工业4.0时代来临，设备及产线的自动化将为制造业带来全新样貌。

工业物联网加速布建，智慧边缘逐渐成形，制造业面临数位转型浪潮。

如何有效率进行智慧边缘的管理，也成为当务之急。

工业4.0时代来临，设备及产线的数位自动化将为制造业带来全新样貌。由於工业自动化无法全然取代人力，但了解并学习相关知识与技能将有助於布局转型随着工业4.0的驱动，工业物联网（IIoT）也加速布建，智慧边缘逐渐成形，制造业正面临数位转型浪潮。施耐德电机指出，接下来工业自动化转型的三大方向，将包含：工业自动化大幅提高产能、改变劳动力架构，以及对环境更友善等趋势。

提高产能

随着全球工业市场面临少子化与劳力市场人力短缺等挑战，人工成本已成为企业的庞大负担。自动化系统能大幅降低人为操作之误差及变数，加速生产流程并提升效率，释放人力转向更能创造附加价值的工作，有效降低劳动成本。而数位转型及工业物联网（IIoT）的出现，也意味着机器能更有效地运作和维护，减少停机时间且能根据临时需求弹性调整。

改变劳动力架构

全球疫情影响除了让制造业现场人员难以复工外，连带造成断链、缺工等危机，迫使制造业转型意识抬头，加速步入自动化。远端工作模式成为後疫情时代的关键趋势，同时也突显数位化工具和技术的重要性。疫情带来的新常态让数位化需求渐增，数位化解决方案使员工能从远端安全地监控、操作和维修机械设备；管理人员也能轻松透过数据制定或调整相关决策，提高整体营运效率。此外，多元高科技人才正是工业自动化的重要推手，因此若能将自动化技能纳入教育培训，也是转型重要的一环。

对环境更友善

台湾能源高度倚赖进囗，政府近年也积极推动能源转型。自动化解决方案能帮助制造业减少其能源消耗以及温室气体排放，藉由工业物联网连结设备和产线，实时监测多个站点及其运营数据，进而高效率管理生产流程，将有助於优化整体设备的生产效率。

图1 : 导入智慧边缘让自动化转型加速，可提高产能、改变劳动力架构。（source：施耐德电机）

自动化应用加速

随着通膨与经济低迷的影响，全球有过半的企业正面临严重的人才与技术缺囗。在此同时，企业也正面临营运成本增加的压力。IDC预测，自动化将成为企业解决压力的重要投资。而企业的自动化应用，目前仍面临AI应用扩展及协同串接的难题，且目前单模态的AI应用已不足以满足企业在即时决策、预测能力的需求。未来，能够同步处理文本、视觉影像、音讯等应用的多模态AI，将有机会协助企业解决这些难题，提供更精准的自动化性能，以跨越企业内各种业务流程的决策串流障碍。

也由於企业数位转型与升级浪潮的驱动，使得物联网装置增加，资料量也大增，加上云端与边缘运算技术量能的提升，数位双生（Digital Twin）也已经开始跳脱过去集中於国防、航太、能源、政府应用等产业，开始跨入大型制造业、仓储物流与产业供应链。过去市场普遍认为，数位双生的部署需要一次性的大量资金与平台技术转换，但随着企业在数位转型、自动化需求的增加，以及物联网、人工智慧、机器学习、5G通讯、AR扩增实境等装置与技术的辅助，企业也开始思考如何利用小规模或客制化的应用，来进行数位双生相关的导入。IDC预测，2023年开始数位双生的部署将更多元，并将在不同产业与不同企业规模间阶段性的导入。

为传统制造业注入智慧动能

由於时代快速变迁，传统制造业开始面临两大困境，包含产线逐渐老旧且效率不隹，与外部环境新技术演进超越企业内部的发展速度，这样的现况使得企业为了提升市场竞争力，智慧转型导入已成为营运的首要策略。以台厂Hopax聚和国际为例，该公司自1975年成立至今，也正面临迫在眉睫的数位转型需求，近年特用化学产业积极推动工业4.0，建构智慧工厂，聚和亦不例外，大量采用IOT技术，整合现有IT与OT系统，并致力将产线智能化，使生产作业与叁数朝向最隹化，以快速回应客户需求变化。

目前这些传统厂商面临到的状况之一，就是虚拟主机的环境记忆体不足，储存设备持续发出空间不足的警讯通知，使得该公司面临到数位转型时程一再延迟的状况。此外，老旧设备与备份软体未能有效整合，也将造成资料备份不够完善，或备份容易中断无法顺利完成的情况，一旦遭受勒索病毒攻击，恐即刻面临资料安全危机。然而，随着全球净零碳排趋势与台湾温室气体减量及管理法受强烈关注，本土厂商也都必须积极着手低碳转型、制定减碳计画，提前做好准备来达到永续的目标。

聚和在采用了Pure Storage资料储存装置後，提供了更快速、更简易的IT环境，运行成本低，占用空间小，寿命也比传统储存装置更长，每年可减少2万度耗电量，并降低每年10吨的碳排放量，对於推进ESG永续目标有很大的帮助。

智能化管理

5G与人工智慧（AI）技术加乘，边缘运算应用场景也日趋多元，成为各垂直应用市场产业升级或转型的契机。Apacer宇瞻科技指出，智慧城市常见的连网监视与情境感知技术，近来也延伸应用於不同领域，例如国防领域、工业领域、交通领域等。透过AI技术分析、整合感测器收集的资料，可为管理者提供决策所需的关键资讯。此外，在铁路交通情境，整合自动列车运行（ATO）技术，辅以轨道或站台影像监控、乘客资讯系统等边缘数据分析与管理，也将大幅提升铁路运行安全性。

而这些新兴的应用场景，都仰赖高度稳定的储存装置与运算系统。而当前，现代化工业设备也在保证产品品质和稳定性的前提下，需要更高的运算性能和更丰富的周边。这些边缘运算的应用，是透过大量随机的小档案写入型态，这常常导致工业级SSD的快闪记忆体寿命过早耗尽，再加上常处於极端环境的应用领域，这些状况都会对运算系统的稳定性造成极大威胁。

工业环境的资安风险

数位科技正带动一波新的工业革命，但同时也制造了许多新的资安风险。工业4.0象徵着资讯技术（IT）与营运技术（OT）的彻底整合，进而提升工厂的效率并节省成本，但这同时也让关键的制造系统暴露於骇客入侵的风险。随着老旧系统连上了网路以及数位转型扩大了受攻击面，OT和IIoT环境特别容易遭到漏洞攻击。

人机介面（HMI）软体的漏洞是该领域的主要资安风险来源。例如在2021年所有可能影响关键制造业的漏洞中，有将近89%的漏洞都能用於制造冲击，包括阻断服务、破坏生产流程，或是窃取资料。根据趋势科技的研究指出，每一起ICS/OT资安事件的平均成本约将近300万美元。然而，要将营运关键系统离线来测试或套用修补更新，对工业环境来说是一项艰难挑战。

图2 : 智慧边缘应用案例：皓博科技推出的智慧震动诊断监测解决方案。（摄影：王岫晨）

边缘装置的安全性问题

恩智浦半导体资深行销经理黄健洲指出，未来的系统将包含数十亿个互连装置。这些装置将成为对攻击者具有吸引力的目标。边缘装置是这些系统的重要部分。当这些装置与远端服务以及云端服务连线时，可以在更接近资料产生的位置处理资料。这些装置从感测器收集原始资料，分析并撷取相关资讯，然後将资讯传送到云端并呈现给本机使用者。在大多数的情况下，这些资讯包含需要加以保护的敏感资料。此外，一些边缘装置都配备有致动器，目的是用来控制可能会被滥用的公用设施和机械设备。因此，需要验证从远端服务收到的命令是否真实，并且是否源自於适宜的控制实体。这也使得边缘装置成为攻击者关注的目标。

一般来说，安全性是一种整体系统属性，而非一种附加属性。系统的安全程度取决於攻击者可触及的最薄弱组件。边缘装置将在系统安全性中扮演多种角色，边缘装置属於优先攻击目标，攻击者攻击控制许多装置的边缘装置，可以获得更高的投资报酬，所以这些装置必须得到相应的保护。而透过将安全性较低的子系统进行必要的隔离，或向其提供安全服务，将有助於提升系统的整体安全性。大多数保护网路装置的基本概念，也可用於保护边缘装置，例如：

●传输中的资料

●存取控制机制

●静止资料

然而，尽管资料中心的基础设施（通常部署云端服务的地方）会为储存和处理的资料提供固有的实体保护，但边缘装置所在的位置几??没有或者完全没有任何实体保护与保障。这就意味着需要为边缘装置部署附加保护和某种程度的入侵侦测功能。在系统晶片（SoC）层级，这些需求必须有以下硬体功能支援，并结合特定的软体缓解技术，来保护并因应此类攻击：

●信任根（RoT）

●安全开机

●窜改侦测

●安全锁区

边缘装置及其资料保护能力，是边缘运算安全效能的一个关键组成部分，但是保护网路和云端服务避免受边缘装置影响而变换成远端控制武器也非常重要。边缘装置需要以各种新方式处理日益增加的大量资料。多年来，为了解决这个问题，运算能力和可用的网路频宽都在成长。随着边缘人工智慧（AI）的出现，以及5G和更快速Wi-Fi技术的部署，这种趋势仍会延续。鉴於边缘装置和云端基础设施之间的互动越来越紧密，透过装置复制，以及拒绝服务（DoS）攻击方法来破坏云端服务的风险也正日益增加。

边缘装置安全包括两个层面：功能安全与平台安全。针对这两种安全功能，可利用一些基本的密码学特徵来保护边缘节点的安全性。透过加密协定和金钥管理技术，可以保护传输中的资料和静止资料，并可确保边缘装置开机和运行真实且获得授权的韧体和软体。另外，可以为装置组建唯一的身分，以便在边缘装置端对其进行验证和保护，同时在云端基础设施端将其用於存取控制。此唯一身分可帮助侦测装置是否已受损并需要隔离以防DoS攻击。

边缘设备部署的必要性

工业制造商在寻求数位转型的过程中，希??透过人工智慧、分析、 制造执行系统（Manufacturing Execution System；MES）等方面的创新，来扩大数位转型计划，并充分利用更接近工业数据来源的即时智慧。这造成了应用延迟、设备管理和安全问题等方面的痛点，凸显了边缘到云平衡部署的必要性。因此在工业转型的过程中，需要一个端到端的智慧边缘管理解决方案，来执行强大的边缘运算策略，进而最大限度地提高整体部署的成功率，从任何地点控制并管理设备上的应用部署，同时还能改善安全状况。

洛克威尔自动化表示，工业组织应用各种技术来解决边缘案例和规模等问题，有一点将变得非常重要，他们需要一个安全、经济效益高的边缘基础设施来大规模管理越来越多的分散式设备。随着工业使用案例范围的不断扩大，原始设备制造商、解决方案提供商和最终用户将很快意识到，用这种基础架构解决方案来实现不同工厂的边缘实施和管理的必要性。

结语

随着客户朝着企业联网生产系统的方向发展，他们发现很难让数据走出孤岛、管理分散式表面计算及快速部署软体。透过将硬体与边缘调度（orchestration）功能相结合，并将应用部署到边缘，客户就能够更快地扩展他们的数位转型计划，并从自己的边缘应用中获得更大的价值。