｜智慧工廠通訊協定概論

摘要：智慧工廠已成為未來建廠的目標，而智慧工廠內各裝置設備的高度連結性，仰賴最適合的通訊協定配合。本文就現有幾大工業乙太網路協定做基本介紹和優缺點比較，每一種協定都有其存在的價值，沒有一種協定在各個面向都優於其他競爭者，因此，最後簡要列出幾點選擇工業乙太網路時可以考慮注意的事項，幫助讀者找出最適合自己需求的協定。

Abstract: Smart factory has become the trend for future automation factory. Interfaces for the connectivity between each element in the factory are the first step toward a successful smart factory. Major industrial Ethernet protocols are discussed in this article. Both their advantages and disadvantages are analyzed. There is not a dominant protocol that outperforms its rivals in all aspects. A basic selection guide is presented to help readers to make the best choice for themselves when choosing an industrial Ethernet protocol.

關鍵詞：智慧工廠、通訊協定、工業乙太網路

Keywords：Smart factory, Communication protocol, Industrial Ethernet

前言
二十世紀中以前，絕大多數的工廠都還是靠勞力和機械運作，直到1947年通用汽車（General Motors）成立第一個自動化部門（automation department），自動化的概念才逐漸被廣泛的採用，當時的自動化技術大致上為電機、機械、液壓和氣壓的整合。在1957年和1964年間，工廠的產量幾乎倍增，而同時期工人的總量卻開始逐漸減少[1]。1970年代開始，工廠自動化漸漸普及，許多因此而衍生出的技術從當時便沿用至今，不但使得大量高品質的穩定生產變成可能，也將更複雜的製程引進生產流程。
自動化的引進將工廠帶入量產的新紀元，其生產週期短則數年（如電視機），長可達數十年（如大同電鍋）。然而隨著市場需求的改變，此類長時間大量生產的概念已漸漸模糊，取而代之的是多樣性且生產週期短的產品。以手機為例，蘋果系列的iPhone，每一代的生產週期約為一年，每年新款上市，舊款生產線便轉而生產新款手機；非蘋果手機，若銷售狀況不理想，三個月內便停產（discontinued）的例子也不在少數。為因應此類少量多樣的產品型態，智慧工廠（smart factory）的概念在二十一世紀初期逐漸成形。

英特爾（Intel）和科隆應用科學大學（Cologne University of Applied Sciences）在「明日的工廠會很聰明」白皮書[2]中提到，為因應當前的經濟危機和新的生產需求，也就是更有彈性和效率的生產，企業的製造和管理階層需高度整合資訊科技，將設備和產線的利用極大化，並且對產線中遇到的問題可以快速的應變，而智慧工廠就是此類整合的代表。在智慧工廠裡面，產線可以隨易地改變或擴張，甚至在遇到相似製程時，產線可以自動變換。然而現今許多工廠裡面，許多設備仍單獨運作，和其他設備或系統並無水平或者垂直的整合，導致公司對於需求端或者供應端的快速變化，或者遇到品質或服務的問題時，無法迅速的反應。日本311大地震後，全球汽車零件的供應受影響達數月之久，就是一個典型的例子。

在傳統的自動化金字塔，各個元件多僅和其直接相關的設備或其他元件連結如同圖1，但缺乏相互之間的連結線，設備或元件並不是用最有效率的方式被利用，上層管理系統也無法精確掌握每一設備的生產狀況；一旦有問題發生時，也須待問題浮現而被現場人員發現後才能回報。然而在未來的智慧工廠，如同圖1所顯示一般，製造相關資訊可以即時連接至上層管理系統（MES或ERP）作為決策參考，而達成此一目標的先決條件就是有效的資訊系統將金字塔內的每一個獨立的單元連在一起，也就是一個相互連結的工廠。