面對當前工業製造數位轉型階段，陸續融入了資通訊（ICT）科技和人工智慧（AI）的應用和發展，以即時並充份利用大數據加值。促使各家設備製造、FA自動化系統整合商紛紛尋求新一代工業通訊標準，包含TSN、umati也應運而生，並透過合縱連橫加速落地。

為了在「數位轉型」方面導入數位、智慧化技術，實現生產流程自動化和數位化來實現工具機的高效生產、更精準的加工以提高生產效率和品質；應用大數據、人工智慧（AI）、umati等技術，對生產過程和產品品質進行數據分析，或透過雲端計算技術實現生產數據管理與應用，優化生產製程，期能迎接科技進步所帶來的挑戰與機會。

繼2011年工業4.0問世以來，工業物聯網（IIoT）正逐漸改變工業製造的日常運營模式，包含藉此感測蒐集資料、實現設備之間M2M的高速通訊，再經由雲端或邊緣運算處理、AI模擬解析，實現各種不同的加值應用。

進而利用預測分析來檢測零組件運行狀態及壽命，提高生產效率、產品品質，削減整體成本；或是將營運和服務大數據資料，反饋到產品設計週期等各種面向；實現變種變量生產，符合用戶需求多樣化的世界製造業潮流，打造可自主生產的智慧工廠。

然而，由於工業乙太網協定的低延遲、互通性有限，加上眾多專屬（Proprietary）標準充斥在IIoT環境，使得工業4.0發展受阻。卻也促成TSN、umatti等新一代通訊協定，在2018~2019年間正式被導入工業領域，並吸引歐美日大國的設備製造業（Maker）、FA自動化系統整合商（SI）紛紛尋求夥伴合縱連橫並加速落地，以率先推出硬體、模組和解決方案。

圖一 : 由於工業乙太網協定的低延遲、互通性有限，促成TSN、umatti等新一代通訊協定陸續被導入工業領域，並吸引設備製造、FA自動化系統整合商紛紛尋求加速落地。（source：umati.org）

TSN合縱連橫加速落地 與EtherCAT競逐IIoT主流標準

其中TSN（Time-Sensitive Networking）技術源自於IEEE在2004年成立了小組，開發了一系列Ethernet車用音訊/影像橋接（Audio Video Bridging；AVB）標準，是在乙太網上追加了時間同步、A/V設備控制、頻寬預約等功能的通訊規範，減輕電池以外排線重量、又避免封包碰撞疑慮，而影響行車安全性。

等到2018年逐漸成熟後，再由IEEE將之推廣到製造業/車載等方面，擴展了Ethernet AVB標準，於2012年改名為TSN，現在正在進行各項擴展規範的審議；在與IEEE及IEC國際標準制定的同時，各網路推廣組織也在推進TSN在開放網路中的應用，包含TIACC制定單一通用型的一致性測試計劃。

TSN的優點在於使用乙太網可以保證即時通訊，於通過時間同步精度1μsec以下進行高精度同步通訊，有效利用通訊頻寬；可共用時間，藉時間戳記保持連接設備的時間一致，可混在IP通訊等多種協定，將現場設備數據陸續發送到SCADA、MES和ERP系統以及雲端系統。

雖然TSN與EtherCAT皆屬於乙太網的通訊標準，但因為EtherCAT使用專屬拓撲架構，還須透過閘道器（Gateway）切換網路協定。反觀TSN則可以使用現有的乙太網路架構與布線，串聯各式工業物聯網裝置並快速完成IT+OT整合。

目前已可看到如西門子PROFINET、三菱CC-LINK IE（Control & Communication Link Industrial Ethernet）等基於乙太網路架構支援，並積極推出相關產品上市，與在傳統工業總線配線滲透率較高的EtherCAT分庭抗禮，第一波產品將以交換產品與終端控制類型為主。

CC -linkIE TSN結合三菱電機　率先推出FA全系列產品

日本也通過數位化及IoT技術，以熟悉現場知識為基礎、隨機應變的問題解決能力，持續性改善活動為優勢，實現特有的「萬物互聯（Connected Industries）」模式，創建出一個利用技術和智慧、以人為本，具有新型附加價值的產業社會。

其中實現智慧工廠的關鍵，要求能融合IT系統和FA生產現場不同工業網路，並具備高速、大容量、高精度通訊，以提高生產效率和品質；經由設備、裝置應用的效率化，還有數量種類豐富的連接產品陣容，得以簡單連結各種設備，進行簡單的工程與保養。

2000年首先將源於日本的現場網路「CC-Link」開放化，2008年將業界首個1Gbps的基於乙太網的「CC-Link IE」開放化；2018年將率先採用基於標準乙太網規範的TSN（Time-Sensitive Networking）技術的「CC-Link IE TSN」開放化，包括對廠商的相容產品開發支援；會員產品的CC-Link一致性測試實施等。截至2023年底CC-Link IE TSN相關認證設備產品數205件、安全設備產品數35件，並推薦如交換機HUB等網路配線部品的認證產品數159件。

如今CC-LinkIE TSN則已率先將TSN技術導入工業開放網路，通過以時間分割實現即時性，使多種不同的網路通訊協定，可以在同一鏈路同時存在，將FA生產現場和IT系統無縫結合；與其他協議可按時間帶區分，在同一條線上混合存在，促成既有I/O控制、運動控制、安全通訊，可與TCP/IP普通乙太網通訊整合。

另有別於現行CC-Link IE Field採用令牌環輪詢方式，包括運動控制的各個設備均依次進行通訊處理；各設備可雙向同時通訊，以縮短通訊週期與大幅縮短節拍時間。再利用CC-LinkIE TSN分割具即時性的迴圈通訊，或混合使用普通的IP通訊等非即時通訊並確保定時性，保證控制及通訊的即時性，或通過高效的網路通訊協定，實現高速?高精度的控制。

還可在控制通訊內組合高/低速週期通訊最優化控制，維持要求高速性的運動控制性能，提高裝置性能。通過高精度的時間戳記同步記錄資料，可準確分析發生故障時刻，以正確的時間序列追溯解析事件歷史，容易特定出錯原因。

CC-Link協會事務局長陳重光表示，CC-LinkIE TSN在日本三菱電機FA自動化控制部門奧援下，2019年起率先推出支援涵括PLC、HMI、伺服驅動/變頻器等一系列產品；未來也希望協助會員廠商協力開發、測試新品，讓台製機電設備有機會替代進口，甚至回銷日本。

進而擴大製造業豐富的應用場景，開始削減上線、使用、保養的工時，並使用普通軟體工具進行診斷，通過多樣的診斷方法、診斷範圍的擴大、正確的診斷資訊，在網路故障發生時可迅速進行原因分析和系統重定。豐富的對應產品組合，即再通過多樣的開發方式，可使用按照要求規格的對應產品進行靈活的構成組合。

圖二 : CC-LinkIE TSN在2019年起率先推出支援涵括PLC、HMI、伺服驅動/變頻器等一系列產品。

OPCUA打造工具機專屬通訊標準umati

此外，有別於TSN主要進行現場總線的調度控制，OPC UA（開放式平台通訊統一架構）標準則是負責應用層的控管，加強M2M之間的交流，後者可說是目前工業網路最具突破性的變革，進而針對不同產業需求提出專用通訊標準格式。

其中由德國工具機製造公會（VDW）與德國機械設備製造業聯合會（VDMA）共同推動的umati「通用機械技術介面（Universal Machine Technology Interface）」，代表機械設備專用OPC UA的通用規格，主要在OPC UA機器間通訊協定的基礎上，建立全球通用標準，讓不同產業的各種設備，在同一平台上相互連線，呈現跨場域之間的智動化生態系。

今年主辦台灣國際工具機展（TMTS 2024）的工具機暨零組件工業同業公會（TMBA）也特別邀請德國VDW、VDMA來台，首次合作設立「umati 專區」，總計26家工具機與零組件廠商、法人與學校共同參與。

圖三 : 工具機暨零組件工業同業公會今年TMTS特別邀請德國VDW、VDMA來台，首次合作設立「umati 專區」。（source：moea.gov.tw）

精密機械研發中心（PMC）專案經理邱禹修表示，適逢今年TMTS 2024期間VDW與TMBA合作推行umati，協助將台灣工具機廠商將現場及各廠區設備資訊上傳數位看板，加入全球各地pin點展示。

未來若邊緣端（Edge）設備內建通訊功能，只要支持OPC UA、umati通訊標準格式，即可協助SI、Maker快速整合，制訂開發規範；甚至是針對End user的老舊設備，亦可加入SMB連網升級、開發加值軟體；與廠內軟硬體介接，實現plug-in（隨插即用）串接包含MES、ERP、AI SaaS應用服務，打造產業共通標準。

PMC副理沈俞靜進一步指出，PMC自2019年開始結合設備端Maker、零組件、SI系統整合商，積極參與推廣umati活動，加深與國際連結、線上交流會員資訊，進而建立SaaS服務標準機制。目前PMC也率先將umati導入SkyMars並支援umati規範，可串連外部SI或與ERP、PaaS服務廠商整合；基於OPC UA的標準架構，進行設備連網和後續派工、監測產品履歷等後續應用，這次TMTS還發表與量測卡尺結合即時量測監控範例。

結語

圖四 : 工研院表示，umati/OPCUA、ERUOMAP77等，支援開發多種類型智能化軟體App；跨產業亦有共通週邊通訊需求，如自動化、倉儲設備等。

值得一提的是，依工研院智慧機械中心經理王培寧分析，如今工具機產業遇到的問題是各家控制器廠商都有自家通訊協定、軟體取得資料，導致數據格式不一、SaaS無法互通，控制和感測硬體資源衝突，有賴機聯網平台解決。

但不同物聯網平台也需要智慧機械雲加以整合，打造共通地端引擎，應用程式管理平台，促成地端標準Runtime和各家SMB及雲端SaaS服務的資料，都能遵循各產業標準資訊模型互聯。例如umati/OPCUA、ERUOMAP77等，支援開發多種類型智能化軟體App；跨產業亦有共通週邊通訊需求，如自動化、倉儲設備等，

事實上，自從工業4.0問世以來，工具機產業受惠於法人、公協會既利用智慧機械政策補助，推行IIoT萬機聯網上雲有成，已累積蒐集大量數據；並分別透過雲/地端與PaaS、SaaS應用服務商加以分析、管理資訊。

進而於2021年開始推行產業共通標準，開發客製化微服務小程式（App）以來，已陸續實現虛實融合（CPS）、數位分身（Digital twin）等關鍵技術落地，投入組裝銷售前研發設計、售後維運教育訓練及維修等服務；進而提供終端加工業者，導入AI來優化生產製程、創新商務模式，共同實現永續智慧製造。

據TMBA統計迄今已辦理產業規範會議參加廠商逾400家次，參與人數超過700人次，預計2024年底產出產業規範約100件；加上大力推廣umati通信協定，讓工具機和周邊設備連接至客戶特定的IT生態系統，更兼具簡單性、安全性及順暢性。