貫通工具機與零組件傳感測應用 umati在AIoT時代任重而道遠
文/特約記者 陳宥豪
當前工具機產業由於先經歷工業4.0革命，並陸續融入工業物聯網（IIoT）、虛實整合（CPS）等數位轉型體驗後，而在這波生成式人工智慧（GAI）浪潮裡，更被看好可運用大數據加值百工百業，促使各家整機、SI系統整合商與終端加工應用業者引進開放性工業通訊介面標準umati，並在各界協力合作下加速落地。
環顧現今製造業因為受惠於工業4.0革命，融入了AIoT應用與發展，包含經過感測蒐集資料、設備之間的高速通訊傳遞，再經由雲端/邊緣AI運算處理分析大數據，從而提高生產效率、產品品質，削減整體成本；或導入生產數據管理與應用來優化，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。
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其中關鍵，便要求能融合應用層IT系統和生產現場不同工業網路介面，具備高速、大容量、高精度通訊能力，得以簡單連結各種設備，提高生產效率和品質。進而導入流程自動化和數位分身（Digital twin）來實現「持續自動化產出良品」，基於高效生產、精準加工來實現節能減碳的目標，已成為工具機產業顯學。
OPC UA與umati分層推進 整合應用層資訊加值
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。OPC UA（開放式平台通訊統一架構）標準則可負責應用層的控管，加強工具機和其他基層生產設備間M2M的互聯交換數據，排除不同乙太網路之間藩籬，強調跨平台和製造廠商的互操作性，進而針對不同產業需求提出專用通訊標準格式。
umati則是「通用機械技術介面（Universal Machine Technology Interface）」的縮寫，獲得德國工具機製造公會（VDW）與機械設備製造業聯合會（VDMA）共同推動基於OPC UA標準的通用規格，用於工業自動化的開放式乙太網協議。
內部架構主要可分為OPC UA伺服器、轉譯引擎、資料接收端，以110組機台的運作狀態、代號等資訊為資料來源，再由umati的資料接收端接收。因為各類機台的資料結構不同，接收後的資料會透過轉譯引擎，翻譯為umati 專用的OPC UA資料格式；轉譯後的資料與控制端的APP之間，則以OPC UA伺服器傳遞。
OPC UA資料的特色則在於使用網路語言編寫，以通用的乙太網路傳遞資料安全且簡便；APP端則內建或另外加裝，作為OPC UA格式接受端的umati閘道，才能將製程資料透過網路，傳輸到操作者面前的APP上。
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經由共通的標準通訊介面，從下單、設計、規畫、生產到物流的完整過程中，多種不同設備所形成的製造生態系能更簡易地交換資料、被同步控制，這也降低設備製造商和用戶間的溝通成本，加速了設備物聯網的開發與裝設。共同使用umati這個商標，還能讓參與的夥伴共享商標曝光度，在跨產業、跨技術的行銷上獲得識別度。
在2018~2019年間正式被導入工業領域之後，吸引歐美日大國的OEM設備製造業（Maker）、FA自動化系統整合商（SI）加入支持umati「隨插即用」於製造、工藝和物流等多種跨場域的工業應用生態系，為終端加工應用業者節省大量時間與金錢，形成工廠智慧化的基礎。
如台灣西門子公司資深業務發展經理徐光漢便指出，目前無論是國內外umati使用者仍多半集中於整機廠、終端加工業者，且並非蒐集直接用於現場製造加工的高度即時資訊。工研院智機中心組長張萬坤也認同，工具機製造廠商因為受到終端應用買家壓力，要求提供應用層統一資訊格式，以實現工業4.0、AIoT智慧製造，才是願意導入umati的主要動力；至於零組件廠商要採行umati的難度較高，可選擇將感測器蒐集到資訊上傳到控制器，或透過SMB
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source：umati.org
精機中心協助擴大umati在台應用規模
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。
工研院加速落實應用層統一格式
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。目前工研院主要還是協助內部基礎設備，包含現場CNC工具機、機器人、倉儲自動化系統等連網的通訊介面umati標準化，再將資訊上傳各家控制器，或是通過SMB整合不同工控協定資訊。
即使不同物聯網平台也可透過工研院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；跨產業亦有共通周邊通訊需求，如自動化、倉儲設備等。
聚焦現況 有利於產業共通標準落地
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，有利於App開發者；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。
據台灣工具機暨零組件工業同業公會（TMBA）統計迄今配合今年TMTS 2024「雙軸智造 永續未來」的主題，德國工具機製造業公會（VDW）與德國機械設備製造業聯合會（VDMA）應邀來台，首次與大會共同設立的umati（通用機械技術介面）專區，總計吸引26家工具機與零組件廠商、法人與學校共同參與。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。
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展望未來 系統整合商成加值應用關鍵
展望未來當AIoT、生成式AI正逐步改變工業製造的日常運營模式，無論是透過預測分析來檢測煉油廠管道內的腐蝕、即時提供生產數據以發現工廠的額外產能，或是將營運和服務數據反饋到產品設計週期等各種面向，皆顯示M2M通訊與工業大數據資料分析兩者的相互作用，將為工業製造帶來生產力及效率的升級。
此如同營運效益提升或者是創造新的商業模式，其中核心轉變在於企業歷經數位化、數位優化、數位轉型後，方能妥善利用傳送到雲端的數位資料，實現各種不同的加值應用；進而創造新的商業模式，或提升生產效率。也因此從智慧工廠角度來看，意味著需要更多聯網設備產出各種數據資料，來創造更多數據分析的基底，而此趨勢也漸漸打破IT與OT之間的溝渠。
基於目前於umati整合的資訊模型通常較傾向跨設備/廠區，整合如工單、刀具或加工程式等MES/ERP生產管理相關資訊標準化，未來甚至可望導入AI應用於產能分析、需量預測，未來介於工具機與零組件、終端應用加工業者之間的系統整合商，將是umati能否進一步深化關鍵！
