西門子
通訊技術/設備維護/資安保障缺一不可 全方位實現工業聯網應用
在工業4.0概念的概念出現後,設備聯網便成為工廠的基本需求,因此通訊及網路在工業現場所扮演的角色日益重要,同時可以預期未來工業網路設備對低延遲的要求越來越高。除了聯網能力,還需搭配資料擷取與控制,達到機台設備之間的協作及溝通效果,實現工業物聯網與智慧製造的藍圖。
而智慧製造與工業4.0是未來製造業發展的終極目標,許多業者已經從機台設備、工廠基礎設施、生產管理系統等層面開始部署,加上今年受到新冠肺炎疫情影響,數位化、自動化和智慧化的應用也變得更加迫切,因此本研討會邀請產業內的廠商,分別從工業網路、工業物聯網、設備預測維護及資訊安全四個面向探討如何落實工業4.0。
PROFINET建立跨廠生態系
網路在工業4.0中扮演不可缺少的角色,甚至可說是其核心,因此通訊技術的演進便帶動工業自動化的發展。同時近日熱門的人工智慧(AI)、物聯網(IoT)議題,背後代表的便是數位化與數據化,需要即時、穩定的工業網路才能落地。西門子產品經理朱軒逸(圖1)提及,過去舊型的網路技術以RS-485/RS-232為主,現在乙太網路則成為新趨勢,在2018年出廠的元件中占58%,推估今年的占比將會達到六成以上。
圖1 西門子產品經理朱軒逸認為,現在乙太網路則成為新趨勢,在2018年出廠的元件中占58%,推估今年的占比將會達到六成以上
十年前乙太網路發展出工業級版本,常見的分別是主導美洲市場的EtherNet/IP,歐洲及大陸市場廣泛採用的PROFINET、EtherCAT、Modbus等,皆是奠基於乙太網路的技術。全球市場70%的工業乙太網路由PI、EtherCAT、ODVA三個協會主導,不同協會分別代表不同的廠商,進行不一樣的開發計畫。
以西門子為例,作為PI協會的一員,其九成以上的產品採用PROFINET。PROFINET可以做到一網到底,概念上,所有的設備到控制器、雲端皆能使用同一種通訊、相同的網路線與安裝方式即可。朱軒逸分析,目前PROFINET有幾個優勢,一是減少安裝成本,且方便診斷。PROFINET系統架構的設定簡潔,一條網路就可以架設,還能透過無線傳輸。此外,經過西門子的實驗室測試,證明PROFINET具有足夠的穩定性,相比RS-485,PROFINET具10倍以上的抗電磁相容(EMC)能力。同時易於診斷也增加PROFINET應用的方便性,若是運作時出現問題,工作人員只要打開架構中的其中一台電腦,就可以知道線對線、點對點之間的流速。如果中間有問題發生,例如線被扯斷,便能即時知道在哪個位置及發生什麼問題,立刻找出斷線的地方及有問題的機器,或者診斷出網路受到來自何處的干擾,都能迅速找到問題並解決,解決舊型網路常見的痛點。
2018年起,西門子開始研發PROFINET with TSN方案,期望建立PROFINET生態系,致力於整合新舊系統,並且同樣看好OPC UA的技術。朱軒逸表示,以後使用的乙太網路技術,不管是西門子或是任何一家廠商,都會使用PROFINET with TSN with OPC UA,代表系統中有OPC UA以後,就可以做到跨廠牌、跨通訊無縫接軌,達到直接溝通的目標。
為原有設備加入聯網功能
將聯網產品導入工廠的過程中,因應即時、低功耗等不同的使用情境,需要挑選相應的工業物聯網產品或方案。針對不同的需求,泓格科技推出從入門到進階的物聯網方案。其中IoTstar即為進階的雲端管理平台,用於設備管理。
泓格科技處長何坤鑫(圖2)說明,IoTstar以方便使用為主,搭配WISE/PMC控制器,採用邊緣運算,客戶購買後只需要透過網頁式的介面進行設定,不需要寫程式,並將資料存進標準資料庫,方便管理。泓格採用標準通訊協定如RS-485或Ethernet整合不同廠商間的感測器、流量計等設備,客戶則可以透過網頁設定控制器將資料存入雲端,或者選擇使用自家的公有雲。為了維持穩定性與降低維護成本,IoTstar可執行遠端維護,使用介面一樣是網頁,由網頁遠端連線裝置,即可更新裝置內的邏輯運算。
圖2 泓格科技處長何坤鑫表示,依照預算、使用情境及現有設備的不同考量,可選擇相應的物聯網方案,便能達到較大的應用效益
IoTstar曾應用在印度政府的水利管理系統中水閘門的控制。何坤鑫說道,當時客戶已經有現成的機櫃,且原先的PLC沒有物聯網功能,無法透過4G基地台回傳資訊至手機中。對此,泓格提供物聯網Gateway裝在超過250個機櫃中,便達到維持原運作,同時加上通訊功能的目的。
另一方面,泓格設計入門的4G通訊方案,藉由虛擬網路的方式建立通訊功能。如農業溫室無法設置網路線與機台,便使用手機基地台及4G路由器布建虛擬串口(Virtual COM),除了可遠端與RS-485通訊,其他不同廠商的設備皆可以透過標準通訊協定直接加入。軟體則放在電腦端,搭配RS-485虛擬化的COM Port,由於只需要做到遠端連線,因此軟體不需要更動即可執行遠端控制。何坤鑫認為,依照預算、使用情境及現有設備的不同考量,可選擇相應的物聯網方案,便能達到較大的應用效益。
震動感測實現設備異常預警
工業4.0與前幾代工業發展的重點,最大的差異在於透過網路來實現各方應用,範圍包含設備、製程,以及如何安全的聯網,因此系統需要整合生產人員與其他資訊,協助管理者藉由遠端控制了解生產狀況。安馳技術應用工程經理高富華(圖3)以ADI機器手臂為例說明,ADI傳統的應用市場包含了最普遍的放大器、資料轉換器、RS-232/485的通訊協定,或者CAN Bus等傳統應用。新興市場的應用則包含LiDAR、ToF,可以透過鏡頭進行物體的景深、形狀等特徵的判讀,應用上可以做機器手臂的電子圍籬,或者從感測器得知馬達現在的速度位置,其他還有EtherNET等無線通訊的產品應用。
圖3 安馳技術應用工程經理高富華說明,除了感測器,機器的預測維護需要AI演算法的協助
在機器的預測維護方面,ADI採用以MEMS為核心的感測器,有別於壓電式感測,而是透過壓變、形變產生震動數據,優點在於能夠用半導體的製程方式執行感測功能,所以在整合上更有彈性,可以把資料轉換器,甚至DSP引擎整合在裡面,做成All in One的模組。針對MEMS感測器的訊號傳輸,若要直接數位輸出,加上一個資料轉換器,即可透過SPI的通訊介面讀取及傳輸資料。
高富華進一步說明,除了感測器,機器的預測維護需要AI演算法的協助。經由感測器蒐集資料後,須要把時域上的資料轉到頻域上,並在頻域上根據不同的分量分析。以工業產品常見的馬達風扇、鼓風機、壓縮機為例,這些產品的故障原因多半以培林為主,因為培林負責移動、轉動或是線性軸承等等,整個設備重量壓在培林上,導致培林的故障率相對高。因此設備狀態監測會針對培林的內圈及外圈破損等狀況,進行基本頻率的演算分析。
工業資安不可輕忽
工業設備聯網以後,資訊安全議題隨之出現。相對IT領域對資訊安全的重視,OT方面在資安的概念起步較晚,防範攻擊的方式也與IT不同。Moxa亞太區產品行銷經理郭彥徵(圖4)以工業自動化/控制系統的安全標準,IEC-62443為主軸,說明工業資安的重要性與系統設計概念(圖5)。首先,資安有三個面向:機密性、完整性及可用性。機密性代表資料不會遭到竊取,完整性則確保資料不會被竄改,可用性則表示資料能夠即時傳輸。對IT人員而言,機密性與完整性是資安防護的兩大重點,避免金融資料、帳號等敏感資訊外流或遭到竄改。而在OT領域,可用性則是最重要的項目,需要防止因為系統遭到攻擊而影響產線運作。
圖4 Moxa亞太區產品行銷經理郭彥徵強調,建立工業資安防護的第一步,是使用經過市場檢驗的方式
圖5 IEC-62443概觀 資料來源:Moxa
建立工業資安防護的第一步,是使用經過市場檢驗的方式,郭彥徵強調。如果使用自創的方式保護系統,在沒有經過市場檢驗的情況下,有經驗的駭客便能輕易破解。在IEC-62443的規範中,從高維度到低維度,包含設備系統的選用到系統設計,都已經有完善規範,只要基於規範的內容執行,全世界的用戶都會共同測試這個系統有沒有被攻擊的可能性。另一方面,IT的領域中有ISO 27000相關的資安認證,但是其涵蓋的面向只有人員組織的規範,例如當公司受資安攻擊,需要哪些小組處理資安事件。而IEC-62443規範的制定,便是為了工業應用制定,其內容涵蓋更多系統的設計建議。
在系統設計方面,IEC-62443建議IT跟OT之間不要只放防火牆或單向閘道,雖然可以阻擋IT遇到的攻擊病毒影響OT運作,但是若是病毒直接在OT系統中擴散便難以預防。所以IEC-62443推薦使用工業DMZ架構,當病毒跟駭客攻擊系統時,會經過層層關卡,降低受資安攻擊的風險。
智慧製造落地的過程中,通訊方面在工業級乙太網路及廠商的物聯網方案下,逐漸依循標準通訊協定,走向未來跨廠牌、跨通訊溝通的目標,彈性的物聯網方案更提供使用者彈性選擇,滿足即時或低功耗等需求。設備預測維護方面,則透過震動感測分析機台狀況,避免設備臨時損壞而影響產線運作。同時資安是工業聯網時代不可忽視的議題,若是依照IEC-62443的規範進行系統設計,便能有效防範控制系統遭受攻擊。
西門子秀自動化方案 創企業能源轉型新商機
能源產業最大盛會「2020台灣國際智慧能源週 (Energy Taiwan 2020)」於10月14日至16日在台北南港展覽館1館隆重登場,展覽主題聚焦於太陽能、風能及智慧儲能等綠色再生能源應用。為響應政府再生能源政策,近年來各大企業積極推動能源轉型,自動化產業龍頭西門子數位工業 (Siemens Digital Industries)以「儲能、綠能發電、能源電力監控」三大領域為此展出重要解決方案之主題,展現再生能源科技趨勢及商機。誠摯地歡迎讀者蒞臨台北南港展覽館1館西門子攤位K0927a,超前部署並深入發掘最新未來能源解決方案與趨勢發展。
綠色能源發展為新一波工業革命扮演重要角色,而儲能技術的成熟與否,也成為影響綠色能源轉型與電力環境發展的關鍵因素。隨著人們對電力安全可靠度需求的增加,能源系統基礎設施也需要不斷的發展和創新,如何優化系統設備的節能管理並提供穩定又安全的電力供給乃是現代企業思考的重要課題之一。西門子於本次攤位展出完善的功率控制系統,使用戶可以輕鬆擴展當前的能源系統基礎設施,其先進的能源轉換系統可廣泛應用於發電、輸電、變電、配電、用電等環節,並提高電力系統運行性能和電網可靠性,有效整合再生能源,平衡供需關係,以確保主電源中斷時可隨時供電。
而本次西門子展出的最大亮點為SINAMICS驅動技術的PCS能源轉換系統,其符合電網規範,可依據不同的能源應用,提供靈活的能源轉換,以滿足用戶需求。藉由PCS機櫃預先安裝於集裝箱中,可大幅減少現場作業時間,還可降低現場施工量及成本,
採用模組化設計,為用戶提供高效靈活與滿足各種應用要求的「一站式」解決方案。
因應政府綠能政策的推動,台灣正積極邁向電網智慧化和再生能源發展,而智慧電網的應用與普及更是能源轉型的重要關鍵之一。確保電網傳輸過程維持安全性、可靠度、高效能、資料零缺失(Zero Packet Lost)是智慧電網通訊最重要的一環,西門子針對智慧電網的全面需求提供了高效能的網路解決方案—RUGGEDCOM系列產品,其產品符合高效能的 IEC 62439的國際標準,以及高準確度Precision Time Sync的(時間同步)IEEE 1588 v2及 IEEE1613 Class,是目前工業自動化網路的最新備援協定標準,要求零時差備援,該系列產品系統同步時間可小於1us以及達到高可靠度測試99.9999%,可靠性指標高達MTBF>106 hours,可適用於惡劣環境的堅固通信設備,有效協助企業建立高效與穩定的智慧電網通訊。
西門子/歐利速精密工業/遠傳電信攜手打造5G智慧產線
台灣於今年初正式迎來5G世代,5G大幅提升聯網效率、數據傳輸速度、低延遲性等優勢,助於人工智慧、網路安全、數位分身、虛擬實境/擴增實境與智慧智造的結合應用,並透過與電信業者、自動化業者合作將能加速台灣製造業者的智慧化轉型。製鞋設備業者歐利速精密工業,正式攜手遠傳電信與智慧製造解決方案廠商西門子,導入西門子開放式物聯網雲端平台MindSphere,並將5G、擴增實境(Augmented Reality, AR)整合應用,實現設備生產產線的智慧化升級。
製鞋設備業者歐利速精密工業將5G、擴增實境整合應用,實現設備生產產線的智慧化升級
MindSphere平台將協助歐利速精密工業匯集產線上設備機台的運作數據,進行智慧化分析,達到機台之間無縫溝通協作,並藉由持續監控耗電量、轉矩和頻率,隨時掌握重要機台的運作狀態,探尋最佳維護時機與實際維護需求,提高機台使用率和產能、延長維護間隔、減少停機時間、實現預測性維護、降低非預期成本的發生,並達到能源資料管理和資源配置最佳化。
基於遠傳電信5G的聯網傳輸基礎架構,則可讓廠務端得以加快擷取和分析所有機台運作資料的速度,進而提高生產運作效率、彈性以及安全性。同時歐利速精密工業將其設計開發的ROMPS(Remote Operation Maintenance Platform Solution)解決方案整合至該平台,並著眼於5G高速連網傳輸能力和AR能將虛擬與現實場景結合互動的特性,進而加以整合應用,提供品牌鞋廠與製造工廠遠端設備維護、操作指導與教育訓練服務,提供即時有效率的服務,還能確保疫情期間,工廠人員出入嚴格控管及員工差旅受限的同時,確保服務與業務持續不中斷。
西門子收購Avatar 以創新布局和繞線技術擴大EDA版圖
西門子(Siemens)近期簽署協議收購Avatar Integrated Systems。Avatar是一家專精於為晶片設計提供布局和繞線(Place And Route)軟體的開發業者,能夠協助工程師以更少的資源最佳化複雜晶片的功耗、效能和面積(PPA)。西門子計劃將其技術納入Xcelerator解決方案組合中,也包括與Calibre平台、Tessent軟體、和Catapult HLS軟體在内的產品整合在一起,以協助客戶開發能克服目前與未來設計建置挑戰的解決方案。
在7奈米製程以下,細部繞線必須在布局階段就先行考慮。有鑑於此,Avatar開創了以細部繞線為中心(Detailed-route-centric)的架構,該架構是由下而上建立在統一的記憶體內(In-memory)數據模型上,目的是要使所有的引擎都能隨時存取完整的設計數據和屬性。這使每個引擎都能夠以增量方式動態地與其他引擎搭配使用。
Avatar的產品是以2017年收購ATopTech公司取得的技術為基礎建立的,其產品線包括Aprisa網表到GDS的全功能模塊級實體建置工具;以及Apogee完整的上層(Top-level)原型製作、平面規劃(Floor-planning)和晶片組裝工具。Avatar的產品現已通過製程節點認證(包括28和7奈米),目前正在開發6奈米和5奈米版本。
西門子擴展解決方案組合 力助電子電氣系統開發轉型
西門子數位化工業軟體日前宣布擴展其Capital 電子電氣(E/E)系統開發軟體產品組合。以Capital在電氣系統設計、製造和服務的能力為基礎,此產品組合現已擴展至涵蓋E/E系統和軟體架構、網路通訊及嵌入式軟體開發。作為Xcelerator軟體、服務和應用程式開發平台解决方案組合的一部分,Capital與相關的西門子解決方案緊密整合,包括Teamcenter產品生命週期管理產品組合、NX機械設計軟體以及Mendix低程式碼開發環境,打造出市場上最完備的E/E系統開發解決方案,可有效用來開發今日的智慧型產品。
新一代E/E系統不僅複雜度大幅提升、需透過整合的電氣、電子和軟體系統進行創新,並且要求加強驗證和可追溯性。為了有效因應這些交錯連結的挑戰,Capital的E/E系統開發解決方案已擴展至涵蓋E/E系統架構、電氣系統、通訊網路和嵌入式軟體。它可支援整合式端到端模型化基礎設計(model-based design)、製造和服務領域,以顯著提升設計品質並降低成本。藉由與西門子的模型化基礎系統工程(MBSE)、MCAD、產品生命週期管理(PLM)、模擬和製造解決方案的策略性整合,可以實現整個產品的全面數位雙胞胎(Digital Twin)。這些整合可提供需求管理、多域功能建模、軟體模擬、應用程式生命週期管理以及工廠模擬。
CIMdata執行顧問Craig A. Brown表示,西門子始終站在業界的前線,致力於把以往各自獨立於不同領域的技術結合在一起,以開發和支援今日的智慧連網產品。透過把Capital與這些技術整合,西門子已為企業提供了其產品的全系統視野,使他們能夠具成本效益地實現客戶所需的效能和品質。
客戶可以利用模型化基礎系統工程解決方案來克服開發自動駕駛和電氣產品的嚴苛挑戰。透過設計建置、製造和服務,汽車業者可以利用E/E系統來開發由架構設計驅動的車輛平台,以因應跨電氣和軟體設計的挑戰。航太業者現可發揮此架構設計驅動方式,以便把計劃風險降至最低,並達成合規性目標。
E/E系統的端到端擷取和定義功能可建立一個完整的數位雙胞胎,以供早期模擬和驗證之用。這使設計團隊能夠在產品開發過程中提早驗證其設計,以符合所謂的「左移(shift-left)」趨勢,因而有助於實現更快的產品開發、更高的產品品質並縮短上市時程。透過串連到產品最佳化、實現和認證的數位化線程(digital thread),Capital的模型化基礎方法可實現高度的自動化和數據連續性。除了支援端到端流程之外,Capital還能靈活地適應特定的客戶需求,支援個別的工作方式,同時,身為開放生態系統的成員,還可提供必要的產業標準支援。
西門子/帆宣/亞達三方聯手 打造AIR維運監控系統
西門子與帆宣系統科技以及亞達科技於日前簽署合作意向書,共同開發整合AI/AR(AIR)技術的廠務維運監控系統,提供更完善詮釋工業 4.0 的解決方案。未來將結合西門子 SIMATIC 系統以及帆宣系統科技 PHM 系統,並導入亞達科技研發之 AIR 系統,攜手開發智慧化「AIR維運監控系統平台」,提升廠務運作穩定性,打造工廠智動化以及擴增實境、人工智慧發展新世代。
過去有鑑於廠務與設備終端在維修運作時,長期面臨設備無預警故障停機與長時間維修復機衝擊,造成系統營運重大損失,維持場域運作穩定性成為一大課題。西門子身為自動化領域的領導者,致力協助企業落實智慧製造,提升廠務運作最佳效能。西門子推出 SIMATIC 系統提供廠務與設備維運高度監控環境,讓所有運轉機制與流程資訊皆可透過數位化方式呈現,協助現場人員有效蒐集資訊,以掌握即時動態,並結合帆宣系統科技設備健康管理系統系統 Prognostic and Health Management(PHM),導入 AI 人工智慧技術,建構設備故障預診斷機制,提供使用場域先行預警與物料準備,協助客戶生產製造端的巨量資料分析的能力;此外,搭配亞達科技研發之 AIR 系統,透過 AI coach system結合AR擴增實境介面與 AI 人工智慧,虛實結合的技術取代厚重複雜的操作手冊,達成釋放雙手的目的,逐步導引巡檢維修人員,提供空間辨識與定位,即時擷取現場環境資訊,即時AI異常辨識回饋,透過人機協作正確完成裝配、檢驗與即時記錄,有效杜絕人為失誤,一次性完成作業,提供業界場域點對點的最佳維運方式。
台灣西門子數位工業總經理Tino...
西門子/北科大/中正高中聯手推動北市AI教育
台北市中正高中於日前與國立台北科技大學、台灣西門子(Siemens)簽立三方合作意向書,首創高中教師、大學講師及業師協同授課的AI教育「三師學堂」。同時,北市高中職可透過與中正高中簽約,或加入北科大「AI School計畫」,成為本次MOU聯盟學校,共享中正高中「AI學程專班」籌備經驗、北科大AI教育專家諮詢服務及台灣西門子產業資源。
台灣西門子公司總裁暨執行長艾偉表示,人工智慧是21世紀產業升級轉型關鍵,本次很榮幸與台北市政府、中正高中和國立台北科技大學合作,從高中階段培育學生前瞻思維,強化台灣人才實力和競爭力。
為促進台灣AI蓬勃發展,人才培育自大學向下扎根,國立台北科技大學將協助中正高中規畫AI學程教學計畫,並將大學系所機器學習、深度學習課程,轉化為適合高中生學習的內容;西門子亦承諾將為中正高中提供業界講師入班授課AIoT智慧物聯網專題實作、業界實力專題實作及師生短期培訓專班,以厚植北市新一代科研人才。
中正高中自108學年度成立「AI學程」,不同於漫談AI發展史、資料蒐集、資料庫分析的AI科普教育,該課程自高一遴選具備數理學科性向學生,108學年度招收22名高一學生,爾後每學年遴選25名學生參與。「AI學程班」學生以跑班選修方式,接受校方將AI教育融入部定必修、課後輔導、暑期輔導及加深加廣、彈性學習合計20學分課程,接觸資料探勘、機器學習、視覺辨識、類神經網路相關知識,從演算法、線性代數、系統平台、巨量資料、資料科學等切入點,認識人工智慧科技未來在電腦視覺、自然語言處理、生物特徵識別及自動駕駛系統、AIOT等技術體現,為未來就讀大學相關科系先行準備。
鉅鋼機械/如億自動化/西門子三方聯手 開拓製鞋工業4.0應用
鉅鋼機械、如億自動化以及西門子(Siemens)日前簽署合作備忘錄,三方攜手提供製鞋產業最新工業4.0關鍵應用技術,並助力製鞋機械落實智慧製造。本次合作備忘錄簽約之目的除了深化三方合作關係外,也正式宣布鉅鋼機械、如億自動化、西門子成為合作夥伴,共同提供商業、技術、行銷和市場推廣各方面的支援,以協助建立成功的工業4.0解決方案。
鉅鋼機械董事長陳法勝表示,鉅鋼機械四十多年來皆專注於研發創新,以滿足客戶的製程升級需求,先後為產業推出全球首創的Runnerless無膠道射出成型機、Twinjet四射槍射出成型機,以及全自動雙色橡膠射出成型機。近期有鑑於產業對於數位轉型、智慧製造的需求,特別與全球工業4.0巨擘西門子數位工業,以及擁有厚實控制系統整合技術的如億自動化合作開發產業下一世代的智慧機械。在今年正式推出符合精密製造及環保節能的全電伺服射出系統,同時在系列產品導入物聯網OPC-UA通訊標準,滿足客戶將來所需的自動化智慧生產及遠端即時管理。而鉅鋼自主開發的KS 4.1閘道器亦可整合西門子控制元件,相信本次的合作升級能為產業的未來智慧工廠建立更堅實的基礎。
鉅鋼機械攜手西門子數位工業以及如億自動化建立三方策略夥伴關係,為產業帶來全方位數位整合智慧生產線解決方案。本次三方合作不僅為鉅鋼機械在工業4.0應用的軟硬體升級,西門子數位工業及如億自動化亦會積極協助鉅鋼全面培訓人才、共同專注開發並整合最新技術,以滿足鉅鋼及客戶的數位轉型需求。
另外,同樣是本次合作備忘錄重要夥伴之一的如億自動化,擁有多年自動化設備的多元整合經驗,並通過經濟部工業局核定「自動化服務機構-技術服務能量」登錄之技術服務單位。三方簽屬合作備忘錄,扎根產業創新發展,提升台灣本土工業自動化競爭力,並與國際接軌。
導入預測性維護概念 智慧建築安防效率大升級
在智慧建築應用的設計方案中,除照明控制、能源管理持續朝向更多功能、智慧發展外,建築安防管理也持續精進。為實現更智慧、高效率的安全監控,系統廠和半導體廠積極推動新解決方案。
西門子力倡被動化為主動概念
西門子積極將「預警性維護」觀念帶入安防系統,期能將智慧建築安防系統「化被動為主動」。西門子認證專案經理陳晉德(圖1)表示,何謂被動式安防?舉例而言,在家附近裝設圍籬可稱為延遲損失,因為竊賊必須先翻過圍籬才能進入家中;而在家中裝設警報器,稱為減少損失,因為當警報器一響,竊賊勢將會縮短偷竊時間。最後,若裝設了監視攝影機,這稱為紀錄損失,因為可拍攝下來被偷了哪些東西。但是,以上這些都脫離不了「損失」二字,也就是仍改變不了被偷竊的情況,這就是所謂的被動式安防。
圖1 西門子認證專案經理陳晉德
也因此,西門子希望透過「預警性維護」的概念,實現預防性的安防,而非是等事件發生之時再進行「保護」。陳晉德指出,安全防護實際來說可分為四個階段,分別是保護(Protect)、預防(Prevent)、反應(Response)和恢復(Recover)。目前除了歐美地區,其餘地區像是台灣,在建築安防仍處於「保護」階段。
舉例來說,目前的監控系統若看到建築物某個區域有可疑人士闖入觸發預防的電子圍籬警戒區,系統會發出警報,請建築物內的警衛或是工作人員將可疑人士加以驅離。此種情況仍屬於被動式安防(因為可疑人士觸發警報)。
而主動式安防則是會藉由所收集的數據(例如間隔多少時間就會有人在徘徊、徘徊多久、行為舉止等),分析歸納出不停有人來徘徊的可能原因,產生早期預警事件供建築物業主參考,同時再以這些分析為基準,業主或是系統就可擬定應變SOP,進行狀況、災害演練等,進一步杜絕此一情況發生。陳晉德說明,所謂的保護,意指等事情發生時才有所動作,這透過一般的監視攝影機就可做到。
而要達到預防(Prevent)、反應(Response)和恢復(Recover)的階段,並非單純導入更智慧化的監控應用或設備(例如人臉辨識、影像辨識等)就能實現,而是要有一個整合且具開放性的系統平台,以連接建築物內各種監控設備,同時還要能有效分析、歸納這些監控設備長期蒐集而來的資訊,最後依據這些分析結果擬定事件發生前、發生時及發生後的SOP流程和應變措施。
為此,西門子備有Siveillance Suite解決方案,以實現主動式的安防管理。此一解決方案包含全面的安防組合(從智慧影像監視、門禁控制和身份管理到入侵探測和周邊保護等),經過適當配置,可滿足特定地點或領域中客戶的具體要求。
Siveillance Control提供了廣泛的功能,可用來管理偵測器和各種警報系統。來自這些系統的訊號可進行顯示並以專門優先順序加以處理,以確保重要事件得以優先處理;如此一來便可根據複雜的建築系統結構和層級進行調整。
除了單純顯示警報和發生事件外,每個訊號還可與預先定義、擬定的指示(像是事情發生時的處理SOP)相聯,隨後根據實際情況提供給操作人員;這麼一來就可檢視事先訂定的SOP操作是否符合現況,之後再依現場實際情況進行調整、更動,以時時改進安防系統的運作,達到更高效率。
添加高效能ISP技術 監控設備影像呈現更真實
另一方面,要實現主動式安防,不僅要有開放式平台聯接各種設備、進行數據分析、判讀、歸納外,高效能的終端設備也扮演著關鍵角色。Arm物聯網事業群業務總監粘靜芳指出,安全監控和IP攝影機正以每年20%的速度成長,預計到2021年出貨量將達5億。這些設備應用十分廣泛,其中包含智慧建築監控系統中的臉部辨識、影像擷取等,而這些應用都需要更高品質的圖像或影像。
上述裝置所採用的影像技術中,其中一個關鍵環節就是嵌入在裝置內的ISP技術。ISP的關鍵功能是在擷取影像感測器的訊號,然後處理每個畫素時,提供最精準與最高畫質的影像,特別是涉及到機器學習的作業。
以裝在戶外有明亮照明處的連網保全攝影機為例,其輸出的畫面通常交雜著極光亮以及陰暗的影像區域。人的雙眼能自動調適高對比的明亮度,而數位感測器通常需要多次曝光以捕捉這樣的場景。欲真實呈現HDR場景,採用的影像技術會要求每個畫素得具備20或24位元的精準度,然而數位系統的顯示通常只支援到8或10位元,以致能處理的資料量也受到侷限。
換言之,這也意謂著ISP之後銜接的電腦視覺引擎都侷限於8至10位元的精準度。在此情況下,ISP有必要以更高的位元深度處理HDR資料,之後再進行壓縮以利後續使用。倘若動態範圍的問題沒有妥善解決,畫面中陰暗區域影像的細節就會消失殆盡。
為解決此一挑戰,Arm便推出全新的Mali-C52與Mali-C32,以對每個畫素進行超過25個處理步驟,進而強化影像輸出品質,這些步驟包括高動態範圍(HDR)、雜訊抑制,以及色彩管理;該兩款解決方案還融入了Arm的動態範圍管理以及色調映射技術,設計目標正是要克服這些元件的侷限性,以及讓觀看者能看到更清楚的暗部影像,完全無須編修或調整影像的明亮度(圖2)。
圖2 Arm透過Mali-C52/Mali-C32處理器強化影像品質。
此兩款ISP都是完整的解決方案,其中功能特色還包括:更高的ISP影像品質,透過Iridix技術提供模仿人類視網膜對比調適的精準模型,讓攝影機能像人眼一樣看到高明暗對比的影像;更高的效能,ISP每秒能處理6億畫素,能以旗艦款智慧型手機等級的畫面更新率拍出專業級攝影畫質;完整的軟體套件用來控制ISP、感測器、自動白平衡、自動對焦及自動曝光;以及彈性調校,運用全套調校與校正工具進行客觀與主觀的調校。
綜上所述,在智慧建築應用的設計方案中,照明控制之外、能源管理、安防報警可說是智慧建築三大設計要素。照明控制、能源管理效能的提升,是為了獲得更好的營運效益;而安防系統與人身安全息息相關,也因而是系統廠商、半導體業者的發展重點,隨著人工智慧(AI)、數據分析及高效能處理器的導入,未來智慧建築的安防系統將會化被動為主動,更能即時因應災害、危機處理,實現更高的安全性。
聯發科選用Mentor Nucleus RTOS開發蜂巢式數據機技術
西門子(Siemens)旗下業務Mentor宣布聯發科技(MediaTek)已選用NucleusRTOS平台的ReadyStart版本來開發其下一代數據機晶片組。Nucleus RTOS能獲得聯發科技青睞,因為其成熟、穩定、可擴展和最高品質的商用即時作業系統之一。Nucleus ReadyStart RTOS平台把整合的軟體IP、工具和服務帶到一個單一的「即用型」解決方案中,可加速嵌入式系統的開發。
聯發科技無線通訊事業部總經理李宗霖表示,身為無線通訊和數位多媒體的創新SoC市場領導者,聯發科技積極投資創新與研發下一代技術。Nucleus ReadyStart RTOS平台已是該公司數據機開發的重要組成,為通過市場驗證的可擴展解決方案,具有可用原始碼、較小佔用空間、即時效能以及優異技術支援等優點,是該公司蜂巢式數據機晶片組的理想選擇。
聯發科技需要硬親和性(Hard Affinity)的對稱多重處理器(SMP)用來最佳化於關鍵效能任務核心上的快取效能,以及軟親和性(Soft Affinity)用來最大化單核心的快取效益,並以(BCDBound Computational Domain)來隔離關鍵的單核心任務。Nucleus RTOS現已部署於全球超過30億台裝置中,聯發科技將使用Nucleus RTOS開發其一系列的數據機晶片組。
西門子旗下業務Mentor的嵌入式平台技術總經理Scot Morrison表示,Mentor是嵌入式產業中擁有廣泛嵌入式軟體解決方案與服務的供應商,聯發科技選用Nucleus ReadyStart RTOS平台來開發其下一代蜂巢式據機晶片組,對該公司來說至關重要。聯發科技持續投資於5G等新興技術,而該公司嵌入式解決方案將有助於聯發科技推動其智慧技術和創新的使命,讓該公司感到十分自豪。
Nucleus ReadyStart RTOS平台可提供單一發行版本,以加速嵌入式系統開發,並支援系統和應用程式工作流程,擁有廣泛的硬體支援(MCU、DSP、FPGA、MPU),並包含完備的中介軟體組合,其工具鏈已與Mentor屢獲殊榮的Sourcery軟體工具整合在一起,適用於所有階段的開發工作。完備的嵌入式解決方案可協助聯發科技輕鬆、快速且高效建構從簡單到複雜的各種系統。