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
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。
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 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。
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。
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。
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。