智慧化成為全球製造業的熱門議題，由於智慧製造系統以工業物聯網為主架構，物聯網的首要條件是系統中各物件的鏈接，在此前提下，通訊就成為系統建構的關鍵技術，過去製造現場的通訊模式以Fieldbus (現場總線)為主，不過在互通性不足的態勢下，工業乙太網路逐漸崛起，近年來德國Beckhoff公司制定出EtherCAT標準後，快速為市場接受，過去幾年各工業展會中，都可看到廠商推出相關產品。

圖一 : NI國家儀器技術行銷工程師吳維翰指出，TSN在乙太網路頻寬中切出專屬通道，同時保存了IT、OT兩種系統的特色，不必因為製造系統的網路更換。(攝影／王明德)

EtherCAT這幾年掀起熱潮，讓多數人認識工業乙太網路，不過其實乙太網路在工業領域的布局已至少10年，不過由於即時性的問題未解決，且智慧製造概念仍未成熟，因此市場仍然選擇已發展多年、具有高穩定的Fieldbus，2012年德國提出工業4.0概念，各國紛紛跟進，制定智慧製造政策與時程，在智慧製造系統中，Fieldbus的封閉性缺點被突顯出來，各廠商紛紛制定自己的工業乙太網路標準，EtherCAT就是其一。

與其他多數自動化大廠相較，EtherCAT的是以軟體為控制核心，搭配單一線路，克服了傳統工業通訊的複雜配線問題，此外EtherCAT資料同步過程的訊號抖動量小、資訊傳輸延遲時間少(小於1微秒)、硬體成本低，再加上相對於其他自動化大廠，Beckhoff的規模較小產品線較少，導入EtherCAT的產品更願意使用Beckhoff以外的自動化設備，這加強了市場上設備製造商投入研發的意願，在技術與市場情勢的相互拉抬下，EtherCAT的發展速度逐漸加快。

隨著導入企業的快速增加，NI國家儀器技術行銷工程師吳維翰指出，設備製造產業已形成EtherCAT生態圈，包括馬達、I/O、switch、hub…等，包括NI本身的PXI、cRIO、PAC，也都已可支援，不過吳維翰也點出EtherCAT的隱憂所在，他指出EtherCAT雖然根基於乙太網路技術，不過其通訊格式仍與一般商用乙太網路不同，兩者的基礎架構無法共用，在此狀況下若製造現場沿用既有網路，且安規均已申請驗證完成，要再導入EtherCAT，則所有線路就必須重佈，因此除了原有的EtherCAT，NI也開始推動AVnu聯盟制定的另一乙太網路標準「TSN」。

TSN異軍突起

TSN也是近年來相當火熱的乙太網路通訊標準，與EtherCAT不同的是，TSN並非專為工業領域所設計，而是透過現有的IEEE 802.1與IEEE 802.3標準，

增加一系列的擴展功能，進一步確保其確定性效能，例如車用領域就是其一，一直以來汽車製造商都希望可以制定出專屬的車用乙太網路，透過TSN延伸的IEEE 802.3 Etherne不僅擁有新的實體層(PHY)標準100BASE-T1與Gb級PHY，並可為車用乙太網路骨幹使用較輕的非屏蔽雙絞線(UTP)銅纜。

在工業領域，IEEE也制定出TSN的相關規範，例如在頻寬管理部分，過去乙太網路要跨入工業領域，最為業者詬病處無疑是訊號的延遲問題，製造系統不像一般家用或商用環境，對訊號傳輸有一定程度的延遲容忍度，製造系統的設備運作必須高度精準，方能創造出最佳產能，因此設備之間的訊息傳遞必須即時，目前大多數工業乙太網路標準的即時性，都已可達到製造業者的要求，然而在智慧製造概念下，工廠端的OT系統必須與企業端的IT系統互聯，吳維翰表示，IT系統中的乙太網路建置與OT系統大為不同，IT系統的建置需求為大量資料傳輸，可容許稍微延遲，OT系統的傳輸量不大，不過必須穩定、即時，兩者功能需求不同的乙太網路要互聯，OT端所受到的干擾勢必高於IT端。

在此一問題上，TSN由頻寬管理著手，在乙太網路頻寬中切出專屬通道，系統設計者可自行定義此一通道的封包類型，例如馬達控制器的封包，方可經由此通道傳送，此一作法同時保存了IT、OT兩種系統的特色，不必因為製造系統的網路更換，而將原有的網路系統砍掉重練，此外融合了標準網路規格的TSN，未來可以延續標準網路架構，當底層的實體層佈建完成，上層的應用層也可隨時跟上，整體網路的速度可同步提升，而EtherCAT目前仍緊守IEEE 802.3規範。

EtherCAT強化IT鏈結

不過EtherCAT陣營也了解OT與IT整合的重要性，目前已經開始著手補強這方面的布局，2016年就與OPC基金會合作，進一步強化工廠製程到企業資訊系統之間的傳輸技術，OPC基金會所主導的技術，即是為業界熟悉的OPC UA(Unified Architecture)，此技術承襲過去的OPC，所不同之處在於大幅強化了可靠性、安全性與互通性，由此看來，OPC UA與定位在即時工業乙太網現場匯流排技術的EtherCAT，可望形成優勢互補局面，企業可利用EtherCAT進行機台設備的控制，同時透過EtherCAT自動化協議(EAP)，非常簡單地在EtherCAT主站之間進行資料交換，接著借重OPC UA平台，經由資料加密傳輸的方式，將工業現場的資訊安全可靠地傳遞到MES、ERP等企業資訊系統，甚至是雲端。

從目前發展來看，EtherCAT無疑是現在的主流趨勢，因此吳維翰也指出，NI在這這兩類標準都有產品支援，NI並不會刻意押寶在某一特定標準上，而NI的態度也與多數台灣設備製造商相同，目前台灣廠商均看好EtherCAT在工控領域的發展，在此技術的佈局逐漸加深，觀察過去幾屆的台灣的自動化大展，大約在2012年左右，開始有廠商展出EtherCAT產品，前幾年多數參觀者仍屬觀望性質，不過業者指出在2016年就已可看到EtherCAT的相關實例，預計今年發展將會更樂觀。