近年來，時效性網路（TSN）已從學術刊物的紙上談兵，躍升為真實世界的實際應用。企業若想從這項令人期待的技術獲益，就需深入了解業者的需求，並著手建構支援 TSN 的系統。早在 IEEE TSN 工作小組成立之前，Moxa 便已開始與產業夥伴合作，共同推動製造流程的數位化（即工業 4.0），並且專注於開發工業自動化關鍵技術。時效性網路（TSN）是工業數位化應用得以加速發展的關鍵因素，而 Moxa 在此領域貢獻卓著。事實上，Moxa 已與眾多業界鉅子一同攜手打造可支援 TSN 的系統，憑藉多項技術進化和實際應用，將 TSN 經過實證的優點帶入製造廠房中。

近年來，時效性網路（TSN）已從學術刊物的紙上談兵，躍升為真實世界的實際應用。企業若想從這項令人期待的技術獲益，就需深入了解業者的需求，並著手建構支援 TSN 的系統。早在 IEEE TSN 工作小組成立之前，Moxa 便已開始與產業夥伴合作，共同推動製造流程的數位化（即工業 4.0），並且專注於開發工業自動化關鍵技術。時效性網路（TSN）是工業數位化應用得以加速發展的關鍵因素，而 Moxa 在此領域貢獻卓著。事實上，Moxa 已與眾多業界鉅子一同攜手打造可支援 TSN 的系統，憑藉多項技術進化和實際應用，將 TSN 經過實證的優點帶入製造廠房中。

目錄

技術成果
讓技術大幅躍進
TSN 提供哪些助益
說不盡的好處
為踏上 TSN 之途做好準備
結語

技術成果

Moxa 與恩智浦半導體（NXP）就技術層面展開合作，證明了關鍵性 TSN 備援協定 802.1CB 具有極高的可靠性。此外，Moxa 也與英特爾（Intel）和是德科技（Keysight）強強聯手，共同展示無線 TSN 網路在未來的可行性。

經實證的網路備援能力

為進一步提高可靠性，IEEE 802.1CB 定義了訊框複製和消除（FRER）標準，也就是先複製封包並透過多條不相交的路徑傳送，最後再消除複製的封包。如此一來，即便是部分網路發生故障，也可利用主動式備援機制，確保順暢的通訊。Moxa 在 2022 台北國際自動化工業大展，與 port industrial automation GmbH 及荷蘭半導體設計與製造商 NXP Semiconductors NV 共同合作，測試使用 Moxa 交換器連接 NXP 設備所建立之 802.1CB 環形拓撲的可靠性。在測試時，工程師刻意拔下某些網路纜線來模擬網路故障，結果證實控制關鍵設備的資料封包仍維持同步並正常運作。此外，這項測試亦證明，強大的網路備援功能可實現多點故障恢復，而不僅僅是單點故障。

釋放無「線」可能

在工業自動化中部署 TSN 時，另一個關鍵步驟是確保無線應用的不間斷資料傳輸。今天，許多工業設備都是行動設備，如未普遍部署 TSN 無線應用，就不可能實現真正的 IIoT。在 2021 台北國際自動化工業大展中，Moxa 與英特爾和 port industrial automation GmbH 合作開發了一個平台，以便向參觀者展示業界首見的即用型、應用到應用 TSN 解決方案，如何讓即時資料傳輸變得可行。這個靈活且易於擴充的新平台，相容於各種通訊協定，可用來建構次世代智慧製造和物流解決方案，特別是在真實使用案例中，行動設備是不可或缺的要件。無線 TSN 可充分發揮 TSN 的潛力，因為它是真正統合的高效能網路基礎設施，可讓所有類型的流量共存。

讓技術大幅躍進

除了證明 TSN 技術的有效性外，Moxa 還在多個實際應用中部署了 TSN，以協助企業獲得實實在在的商業利益。

降低晶圓製造的總擁有成本

Moxa 與台灣光刻解決方案領導廠商億力鑫系統科技（ELS System Technology）合作，成功將 TSN 整合到晶圓製造流程中。該系統將機器視覺功能，整合到晶圓錯位校正系統中。TSN 技術成功地將高頻寬影像應用，與高可靠性按需動作控制 CC-Link IE TSN 整合在一起，以便提供具機器視覺功能的穩定動作控制系統，是部署未對準修正系統的理想選擇。
Moxa 的 TSN 解決方案的另一特色是，可支援不同類型的流量，它們的需求各不相同，並使用相同的開放式標準網路，透過網路流量提供即時、準確的動作控制資料。此外，TSN 解決方案可協助業者建構易於維護和擴充的基礎設施，有助於提高網路的經濟可行性，進而降低總體擁有成本（TCO）。

利用影像元件記錄功能將停機時間造成的不便降到最低

即時影像監控需要消耗大量的資料和頻寬，這是大家都知道的事實。有了 TSN 的超高可靠性和極低延遲，您可輕鬆建構支援網路記錄和串流直播影像的整合式應用。為了協助日本工業巨頭三菱電機（Mitsubishi Electric）在目視檢測過程中記錄所有系統設備的狀況，Moxa 開發了一個可記錄影像串流、波形和相關資訊的模組，以便在必要時加快故障排除速度。如此一來，工程師無需再搜尋不同的設備或網路，便可對基於 TSN 的整合式系統進行鑑識調查，並且安全地存取、儲存和保護重要且同步的視覺資料。

TSN 提供哪些助益

TSN 是智慧工廠自動化的關鍵，因為確定性即時通訊可讓不同的設備無縫地協作。隨著網路規模變大，複雜性升高，TSN 需實施流量管理，並確定系統資源的優先順序，以確保關鍵資料能準時傳送，讓網路變得更加安全可靠。我們以兩個案例來展示 TSN 的強大功能，以及 Moxa 如何與系統整合商、工具機製造商和終端用戶攜手合作，讓各界能透過 TSN 獲得更高的回報。

使用案例 1：工具機製造商

為因應市場對先進的整合式自動化工具機的需求，製造商致力於開發具有內建的可擴充性、加速感測，以及複雜的雷射和機器控制應用軟體的工具機。然而，不同設備透過不同的專用網路運作，因此需要進行無縫的通訊和整合，方能提供最佳效能。此外，這些網路不易維護，讓操作人員面臨新的挑戰，尤其銷往國外市場時，工具機操作人員無法獲得適當的培訓。

為此，Moxa 開發了一個統合的 TSN 網路，以實現攝影機、感測器和機器控制設備之間的確定性通訊。Moxa TSN-G5008 系列 Full Gigabit 網管型交換器，可將多個 I/O 連接到伺服驅動器和機器影像攝影機。由於乙太網路具有「先進先處理」的特性，因此不可能在同一條纜線上傳輸重要資料。然而，有了標準乙太網路 TSN 基礎設施所提供的流量管理功能，現在各種不同類型的重要資料可共享網路資源，而且資料封包可確實傳送到目的地。該交換器讓工具機製造商的製造網路，能與 TSN 相容，以充分發揮工業 4.0 的優勢。

使用案例 2：大規模客製化生產系統

縮短生產週期是企業的終極目標，因為更高的生產效率，有助於降低成本並提高靈活性。企業還可藉此因應瞬息萬變的市場，並提供可大規模客製（而且利潤更高）的產品，例如商業現成（COTS）產品。製造商希望能將生產、組裝和物流等各種系統，整合在同一個網路中，以便在更短時間內，更有效地變更和調整生產和配送流程，最終達到全面提升效率和靈活性的目標。

為了落實真正的大規模客製，製造商可部署 Moxa TSN-G5004 和 TSN-G5008 系列乙太網路交換器，將現有的專用網路組合成一個支援 TSN 的網路，讓生產效率大幅躍升。最重要的是，製造商可將資訊技術（IT）和營運技術（OT）融合在一起，以減少產品製造的程序。因此，企業可透過支援 TSN 的網路來管理資產，並透過確定性通訊，對整個製造流程進行有效的控制，以便實現自適應生產、大規模客製，以及生產最佳化。

簡化的網路拓撲，則使得操作人員能以更經濟有效的方式，快速進行維護，因為他們現在只需維護一個統合網路，而不是多個具有不同協定和要求的網路，而相關培訓也因而變得更簡單。不僅如此，整體布線也變得更簡單明瞭，可進一步降低維護成本。

說不盡的好處

TSN 的問世，為工業自動化領域帶來新的應用與解決方案，除可提升效率、簡化管理，同時還可降低成本並提高獲利能力。TSN 支援確定性有線或無線通訊，讓高風險與嚴苛工業系統製造商能獲得夢寐以求的超高可靠性。不過，TSN 需要一個標準的統合網路，以支援不同的設備，而 IT/OT 融合可減少節點數、簡化布線與維護工作，是企業當前的首要之務。從工具機製造商到系統整合商，再到終端使用者，每一位利益相關者皆可享有 TSN 帶來的好處。

工具機製造商

透過 TSN 技術，工具機製造商可充分利用具有競爭力的網路基礎設施，讓動作控制匯流排和透過網路傳遞的資訊，能夠匯集在同一纜線上。這種簡易架構還可減少節點數量，進而節省整體成本並減輕維護負擔。此外，從效能角度來看，隨著控制迴路的週期時間變短，意味著就可控制更多設備。最後，由於 TSN 技術是在 Gigabit 網路中運作，因此更高的頻寬，可以讓業者在將來添加更多應用。

系統整合商

統合的 TSN 網路還可減少布線和工程設計工作，讓網路和自動化架構變得更精簡。TSN 可將所有專用網路技術整合於同一纜線，方便您控制並預測網路規劃和規模，進而降低總體擁有成本，並減少維護工作量。

終端使用者

TSN 與現有網路相容，因此您無需部署額外的網路閘道器，來連接各個不同的專用系統。事實上，這個特性讓資料存取變得更容易，系統則可更輕易地為使用者最佳化資源和工作。

與其他現有的網路技術相比，TSN 還可將關鍵封包的傳輸順序，排在非關鍵但需要高頻寬的應用之前，以減少整體系統的停機時間。

最後，利用標準乙太網路技術，意味著專為乙太網路開發的最新網路安全解決方案也可用於 TSN 網路，以便在不斷變化的威脅環境中，提供更出色的保護和自適應能力。

為踏上 TSN 之途做好準備

在部署支援 TSN 的應用時，若要為交換器和終端設備選擇最合適的協定和正確配置，先決條件是徹底了解現有的應用需求和網路拓撲。

讓我們以一個需要 PLC 通訊和圖像擷取功能的應用為例，它需要將兩種不同類型的資料傳送到同一台主機。使用組合式網路拓撲時，您可清楚看到影像串流是從埠 4 傳送到埠 1，而控制器則從埠 2 到埠 1， 將同步訊息傳送到主控伺服器。

為了保護控制封包免於受到高頻寬影像串流的干擾，您需在網路中配置必要的協定，包括對相關組件和埠進行時間同步（802.1AS）和時間感知調整（802.1Qbv）的配置。
控制封包以 1 秒的週期傳送，其中週期日期占用 300 µs，時間同步資料占用 200 µs，而非週期資料傳輸則占用剩餘的 500 µs。設備可為每個時槽分配相對應的 VLAN ID，確保週期資料不受影響。

在釐清應用行為之後，最後一步是對乙太網路交換器和終端設備進行必要的配置。

結語

Moxa 長期致力於確保 TSN 技術能極致發揮真正的潛力，進而協助產業領導者加速實現工業自動化所需的數位轉型。希望本文探討的案例，能協助您深入了解 Moxa 如何與可信賴的合作夥伴，以及信譽卓著的利益相關者合作，為處於數位轉型不同階段的客戶，提供與時俱進的 TSN 解決方案。Moxa 專業團隊與您並肩齊行，隨時為您提供即時支援，以便因應 TSN 技術所帶來的顛覆性改變。欲了解如何踏上智慧製造和 TSN 之途，請瀏覽TSN 網站。