元、動力來源等產品關鍵組件的程度將愈大，尤其未來感測器的辨識與策略演算，還將擔任人類更多新興無人載具、智慧動力機械等產品的感測辨識、自動控制、行動決策等重大工作任務。對冗餘設計持續提高認同與期許，成為選購這類高度整合的智慧動力機械載具的重要決策之一。
(本文作者為資策會MIC產業顧問)