限閱資料、禁止複製、轉載及外流

公版聯網服務平台說明 NIP (National IIoT PaaS)

報告人：陳玉倫

工研院資通所

106年8月29日

智慧製造資訊應用主題工作坊

限閱資料、禁止複製、轉載及外流

• 智慧製造下的平台需求 – NIP打造下世代智造台灣碁盤

– 智慧製造產業需求分析

– 智慧製造之核心價值

• 國家級工業物聯網平台價值 – NIP降低智慧製造開發門檻

– NIP產業推動策略

– NIP導入效益

– NIP縮短業者開發時程實例

• 國際平台解決方案介紹與比較 – 國際平台解決方案(GE/Siemens/Microsoft/IBM)

– NIP技術特色

– 國際平台標竿比較

• NIP解決方案(入門/進階/專業)

• 應用NIP之SaaS開發聯盟

簡報大綱

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限閱資料、禁止複製、轉載及外流

NIP打造下世代智造台灣碁盤

NIP 公版聯網服務平台

工業4.0

智能化

工業2.0

自動化

工業3.0

資訊化 工業1.0

機械化

產業推動目標

節省製造業者共通平台研發

時間及資源的解決方案 •建構獨立於IaaS層，以微型服務輕量虛擬機方式整合的軟體架構，提供3.0到4.0的製造業雲端服務 •支援公有雲與私有雲，提供進階型(Advanced) 物聯網開發平台功能

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限閱資料、禁止複製、轉載及外流

智慧製造產業需求分析 與各產業公協會訪談，盤點產業共通性問題有三大重點：1.缺乏標準化通訊介面

、2.既有設備智慧化程度低、3.既有系統資訊化程度不足

運輸載具 金屬扣件 紡織 工具機 印刷電路板

智慧 設備

生產設備間缺乏標準化通訊介面

欠缺設備異質感測及網路介面整合標準

品牌與機型通訊協定不統一須轉譯

機械設備缺乏標準化通訊介面

以SECS/GEM產業標準推動

智慧 生產

1.欠缺智慧設備監控

2.無生產狀態可視

3.無製程回饋控制技術

1.欠缺單機系統穩定性監測及自動調校

2.欠缺成型製程品質虛擬檢測分析/效率監測及預診

3.欠缺產線監測可視化系統

1.生產數據資料數位化不完整，品質資訊上下游無法串聯

2.紡紗/織造/染整製程生產彈性化不足

1.工具機生產數據資料缺乏數位化

2.缺乏線上生產作業稼動率可視化

3.缺乏國產中高階控制器，國外產品客製化開發不易

1.欠缺三維物件表面品質量測與瑕疵檢測

2.生產數據資料缺乏數位化

智慧 營運

欠缺製造知識化與智慧化

欠缺模具及扣件參數化快速設計

營運與生產資訊系統資訊整合不佳

1.廠房生產管理系統資訊化程度不足

2.產品品質管理缺乏資訊整合

基礎生產管理系統資訊化程度不足

３.高值化製程整合與示範驗證 • 設備診斷與故障預測、製程優化及快

速精度參數調整… • 巨量資料分析、品質管理與檢測分析

、3D樣貌尺寸精度量測…

建議優先解決三大重點：1.設備智慧化、2.資訊數位化、3.製程可視化

2.物聯網應用開發平台(NIP) • 高速、大量、即時之聯網資料匯

入及儲存 • 資料分析互動式介面：整合運算

、視覺可視化、資訊發佈

智慧製造計畫分項四：異質網路整合與標準技術 智慧製造計畫分項三：物聯網應用開發平台 智慧製造計畫分項一：CPS-based應用服務技術 智慧製造計畫分項二：巨量資料分析應用服務技術

1. 設備介面標準與協定 • 高智能驅動與控制 • 異質設備聯網標準

Enabling SaaS developer 4

限閱資料、禁止複製、轉載及外流

智慧製造之核心價值

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SaaS (應用服務)

建康診斷及 保養預兆

切削製程優化

歷程回饋次世代 工具機設計演化

虛實整合感知與維護系統平台

主動組尼系統

•系統廠：裕隆、中華、福特、國瑞、三陽、光陽、宏佳騰等

•零組件廠：漢翔、時碩、巧新、千附、和大、安加、大億、福華明鏡、華擎、瑞利、開億、耿鼎、胡連、原億昌等

•工具機設備業者：永進、友嘉、亞崴、百德、程泰

•軟體業者：台灣摩而、上博、建強科技、德科、虎門科技、崴昊科技等

•設備與關鍵組件供應鏈：研華、泓格、ABB…等

•系統應用整合廠商組件廠：台灣西門子、鼎新、希比希…等

巨資 分析

精度 檢測

電子資訊(PCB) 機械設備(工具機) 金屬運具(航太/水五金/汽機車) 紡織

翹曲 抑制

自動 排程

切削 優化

精度 補償

故障 預測

預兆 診斷

生產 履歷

3D 模擬

設計 平台

即時 監控

生產 履歷

軟體SI

核心 關鍵 技術

產業

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NIP降低智慧製造開發門檻

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應用層 巨資 分析

精度 檢測

電子資訊(PCB) 機械設備(工具機) 金屬運具(航太/水五金/汽機車) 紡織

翹曲 抑制

自動 排程

切削 優化

精度 補償

故障 預測

預兆 診斷

生產 履歷

3D 模擬

設計 平台

即時 監控

生產 履歷

工業物聯網中介層

資料分析與可視化 平台經營維運 裝置聯網與資料管理 資訊安全

營運支援

資料分析 自動化測試 計費服務

資料可視化 複雜事件引擎

應用與服務管理

資料管理儲存

裝置管理

軟體SI

開發開放與標準化之工業物聯網平台，以支持發展各產業智慧分析應用服務模組，建立智慧製造系統解決方案

公版聯網平台

(即時、批次資料分析) (資料可視化) (巨資運算-記憶體) (分散管理虛擬化軟體) (巨資傳輸暫存器)

基礎環境架構

( Cloud Foundry (Open Source)) (公有雲 (Azure, Amazon,…)／私有雲 (OpenStack)

• 因應製造業缺乏資訊系統開發能量，發展中介層之公版聯網平台及雲端運算架構

• 支持多機台大量及高速感測資料之匯入及儲存，發展資料管理儲存、裝置管理等技術模組

• 支持智慧分析應用層開發及智慧製造系統維運

• 公版PaaS平台：資策會、工研院 • 公版PaaS平台服務業者：研華… • SaaS/SI整合業者：上博、新代、新鼎、

盟立、科智、訊得…

中

介

層

公版聯網平台

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NIP產業推動策略 智機推動辦公室及產業公協會起串接引介作用

節省製造業應用開發研發時間及資源的解決方案

NIP 公版聯網服務平台

PaaS SI

雲端服務提供之

印刷 電路板

驗證場域

*本案例僅為智慧製造技 術 驗 證 案 例 ， 供SaaS 及 PaaS 業 者 未來推廣時之成功案例參考

SaaS SI SaaS Developer

雲端服務提供之

• 具備群策群力、凝聚會員優勢

• 橋接各推動辦公室以輔導業者使用政府推動產業4.0投入資源

• 能結合產官學研力量，提供產業訪視、診斷及協商服務，改善企業經營環境產業升級方案

• 能引介相關輔導資源，協助業者妥適運用政府輔導資源，解決企業經營困境

協力推動

End User

End User

。。

。

智慧機械推動辦公室

運輸載具

金屬扣件

紡織

工具機 透過NIP開發各式的領域運用引導

創造智慧製造資服產業鏈的串聯與成形

產業公協會

Enabling SaaS developer

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• 提供高速、量大、即時的公版聯網平台 每分鐘可存取千萬筆資料 每分鐘可同時承載550台機台即時存入 可達通訊聯網30MB/分寫入、資料庫運算效能可達700

萬筆/分，並提供資料庫即時異地同步 經實測8,000萬筆製程資料庫，資料存取時間從1小時縮

短成10分鐘(縮短80%)

實測結果

:推估值(資料量已超出傳統資料庫可回應的極限)

資料實測日期：2016.05

NIP導入效益(1/3)

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• 可視化懶人包：10分鐘聯網數據圖像化呈現 從註冊機台到產生可視化圖表只需10分鐘(傳統程

式開發至少要1-３天）

提供10種以上圖表樣式，如：長條、折線、….等

撰寫一次，即可讓電腦版與手機版呈現相同結果

NIP導入效益(2/3)

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應用程式開

發工程師

應用程式

數據資料

程式執行

中間軟體

作業系統

虛擬化

伺服器

儲存裝置

網路

Traditional IT

NIP

程式執行

中間軟體

作業系統

虛擬化

伺服器

儲存裝置

網路

應用程式

開發工程師

應用程式

數據資料

NIP

大幅縮短開發時程80%

• 降低物聯網資料處理與分析應用軟體的佈署時間 大幅縮短80%以上物聯網平台開發時程 提高系統資源配置的便利性

NIP導入效益(3/3)

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NIP縮短業者開發時程實例(1/2) • API應用界面：提供完整的API

說明文件，使用者快速上手 • API模擬器：使用者可輸入簡易的

參數，即時測試結果

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• 程式撰寫工具：提供各式語言Sample code(如：C#, Python, Java, JavaScript…)，降低開發者撰寫程式時間

資料串接 數據模組訓練 進行分析 可視化

NIP縮短業者開發時程實例(2/2)

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應用服務

模組 聯網平台 數位化基礎

GE Predix工業物聯網平台 • 通用電氣(GE)打造工業物聯網平台(Predix)，運用軟體及分析能力讓其從傳統製造業轉型為物

聯網產業 • Predix提供產業企業用戶打造工業網路應用程式，用來連結工業資產、蒐集和分析工業資料

，同時也能提供即時資訊來優化工業基礎建設 2014 • 至2015年，GE在軟體開發上的收入已經增至了20%，預計能達到60億美元的業績 • 已推出近40款工業網際網路應用程式，大約19,000名軟體開發者，並繼續擴大數字人才隊伍

的建設 • GE在全球的400家工廠中，100家實現「智能工廠」的轉型，監控和分析了超過5,000萬個數

據元素，這些數據來自1萬億美元託管資產的1,000萬個傳感器

pub/sub

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• 典範移轉：

- 從硬體到軟體，從內容到服務：將工業分析數據集中，使其轉成為 「 智 慧 化 數 據 」 ， 提 供Siemens客戶除硬體設備外新的服務，業務範圍包含：交通、能源、醫療等各領域

- 從使用者到設計者：提供提供各產業數位化服務，發展核心包含自動化組合、工業通訊、工業軟體與工業資訊安全與服務

- 透過數位化創造的新商業模式： 開放標準(OPC)連接西門子及

第三方產品 隨插即用存取西門子產品 選購式雲端基礎建設—公有／

私有雲端或特定地點解決方案 透明使用付費 (pay-per-use)

與計費模式

基於雲端的開放式物聯網應用平臺，提供開放式的生態系統，各廠商可將此平台作為自有數位服務平台，允許第三方軟體開發商開發所需App，使Siemens從原有硬體設備供應商，轉變為系統服務供應商

Siemens Mindsphere 開放式平台

SaaS (軟體服務) Software

as a Service

PaaS (聯網平台) Platform

as a service

IaaS (感測控制) Infrastruct

ure as a service

資料來源：Siemens

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Field Gateway

Device

Connectivity & Management

Analytics &

Operationalized Insights

Presentation &

Business Connectivity

Devic

es

RT

OS

, Lin

ux, A

ndro

id, iO

S, W

indow

s

Protocol Adaptation

Batch Analytics & Visualizations

Azure HDInsight, AzureML, Power BI,

Azure Data Factory

Hot Path Analytics

Azure Stream Analytics, Azure Storm

Presentation & Business Connections

Websites, Mobile Services

Dynamics, BizTalk Services, Notification Hubs

Hot Path Business Logic

Service Fabric & Actor Framework

Cloud Gateway Event Hub

應用服務 模組

聯網平台 數位化基礎

Microsoft IoT 解決方案 • 架構在微軟 Azure 之上的通用 IoT PaaS 平台，非專為工業打造 • 主要功能包括：裝置資料收集、分析資料串流、儲存與查詢大型資料集、視覺化工具

、後端系統連結、裝置管理等 • 將多個 Azure 服務與自訂擴充功能封裝在一起做為「預先設定的解決方案」，可快

速開始使用及探索常見的 IoT 案例，例如「遠端監視」、「預測性維護」和「連線的處理站」

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安全服務

Web 與應用服務

雲整合服務

行動服務

資料庫 服務

大資料 服務

Watson 服務

DevOps 服務

物聯網 服務

• Bluemix 五大特色：

- 靈活快速：不須架設實體開發環境，設定基本條件後即可著手開發應用，開發完畢可立即部署上線、隨需擴展，大幅降低產品上市所需時間

- 開放架構：採用 Cloud Foundry、Docker、OpenStack 等開放技術，使得開發更具彈性，並確保開發成果能在不同平台自由轉換

- 豐富資源：提供分析、行動應用、巨量資料、DevOps、資安、網站應用六大領域數百項服務，連 IBM 超級電腦 Watson 的認知運算能力都能讓開發者取用加入開發內容

- 組合式開發：以直覺式的點選拖拉方式，如堆積木一般即可將各種服務與 API 組合成一個新應用，輕鬆實現精采創意

開放標準、基於雲的平臺上快速建構、管理並運行各種應用（包括 Web、 行動、大數據、新的智慧設備等），與北市府城市物聯網的合作計畫，與產官學研合作（友訊科技、資策會、交通大學等）打造跨界策略聯盟與完整生態體系，推出五校七系雲端及物聯網應用的專屬課程。

IBM Bluemix物聯網應用

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• 高速：高速資料存入及讀取 • 量大：高擴展性、異地同步的資料庫平台 • 即時： －分散式在線事件處理運算框架，每條事件訊息處理低延遲 －多機台資料匯入、未匯入硬碟前即可進行即時資料判讀及清理的功能

• 資料分析互動式開發介面： －整合運算、視覺化、發佈 －機台上傳中、上傳後、數據分析中、分析後的資料檢視平台

• 運用國際開放源碼為基礎，提供與國際同步系統整合解決方案

• In-Memory架構，共享Spark彈性分佈式數據集

•應用Ignite shared RDD加速Spark資料查詢1000倍

資料管理儲存

•分散式pub-sub訊息傳遞架構

•多家知名企業採用：LinkedIn,

Twitter, Netflix

大規模資料匯入

•相容於Google Cloud Platform

•應用相同程式模式於批次、即時分析

複雜事件處理

•分散式快速大量資料處理，資料運算速度比 MapReduce快10~100倍

•超過1,000位程式貢獻者

資料分析

為Spark提供的機器學習庫，提供資料科學家分類，迴歸，分群等多種類型之機器學習演算法，以進行分析與建構模型

資料分析函式庫

整合多項資料擷取引擎：Spark, Ignite, Beam,

Progress SQL, Cassandra

資料可視化

NIP技術特色

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分散式快速大量資料處理

資料分析

資料

可視化

複雜事件

引擎

高速資料管理存取模組

高速資料

匯入模組

可擴充與分散式訊息傳輸與處理架構，平均單一主機可承載每秒10MB資料處理

提供大量、高速且即時資料傳輸管道

多種機器學習演算法

高速資料讀取

巨量資料負載平衡

高擴展性 In-Memory架構

共享彈性分佈式數據集

高可靠、高穩定 之資料倉儲

高擴充、高可用 之資料倉儲

高速前處理批次與即時資料可兼容多個分散式運算平台

動態生成圖表

具有網頁顯示架構

介接不同資料來源

匯入流

資料分析流

可視化資訊流

NIP技術特色

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國際平台標竿比較 No. 工作項目 NIP Predix

Mind sphere

Azure Bluemix

1 資訊安全 V GE V V V

2 資料管理

儲存

V (相容於Azure, GCP, AWS；

核心技術用於多家知名企業如：eBay, Netflix, PayPal, Uber,

Walmart；記憶體運算架構，可大幅加速資料查詢)

V (SAP Hana)

V V

3 裝置管理 V V V V

4 營運支援 V V

5 資料分析 V (相容於Azure, GCP, AWS；

核心技術程式貢獻者超過1,000位)

V V V V

6 複雜事件處理 V (相容於Azure, GCP, AWS；

核心技術由Google貢獻)

V (Apache Spark)

V

7 資料可視化

V (相容於Azure, GCP, AWS；

整合多項資料擷取引擎：Spark, Ignite, Beam, Progress SQL,

Cassandra)

V V V V

8 自動化測試 V V

9 應用與服務管理 V

10 計費服務 V V V V

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NIP解決方案

資料分析與可視化 平台經營維運 裝置聯網與資料管理 資訊安全

營運支援

資料分析 自動化測試 計費服務

資料可視化

複雜事件引擎

應用與服務管理

資料管理儲存

裝置管理

資料分析與可視化 平台經營維運 裝置聯網與資料管理 資訊安全

營運支援

資料分析 自動化測試 計費服務

資料可視化

複雜事件引擎

應用與服務管理

資料管理儲存

裝置管理

資料分析與可視化 平台經營維運 裝置聯網與資料管理 資訊安全

營運支援

資料分析 自動化測試 計費服務

資料可視化

複雜事件引擎

應用與服務管理

資料管理儲存

裝置管理

依產業需求態樣不同，提供三種之NIP智慧製造系統選用模式

• 機台即時狀況可視化(新代)

• 異質機台資訊整合(欣興)

• 機台效益優化 (欣興) • 聯網資訊加值 (欣興)

• 企業內部營運管理 (欣興)

• 多客戶經營(上博)

業者需求態樣 NIP智慧製造系統解決方案

硬體需求：2台主機(4個CPU、8G RAM)、硬碟100G*1/200G*1

硬體需求：4台主機(4個CPU、8G RAM)、硬碟100G*3/200G*1

硬體需求：5台主機(4個CPU、8G RAM)、硬碟100G*3/200G*1/500G*1

入

門

進

階

專

業

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NIP智慧製造系統解決方案：入門版

資料分析與可視化 裝置聯網與資料管理 資訊安全

營運支援

資料分析 資料可視化 複雜事件引擎 資料管理儲存

裝置管理

Step 1

資料上傳

Step 3

資料儲存

Step 5

圖表資料呈現 Step 4

整合產線資料

比例、趨勢、臨界點、高低標、相互關係…

視覺化 API 資料處理 API

發佈網頁

下載

• 查閱多機生產狀態 • 品質狀態線上監測 • 品質效率監測 • AOI檢測可視 • ….

NIP

模組

VPN

單機台

防火牆

閘道器安全

提供異質機台資訊整合與機台即時狀況可視化 快速取得生產資訊，進行整合，同時進行圖表化提供給

異質資料存取

確保資料傳輸安全

機台即時狀況檢視

歷史資料讀取

Step 2

資料管理

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資料分析與可視化 裝置聯網與資料管理 資訊安全

營運支援

資料分析 資料可視化 複雜事件引擎 資料管理儲存

裝置管理

NIP智慧製造系統解決方案：進階版

精度

檢測 翹曲

抑制

自動

排程

切削

優化

精度

補償

故障

預測 預兆

診斷

生產

履歷

3D

模擬

設計

平台

即時

監控

品質

控管

應用服務

NIP

模組

Step 6

即時訊息通知

Step 7

預警訊息回報 大量數據分析、預先發現問題

提供機台效益優化與聯網資訊加值 整合產線資訊，進行分析，預防或即時透過系統達成優化

半公開網路環境

內部網路

外部網路

防火牆

閘道器安全

機台即時事件通知

大資料分析

監控與預警

事件追蹤

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限閱資料、禁止複製、轉載及外流

資料分析與可視化 平台經營維運 裝置聯網與資料管理 資訊安全

營運支援

資料分析 自動化測

試

資料可視化 複雜事件引擎

應用與服務管理

資料管理儲存

裝置管理 NIP 模組

多客戶

廠區網路

計費服務

多機台資料匯入

私有雲 IoT PaaS

NIP

企業內部專用

遠端控制、資料備份、不同廠區(跨廠區資料庫異地同步)

提供企業營運管理與多客戶經營

雲端架構服務客戶

聯網資料高速存取

資料庫異地同步

NIP智慧製造系統解決方案：專業版

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業者國家聯盟隊

(籌備中)

應用NIP之SaaS開發聯盟

i-Factory (PCB國家聯盟隊)

PaaS SI

研華

NIP 公版聯網服務平台

應用案例 產業公協會

智慧機械推動辦公室

• 政府輔導產業的國家隊應優先運用NIP

• NIP正積極推動智慧製造五大產業技術驗證場域，並與各產業公協會協力合作推動國家隊

從智慧製造技術驗證走向業者國家聯盟隊

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感謝各位聆聽

若貴單位有智慧製造導入NIP的需求，歡迎來信洽詢： 工研院 資通所 陳玉倫 副組長

yulun@itri.org.tw

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