實現製造新功能的關鍵是超越現有技術，首先要樹立「微小型化無所不在」的概念，並採取相應行動，由於工廠思維模式的轉變，需要創新型的網路架構方法配合支援現代化工作流程。

一提到工廠，讓人聯想到廣闊的空間、大型設備和許多在努力工作以維持產品在生產線上運轉的工人。

現代製造業帶來的挑戰，往往無法通過擴大工廠空間的方法來應對。絕大多數製造商雖然都希望實現最新的構想，並獲得最尖端的生產能力，但卻不能為此而拆除和重建現有的工廠。

工廠需要現代化空間

圖1 : 利用工業4.0的現代製造，讓過程中的所有部分都變得「智慧」。

利用工業4.0的現代製造意味著處理的資料更多、分析速度更快，並且採用物聯網（IoT）技術以及機器學習和電腦視覺等先進嵌入式技術，這些技術共同改變了產品、零組件、元件的製造過程，使製造過程的所有部分都變得「智慧」。

提高製造效率、有效性、靈活性和回應能力等，成為了額外要面臨的挑戰，我們在做一些以前不可能實現的事情，同時支援現代需要的工作流程。

以前在設計製造設施時所考慮的是如何提高設施的生產能力、韌性和長久適用性。在傳統IT技術領域，資料採集和監控系統（SCADA）網路，以及進行實體連接的工業控制器是非常典型的設備；但是與工業4.0相較之下，這些技術設備的頻寬有限，可能無法利用最新科技進步帶來的優勢。

小型化設備在整合新功能方面發揮著重要作用，憑藉小型化技術設備，我們能夠更輕鬆跨越現有工廠的空間限制，實現重大的技術進步。

精簡網路架構規模

很顯然，實現新功能的關鍵是超越現有技術，但首先要樹立「微小型化無所不在」的概念，並採取相應行動，因為工廠思維模式的轉變，需要創新型的網路架構方法以作配合。

不久以前，一家先進的工廠使用感測器和工業控制器從自動化機器設備中收集資料，這些資料通過專有網路傳送到能以軟體進行分析的中央伺服器，並向管理人員提供報告以利於進一步分析。

當前最先進的工廠採用高度分散計算的網路，該網路在控制器甚至感測器裝置上具有邊緣計算功能，網路中嵌入專門的電腦，可以協助運行複雜軟體，包括人工智慧應用程式，以進行第一級資料處理。這些邊緣設備將監測和控制過程轉換為智慧子系統的集合，這些子系統以資訊的形式傳遞其消化的資料，進而增加了數位智慧的能力。

由於分散計算式網路架構和遠端處理系統是安裝在無法輕鬆擴建以增大空間的建築物內，網路通道以及內外部的所有控制和監控設備必須盡可能小巧，以便在不佔用更多空間的情況下提供所需等級的功能和效能。

構建強大的通訊網路

在現代工廠中，我們需要跨區域收集並傳輸資料，然後對其進行集中處理。除此之外，工業物聯網（Industrial Internet of Things；IIoT）應用還需要使用不間斷運行的可靠電源；要實現工廠設備的完全連接和整合，第一個基本步驟是構築網路和通訊性能，其中涉及到實現有效和高效的電力輸送。

物聯網是工業乙太網的骨幹，可以使用Cat5e/Cat6電纜和標準網路硬體來建置，傳輸速率最高可達1 Gbps。但是，工業乙太網也有局限性，例如最大覆蓋半徑為100公尺。工業乙太網通常使用M8或M12連接器，對於某些應用（例如感測器連接）來說，這些連接器的尺寸似乎太大。我們可以在網路中設置中繼器，或者可以使用光纖介質進行傳輸，但這些方法更昂貴，更難以維護和維修。當前版本的電纜可以為每個連接埠提供15.4或30瓦特的乙太網供電（PoE）。

在工業物聯網應用來說，單對乙太網（Single Pair Ethernet；SPE）技術是相對較新的選擇，也是更上乘的解決方案。與使用2對或4對電纜不同，單對乙太網使用單根雙絞線就可以完成所有工作，傳輸速率可達到1 Gbps，並提供最高達50瓦特的資料線供電（Power over Datalines；PoDL）。根據IEEE802.3ch標準，單對乙太網的傳輸速率有可能達到10 Gbps。

線數減少可使插座的連接器和電子元件小型化，因此SPE埠更易於擠進狹窄的空間；而且SPE與現有的乙太網基礎設施相容，單個連接器可同時連接電源和訊號電路，實現設計精簡化，降低尺寸和成本。

圖2 : 要實現工廠設備的完全連接和整合，構築網路和通訊性能是第一個基本步驟。

添加更多連接埠

下一步是監控工廠現場的運轉情況。產品的尺寸和形狀是否合適？設備生產是否發生延遲？也許工廠除了收集資料之外還想控制自動化過程或機器人。

有了合適的通訊網路，就可以為現有工廠提升重要的性能。相容乙太網的設備可以與SPE配合使用，因此現有設備可以連接到網路。

使用這種方法，可以相對容易地添加感測器和設備來升級性能，例如其中一個帶有可以記錄振動的感測器，內含感測器的箱體可以貼裝在機器設備上以測量設備的振動幅度。如果振動幅度開始增加，則預示著馬達負載處於不平衡狀態、零件鬆動或一系列其他故障。或者是可以添加一個小型視頻感測器來測量紅外線訊號，以確定通過傳送帶上的農產品是否有隱藏的瘀傷。感測器可以向設備發出訊號，將損壞的農產品轉移到他處進行個別處理。

應對訊號傳輸方面的挑戰的另一個方案是5G通訊，5G通訊特別吸引人的地方，在於它使用幾乎免佈線的方式處理高資料速率。5G技術需要在工廠中各處的單個設備上安裝天線陣列，以捕獲短程傳輸訊號。

深諳微小型化技術

Molex莫仕在生產電氣裝配組件、零組件、連接器和電纜方面擁有悠久的歷史和專業技能，該公司也是SPE技術的早期參與者。Molex莫仕可以通過提供小型化連接器、佈線、感測器或其他技術來幫助企業擴大能力，並且提升智慧化水準，進而打造更智慧敏捷的工廠。最終，工廠不必因現代技術的不斷變化而擴大面積。事實上，如果採用正確的方法，工廠面積甚至可以縮小。

（本文作者Gus Panella為Molex莫仕數據專業解決方案互連技術總監）