打造廠房雲端運算系統 輕鬆管理生產設備
- DIGITIMES企劃
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雲端運算不只被應用於一般企業管理，製造業也可利用雲端系統輕鬆管理生產設備，透過雲端架構，管理人員可由遠端掌控所有的設備狀況，打造最佳化管理系統。
發展雲端運算的系統，主要多是以IT產業為主，相較於包括工廠、樓宇及家庭等自動化產業在雲端運算的應用，似乎就較為薄弱；由於這類自動化系統講就的是「穩定性」，基本上持續延用的自動化設備，都具有穩定的特徵。但相對來說，「穩定」與「頑固」用在這些設備上，或許算是同一類的形容詞，這或許與雲端運算的整合與彈性特點，就有些格格不入。
雲端運算 簡化設備監控架構
近年製造產業的智慧工廠議題快速發燒，M2M需求急速擴張，雲端運算技術被視為製造產業由自動化演進為智慧化的利器之一，然而原有的自動化系統與雲端運算之間的鴻溝如何消弭，就成為相當重要的課題。
以工廠為例，過去業主想要了解公司設備運轉資料或其他資訊，必須透過工廠前端各式感測設備的監控，經由通訊轉換設備將前端感測的類比或串序列資訊，轉換為符合網際網路通訊的數位資訊，才能提供給內部的中控主機及系統軟體統整管理，但此類型架構不但整合過程繁雜，而且硬體投資成本昂貴，對大多數企業主來說，投資意願相對薄弱，因此要推展雲端運算的發展，在自動化廠商的眼中，也會因此困境而讓人望之卻步。
就功能面來看，資料管理是雲端運算技術的根本，如何讓設備或環境資訊連接到雲端，之後才有所謂管理的可能，因此，自動化廠商要解決的第一個課題，就是如何讓各種資訊簡單的上網，在自動化業界，過去多是以工業通訊介面傳遞訊號及資訊，在整合相關資料上多需要進行介面轉換；但近年來包括Ethernet技術的大幅擴展，讓工業界使用此類開放介面的機會增加，也讓雲端運算更容易達成。
以傳統工廠為例，目前的架構，多僅能透過PLC、HMI來在現場掌握資訊，在導入雲端轉換設備後，系統經擴整合便可直接達成透過網際網路監控遠端工廠的生產狀況，甚至可以監控其賣到海外的設備的狀況，協助客戶維修等工作，盡而提升其在客戶端的價值。
網路通訊整合 才能上雲端
此外在自動化系統層面，解決系統架構的整合問題後，雲端運算系統還要須解決包括通訊傳輸速度與跨界面通訊的整合，以及雲端系統資料庫的撰寫與編排和安全等相關問題，這些層面必須藉由各種不同專業的團隊共同合作，才能達成相當的目標。
再從資訊傳輸與跨界通訊整合層面來說，此一層面主要的課題，包括實體網路與無線通訊的整合，以及傳輸頻寬的要求，這必須考慮各種通訊頻寬速度，以及資訊碰撞等相關問題。
一般而言，由於安全問題，加密的資訊封包的規模逐漸擴增，加上無線通訊的便利性，目前在資料的傳遞上，由於像是工廠製程的智慧化後，許多機台的設置變得更為「彈性」，如何傳遞完整的信息至後端伺服器進行分析整理，「無線傳輸」亦成為重要課題。
不過無線傳輸就會牽涉到頻寬問題，過去智慧電表、導航系統或是居家安全的規劃，常都受限於頻寬及技術以致於無法順利推廣，現在再加大頻寬到3G甚至是LTE之後，機台間通訊之應用將會更為發達。
雖然現在的頻寬仍可應付機器間通訊的需求，但未來在M2M的應用上，對於頻寬的要求將會逐漸增加，將不會只有簡單的資訊傳輸而已，由於現在電子產品的服務內容，在經整合後雖更為多元，資料的傳輸內容也因此將更為複雜，對傳輸的需求也就跟著提升，如何即時傳輸大容量檔案成為重要課題。加上傳統的2G網路難以同時處理同一區域內高密度連網裝置傳輸的需求，3G甚至是LTE系統因此能派上用場。
但必須強調的是，無線傳輸的技術運用，在M2M的層面上，仍然是以資料傳輸做為應用項目，在機台控制上，仍然是以有線系統設備建置為主，透過有線與無線的整合，資訊的擴充也成為雲端運算的介入利基。
就台灣的自動化產業態勢來看，工業電腦將是雲端運算系統可以大展拳腳之處，在系統端，工業電腦可滿足寬溫、防塵性、穩壓系統、持續供電，甚至防水等嚴苛條件，加上多數雲端客戶具有少量多樣特性，量身訂作彈性高，都是工業電腦廠在爭取商機上的優勢所在。
工廠雲端系統設計重點
在硬體的架構之外，軟體系統的整合性也是工廠設備管理雲端化的重要課題，若資料庫的架構或編排不夠完善，光是要面對上萬、甚至是上百萬的存取，有可能導致系統負載過重，甚至導致當機的問題發生。
另一個設計考量則是彈性設計，在雲端架構下，每一個應用程式都是在虛擬機器中執行，由雲端系統的開發人員分配應用程式給可使用的虛擬機器數量，如果需要更多運算資源，直接變更組態就能增加愈多虛擬機器執行，遇到實體伺服器發生故障時，系統必須自動將應用程式，在搬移到其他虛擬機器上執行，讓服務不會中斷。
最後則是資安問題，由於雲端運算系統由大量的機器構成，缺少人對設備的有效監控，尤其是大範圍廠區，機器部署在此少人監控的環境中，攻擊者可輕易接觸到這些設備，從而進行破壞，甚至通過本地操作更換機器的軟硬體。
此外，在資訊傳輸過程中，感測網路的傳輸與資訊安全問題也相當重要，感測節點的功能設計通常都較為簡單，配置電量亦較少，使得這些無法擁有複雜的安全保護能力；而感測網路多種多樣，其資料傳輸和消息也沒有特定的標準，所以無法提供統一的安全保護體系，容易被有心人士擷取資料。
核心網路的傳輸與資訊的安全，也是另一個問題，由於核心網路具有相對完整的安全保護能力，但因節點數量龐大，因此資料在傳播時，會因大量機器的資料發送使網路壅塞，進而產生拒絕服務攻擊；此外，現有通訊網路的安全架構都是以人與人的通訊角度設計，並不適用於機器之間，因此現有安全機制是否適合，這也是必須思考的問題之一。
基本上，部分安全要求不高的應用，在網路能夠提供逐步加密保護的前提下，應用層端到端的加密需求並不重要，但對於高安全需求的應用，端到端的加密仍然是其首選；此外由於目前M2M仍在起步階段，多數應用仍處概念階段，其具體的實現結構等內容無從談起，不過隨著雲端運算的安全，似乎將伴隨遠端設備管理的發展日漸獲得重視。
