確保由工業4.0驅動的設備自動化能實現大規模客製化的三大成功要素

網路時代的倡議例如工業4.0和物聯網，對生產製造現場具有顛覆性的影響，但這與設備製造商為保持競爭力所面臨的巨大衝擊來比仍無法相提並論。雖然對工業4.0的主題已經有大量討論，但對於設備製造商來說，真正的實際影響仍然令人困惑。簡單來說，如果設備製造商希望打進新興的隨插即用智慧工廠環境，設備自動化架構必須包含三個以整合為核心的關鍵特性。

如果我們簡化到單純的實踐層面，工業4.0的目標簡單來說就是實現大規模客製化的承諾。大規模客製化是最終極的商業策略，因為這能讓公司根據每個客戶的需求提供最高品質的客製化產品，同時仍能以大規模生產的價格製造這些產品。大規模客製化和工業4.0的概念最早應用於汽車產業，而現在已逐漸向其他產業擴展。

但這對設備製造商的機器自動化架構有什麼影響呢？

如同業界專家大幅記載的那樣，為了實現工業4.0，設備自動化必須採用新興技術例如工業物聯網（IIoT）、人工智慧（AI）和準確性網路通訊，以便設備與工作單元或廠房內的其他設備協調運作。但其實遠不止於此：除非設備控制器能與其他控制器和設備隨插即用，能夠適當回應來自雲端或其他來源的即時資料，並根據可執行的洞見(actionable insights)動態調整工作流程，否則這些設備將無法在工業4.0的環境中有良好表現。為了適應智慧工廠的需求，設備製造商必須提供這些功能及更多特性，以確保客戶能為個別的顧客以大量且相對低成本的方式，客製化高品質的商品或服務。

為了提供一個能在工業4.0環境中運作的產品，設備製造商必須提升或重新設計他們的設備控制器。這裡有三個已逐漸為人所知的特性，經證明能為設備控制提供必要的靈活性，使設備在智慧工廠的環境中發揮作用。

控制器必須包含以下幾點：

1. 純軟體的設備自動化方法
2. 基於工業電腦的開放軟體整合平台
3. 基於開放標準的軟體相容性

首先，當設備控制器成為純軟體解決方案的時候，即可消除所有專用硬體例如 I/O 或運動控制板並從中受益。這種方法的直接好處是能使設備控制擺脫特定供應商的限制，並降低隨插即用的門檻。以工業總線為例，純軟體的 EtherCAT 主站能取代硬體 EtherCAT 主站，消除特定供應商專用纜線、I/O 和伺服驅動器的限制。EtherCAT 主站能支援來自不同供應商的混和伺服系統，因此能為高精度的流程購買高品質的伺服，而對於例如更換低精度的刀具，則購買性能較低的伺服驅動器。

但純軟體的設備控制方法還有一個更具價值的好處—消除硬體並使整個解決方案軟體化，同時也符合工業4.0的需求。正如亞馬遜數位化了零售商店一樣，工業4.0致力於數位化設備和廠房，而軟體正是這個數位化過程的關鍵，因此能共享資訊，然後在發現可執行的洞見時調整流程。硬體則無法像軟體那樣靈活地變化和適應。只有純軟體控制架構才能最佳實踐工業4.0。

說到數位化，成功設備自動化架構的第二個要求是在工業電腦上提供開放的軟體整合平台。市面上出現許多為了協助整合多個控制器過程的產品—在不需要設備之間精確協調的情況下，甚至打包各個獨立的遠端控制器。然而，整合多個控制器最有效的方法是將許多控制器整合到一台工業電腦上。如果所有控制器都在同一台電腦上運行，而不是嘗試連接多個獨立的硬體控制器，那麼整合和協調控制器就會容易許多。想想看，如果所有控制器都在同一台 IPC ，就可以存取相同的系統時間，這對於整合多個設備的精確運動來說很重要，例如機器視覺引導的運動應用，像焊接機器人或表面貼焊技術設備可能使用的那樣。

而且，如果所有的控制器都在同一台 IPC 上運行，那麼就有可能整合第三方的附加軟體，例如智慧邊緣軟體（如微軟Power BI 或 施耐德 Machine Analysis），或者像OPC UA這樣的通訊產品以連接到雲端伺服器。這樣就不需要購買硬體閘道器，因為 PC 本身就可以作為一個閘道器。

最後，支援基於標準的軟體合規方法已成為工業4.0對設備控制的要求，因為這些標準大大簡化了整合控制器、數位化和轉換控制器產生的資訊、與雲端流程共享資料以及利用可執行的洞見。然而並非所有的標準都是相同的，事實上，有些標準並不是真正的「開放」，沒有被生態系統廣泛採用的標準應被視為「封閉」，因為這些標準通常是大型自動化公司衍生的專用協議，會導致仍然被供應商所限制。要衡量一個標準的開放性、有效性和實用性，只需觀察受影響的產業，並了解該標準被市場和供應鏈廣泛採用的程度。

就像一個真正「開放」標準的例子：與許多高速數位總線形成對比，EtherCAT 已成為設備自動化領域最廣泛接受的現場總線。網路通訊與即時網路通訊對於設備自動化來說非常重要，因此像 TSN、GigE、OPC UA 這樣的標準，以及像 EtherCAT 這樣的即時總線標準對於成功部署來說是不可或缺的。

總而言之，為了實現工業4.0的目標，包括滿足隨插即用或整合多個設備控制器的需求、數位化製造流程、並兌現當前與未來設備控制的承諾，將會需要一個純軟體的設備控制架構，才能運行在標準的工業電腦上，同時執行具有附加價值的物聯網軟體，並採用開放且重要的標準。

值得注意的是，這三項要求一直是每一代 KINGSTAR 設備自動化軟體的指導原則。KINGSTAR 是一個純軟體機器自動化平台，致力於幫助我們的設備製造商客戶實現工業 4.0、物聯網和大規模定制化的承諾。