智能化催生工業(yè)4.0 智能工廠勢(shì)頭俏

　　繼蒸汽機(jī)的面世、工業(yè)生產(chǎn)大規(guī)?；?a href="http://www.ttokpm.com/v/tag/633/" target="_blank">工業(yè)自動(dòng)化之后，隨著物聯(lián)網(wǎng)和智能制造的逐步成型，“工業(yè)4.0”時(shí)代正悄然來襲?！肮I(yè)4.0”項(xiàng)目主要分為兩大主題，一是“智能工廠”，重點(diǎn)研究智能化生產(chǎn)系統(tǒng)及過程，以及網(wǎng)絡(luò)化分布式生產(chǎn)設(shè)施的實(shí)現(xiàn)；二是“智能生產(chǎn)”，主要涉及整個(gè)企業(yè)的生產(chǎn)物流管理、人機(jī)互動(dòng)以及3D技術(shù)在工業(yè)生產(chǎn)過程中的應(yīng)用等。本文將分別從最具代表性的數(shù)字和模擬廠商，賽靈思（Xilinx）和美信（Maxim），挖掘智能工廠在工業(yè)4.0時(shí)代下的發(fā)展趨勢(shì)及深藏于其背后的巨大商機(jī)。

　　智能化工廠是部分國(guó)家實(shí)現(xiàn)高度自動(dòng)化生產(chǎn)之后，提出的新概念，它的理念優(yōu)勢(shì)在于推動(dòng)工業(yè)生產(chǎn)智能化，從而實(shí)現(xiàn)科幻般的工業(yè)生產(chǎn)模式。工業(yè)生產(chǎn)系統(tǒng)及過程、網(wǎng)絡(luò)化分布式生產(chǎn)設(shè)施的實(shí)現(xiàn)、生產(chǎn)物流管理、人機(jī)互動(dòng)、新技術(shù)的使用以及使用嵌入式傳感器來監(jiān)測(cè)有關(guān)的環(huán)境參數(shù)和生產(chǎn)等都需要智能化設(shè)備的支持。

　　智能工廠前景可期 FPGA成攻城利器

　　
圖 賽靈思ISM市場(chǎng)營(yíng)銷經(jīng)理林逸芳表示，智能化工廠與智能化自動(dòng)產(chǎn)線是兩個(gè)由科技帶動(dòng)發(fā)展的未來趨勢(shì)。

　　智能化產(chǎn)線，比方說工業(yè)自動(dòng)化就是智能化工廠更精細(xì)的分項(xiàng)。智能化工廠也包含廠房管理、有效能源運(yùn)用、安全防護(hù)、網(wǎng)絡(luò)、監(jiān)控和安全分析，并可確保工廠的整整運(yùn)作可順暢安全。智能化自動(dòng)生產(chǎn)線可監(jiān)控設(shè)備總和效率（Overall Equipment Effectiveness），促使其達(dá)到最高的質(zhì)量與效率，并可將停機(jī)時(shí)間降到最低。

　　賽靈思的元件廣泛應(yīng)用于許多市場(chǎng)與應(yīng)用，其中工業(yè)市場(chǎng)更是我們非常重要的市場(chǎng)，尤其是賽靈思的Zynq系列產(chǎn)品。 工業(yè)市場(chǎng)的客戶對(duì)產(chǎn)品的可靠性、靈活性與整合度很看重，尤其完成現(xiàn)場(chǎng)部署后，產(chǎn)品靈活的升級(jí)功能，而且可以隨著適應(yīng)各種通訊協(xié)議、功能的改變極為重要。

　　現(xiàn)代化的工廠為了生產(chǎn)更多的產(chǎn)品，開始在生產(chǎn)線中部署靈活度更高的機(jī)器設(shè)備。為此，工廠得為機(jī)器提供更大的空間，因其移動(dòng)的范圍可能都會(huì)為整個(gè)生產(chǎn)線帶來顯著的變化。而當(dāng)產(chǎn)品愈多，安全籠就顯得限制過多，無法適應(yīng)機(jī)器的移動(dòng)范圍。

　　FPGA在智能化工廠領(lǐng)域的成長(zhǎng)非常值得期待。由于感應(yīng)器輸入資料量增加，以及監(jiān)控系統(tǒng)日益復(fù)雜，簡(jiǎn)單的軟件再也無法解決效能上所面臨的挑戰(zhàn)，許多應(yīng)用因此產(chǎn)生效能瓶頸。此外，許多采用PC的解決方案，現(xiàn)在已移轉(zhuǎn)用嵌入式方法，以減少尺寸和降低碳排放量。傳統(tǒng)的嵌入式元件 （MCU） 所面臨的挑戰(zhàn)是即時(shí)運(yùn)算的效能不足；而Zynq系列產(chǎn)品則能同時(shí)滿足這兩方面的要求，在單一芯片中整合了軟件和硬件，為智能化工廠的設(shè)計(jì)提供極大的靈活度。

　　與此同時(shí)，為確保工人的安全，同時(shí)避免制約自動(dòng)化工廠生產(chǎn)線的活動(dòng)范圍，愈來愈多企業(yè)開始使用賽靈思Smarter Vision技術(shù)建立一個(gè)安全系統(tǒng)。有人預(yù)測(cè)在未來的10年內(nèi)，Smarter Vision技術(shù)將被大幅運(yùn)用在汽車、工廠自動(dòng)化、醫(yī)療、監(jiān)控、消費(fèi)類、航空航天和軍用產(chǎn)品，豐富人們的生活。

　　智能化工廠與產(chǎn)線的運(yùn)作牽涉極為復(fù)雜的邏輯設(shè)計(jì)，并受限于過高的運(yùn)轉(zhuǎn)成本、設(shè)計(jì)的運(yùn)算限制與網(wǎng)絡(luò)頻寬，而擁有高效能的FPGA最能滿足這類的需求。在工業(yè)自動(dòng)化領(lǐng)域中，一個(gè)靈活性高的平臺(tái)可以快速整合與控管各種生產(chǎn)技術(shù)，進(jìn)而大幅提升整整生產(chǎn)力。林逸芳強(qiáng)調(diào)，通過FPGA，工程師可以建構(gòu)一個(gè)高靈活性的基礎(chǔ)建設(shè)，并賦予系統(tǒng)許多功能，包括打造一個(gè)更多元高效能的界面、提高資料處理速度，以及降低建置成本。

　　模擬整合引領(lǐng)工廠整合之巔 Maxim公司脫穎而出

　　圖 Maxim公司終端應(yīng)用市場(chǎng)經(jīng)理John Mossman認(rèn)為，Maxim一直秉持模擬整合，正由此推動(dòng)工廠整合產(chǎn)線的建設(shè)和發(fā)展。

　　FPGA已然成為攻取智能工廠灘頭陣地的堅(jiān)船利炮，智能化系統(tǒng)的搭建更離不開高度模擬整合的鼎力相助。工廠整合包括：提高機(jī)器智能化程度，實(shí)現(xiàn)機(jī)器之間（M2M）的通信和生產(chǎn)線自主化，而不僅僅是機(jī)器自主化。自主生產(chǎn)線通過以太網(wǎng)進(jìn)一步將通信整合至工廠高層架構(gòu)，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)物聯(lián)網(wǎng)（IoT）以及工廠控制系統(tǒng)與業(yè)務(wù)系統(tǒng)或IT的整合。

　　當(dāng)然，以太網(wǎng)加速導(dǎo)入工廠網(wǎng)絡(luò)中，網(wǎng)絡(luò)遭受攻擊的風(fēng)險(xiǎn)也大為增加了。John表示，Maxim在提供基于嵌入式硬件的安全方案方面擁有豐富經(jīng)驗(yàn)，并在金融終端和自動(dòng)取款器（ATM）等領(lǐng)域經(jīng)過廣泛驗(yàn)證。這些方案可直接用于為易遭受電子和物理攻擊的智能工業(yè)設(shè)備間的通信提供安全保護(hù)。

　　據(jù)了解，在過去幾年，Maxim更新了多條工業(yè)產(chǎn)品線，增加了面向工業(yè)市場(chǎng)的新技術(shù)，其中包括：數(shù)字輸入串行器；數(shù)字輸出驅(qū)動(dòng)器；低功耗、高效率、高壓buck轉(zhuǎn)換器；極低功耗、超高性能ADC和DAC；以及其它先進(jìn)技術(shù)。利用這些功能模塊，如電源、通信、模擬信號(hào)處理和數(shù)字信號(hào)處理等，研發(fā)出多款子系統(tǒng)參考設(shè)計(jì)，有效幫助客戶從尋找兼容器件以實(shí)現(xiàn)最優(yōu)性能的繁重工作中解放出來。

　　鑒于智能工廠對(duì)IC的特殊需求，用于智能工廠的IC必備的關(guān)鍵特性包括：小尺寸、低熱耗、高精度以及能夠承受惡劣工作環(huán)境的高可靠性。John透露，PLC/PAC （可編程邏輯控制器/可編程自動(dòng)控制器）、智能傳感器和現(xiàn)場(chǎng)儀表是Maxim重點(diǎn)關(guān)注的領(lǐng)域。

　　展望未來 智能工廠商機(jī)時(shí)不我待

　　現(xiàn)代化工廠已經(jīng)開始使用一種全新的智能的途徑來生產(chǎn)產(chǎn)品了，相信未來的生產(chǎn)工廠相比將會(huì)智能很多。這一智能將通過使用微型化處理器、存儲(chǔ)裝置、傳感器和發(fā)送器來實(shí)現(xiàn)，這些裝置將被嵌入至幾乎所有可想象的機(jī)器、 未加工產(chǎn)品、材料、智能工具類型和用于組織數(shù)據(jù)流的新型軟件。所有這些創(chuàng)新將使產(chǎn)品和機(jī)器能夠相互通信并交換命令。換言之，未來工廠將可以從很大程度自行 優(yōu)化和控制其制造流程。盡管在這之前還有很長(zhǎng)一段路要走，然而這絲毫不會(huì)影響到未來智能化的趨勢(shì)方向。當(dāng)然，隨著智能化工廠與產(chǎn)線愈來愈普及，如何提升整整制造產(chǎn)能、良率和穩(wěn)定性也成為各大廠商最關(guān)注的議題。若能掌握這些關(guān)鍵優(yōu)勢(shì)，就能在競(jìng)爭(zhēng)激烈的市場(chǎng)中把握重要商機(jī)。

　　——本文選自電子發(fā)燒友網(wǎng)09月技術(shù)特刊《智能工業(yè)特刊》，轉(zhuǎn)載請(qǐng)注明出處，違者必究！