技術 | 半導體助推工業(yè)設備創(chuàng)新-解決制造業(yè)難題的IoT和AI解決方案

添加在現有設備上即可將工廠輕松變成智能工廠的傳感器、無線通信和AI技術

制造業(yè)的DX（數字化轉型）將為制造業(yè)帶來巨大變革。其中尤為引人注目的是智能工廠。通常，智能工廠給人的印象是一種近未來的形象：引進協(xié)作機器人或AMR（自主移動機器人），結合AI技術和大量分析數據，實現自動化和省人化（節(jié)省人力）。其實，只需在現有系統(tǒng)中嵌入使用傳感器和無線通信的簡單IoT（物聯(lián)網）技術，也可以讓工廠變?yōu)橹悄芄S。

實現智能工廠不僅可以提高生產力、品質和安全性，還可降低成本、減輕環(huán)境負荷，同時，通過為設備或裝置另行配備AI芯片，還可實現實時故障預測、深度修理和更換、降低生產線停轉風險。ROHM不僅擁有應用了傳感器和無線通信技術的機器健康相關產品陣容，還擁有無需無線通信即可獨立工作的基于設備端學習AI芯片的機器健康解決方案。

智能工廠

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什么是智能工廠？

智能工廠是集物理制造流程與先進的數字技術于一體的制造系統(tǒng)。通過利用通信技術收集公司內外的制造相關數據，并利用模數融合技術來實現從產品設計到制造、檢驗、以及配送的所有流程相互聯(lián)動，可以大幅提高效率。通過融合自動化、數據分析、IoT、AI等技術，可以協(xié)助解決工廠中的諸多課題。

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智能工廠的優(yōu)勢和未來的可能性

對于制造業(yè)而言，智能工廠能夠為其帶來諸多好處，其中包括提高生產力和安全性、降低制造成本以及改善品質管理等。通過實時數據分析和遠程操作，可以打造更加高效和可持續(xù)發(fā)展的生產體系。目前，勞動力短缺是制造業(yè)面臨的一大課題，而智能工廠的自動化和省人化則可以解決該課題。

智能工廠的技術要素

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IoT在智能工廠中的作用

智能工廠的核心要素是融合了先進感測和無線通信技術的IoT（物聯(lián)網）技術。

針對利用感測技術收集到的數據，有效運用融入了無線通信技術的IoT技術，可使制造業(yè)的生產管理更容易，并大幅提高生產力。

利用連接了各種傳感器的IoT設備，可以實時監(jiān)控生產線的整體情況，并根據需要進行精密調整。這不僅會提高生產力和品質，還能減少錯誤的發(fā)生。

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智能工廠不僅僅是“機器人”

智能工廠并不是僅有最先進的機器人和AMR就能實現的。通過在現有制造設備中嵌入各種傳感器和無線通信技術，即可享受智能工廠的好處，比如提高生產力和安全性、節(jié)省人力、降低制造成本、改善品質管理等。

■ 加速度傳感器
加速度傳感器可以檢測傾斜、沖擊和振動。ROHM的加速度傳感器具有檢測范圍寬（～64g）、支持的溫度范圍寬（－40～105℃）和小型封裝（2mm×2mm）三大特點，非常適用于工業(yè)設備應用。另外，還與同等的主流通用產品兼容，支持在工業(yè)設備所要求的更寬頻段范圍的應用。

■ 顏色傳感器
通過識別產品、材料、液體等的顏色，自動分類并檢測異常。例如，在工廠中，可以使用顏色傳感器來判定旋轉泵內液體的顏色、水槽內水的濁度。

■ 電流傳感器
通過測量電機的電流并進行高效的控制以及對過電流等進行監(jiān)測，來提高電源管理和控制系統(tǒng)的安全性和效率。

■ 照度傳感器
用來測量光的亮度和照度的傳感器裝置。有助于優(yōu)化照明設備的使用。

通過監(jiān)控光的亮度并調整照明的照度來提高能效，從而實現可持續(xù)發(fā)展的智能工廠。

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ROHM還可提供將這些傳感器與Wi-SUN、無需電池的EnOcean等無線通信技術相結合的解決方案，通過升級現有設備助力實現智能工廠。

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數據收集、分析及其運用

在智能工廠中，從IoT設備收集到的大量數據是優(yōu)化生產流程的關鍵所在。通過AI和先進的數據分析技術，這些數據將被用在改善品質管理、提高生產效率以及預測性維護等工作中。這種數據驅動方法可以為制造業(yè)帶來革新性價值，并幫助企業(yè)獲得競爭優(yōu)勢。

然而，在傳統(tǒng)的系統(tǒng)中，要想用傳感器獲取和傳輸數據，需要用到很多線纜、電源、計算機和存儲系統(tǒng)，而這要花費巨大的成本和大量時間，無疑會提高導入門檻。

針對這一課題，ROHM利用基于EnOcean的無電池解決方案和即使在工廠內也能穩(wěn)定通信的低功耗無線Wi-SUN，打造出體積小巧、設置靈活性高、可以大幅減少導入成本和時間的傳感器節(jié)點解決方案。僅需將其安裝在現有設備上，即可輕松實現支持機器健康的無線傳感器解決方案。

*EnOcean是EnOcean GmbH的注冊商標。
*Wi-SUN是Wi-SUN Alliance的注冊商標。

智能工廠面臨的挑戰(zhàn)及其對策

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智能工廠利用IoT、AI以及數據分析等先進技術，可實現提高生產力、改善品質管理、降低成本等目標。然而，在引進和運用智能工廠的過程中，可能會面臨以下挑戰(zhàn)。

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缺乏相關技能和知識

智能工廠的挑戰(zhàn)之一是缺乏能夠了解新技術并合理運用的人才。解決該問題主要有以下三種方法。

第一是加強員工的教育培訓和訓練。

第二是聘用具備相關技能的外部人才。

第三是通過合理引進和運用IoT、AI等技術來彌補技能和知識上的不足。

例如，通過使用了傳感器、無線通信和AI的IoT技術來使現有系統(tǒng)的功能更加智能，這樣無需引進新系統(tǒng)即可實現自動化并節(jié)省人力，同時還可減輕操作員工和技術人員的負擔。

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安全風險

隨著IoT設備的引進和數據共享的不斷擴展，網絡安全風險也隨之增加。要解決這些網絡安全問題，就需要加強安全策略或引進專門的安全系統(tǒng)。

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數據管理和分析方面的問題

智能工廠通常會產生大量的數據，需要合理的數據管理和分析才能有效利用這些數據。這一問題的有效解決方案是使用先進的分析工具或引進基于AI的數據分析技術。

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引進成本

引進智能工廠不僅需要巨額的初期投資，而且其維護成本也很高，因此很多企業(yè)負責人對此可能會猶豫不決。在引進工業(yè)機器人和自動搬運等系統(tǒng)時，需要有計劃地引進并計算合理的ROI；而在升級現有的生產系統(tǒng)時，則可以用盡可能低的引進成本來實現工廠的智能化。

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法律法規(guī)和標準化方面的課題

在引進智能工廠的過程中，會出現數據隱私、數據安全、設備的兼容性等各種法律法規(guī)和標準化相關的問題。要解決這些問題，就需要施以適當的管理并了解相關的法律法規(guī)。

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“不聯(lián)網”的智能工廠

另一方面，企業(yè)對于“不聯(lián)網”的智能工廠的需求也越來越大。

例如，ROHM正在開發(fā)的一種能夠在端點進行設備端學習的AI解決方案“Solist-AI”，它不同于以往的訓練和推理均在云端進行的AI系統(tǒng)，是一種將AI芯片直接嵌入到各個設備或傳感器中即可獨立運行的AI解決方案。

端點型AI的主要優(yōu)勢在于可以減輕網絡負荷、響應時間非常短、以及可以大幅降低功耗。但是，以往的端點型AI很難在設備端學習，最終需要依賴經由云服務器的上位機系統(tǒng)，這就需要耗費大量的工時和成本。

ROHM的Solist-AI是一種支持現場學習的獨立AI解決方案，因此AI系統(tǒng)可以在設備端學習（分析）不同安裝環(huán)境中每臺設備的正常狀態(tài)并進行推理。另外，還能輕松地在每臺安裝的設備上重新學習。這會消除對云網絡和服務器的依賴，有助于削減工時、成本和功耗。目前，ROHM正在開發(fā)配備ARM Cortex M0+和設備端學習AI加速器的AI芯片ML63Q2500系列（預計于2024年提供樣品，2025年量產）。

*Solist-AI是ROHM Co., Ltd.的商標或注冊商標。

在智能工廠中的解決方案應用示例

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利用IoT和AI優(yōu)化應用

1. 引進IoT設備：從現場獲取實時數據。
2. AI分析：AI分析獲取到的數據并判別模式。
3. 預測建模：根據分析結果預測異常和潛在問題。
4. 自動化：根據預測結果自動執(zhí)行最佳動作來優(yōu)化應用。

ROHM提供的工業(yè)解決方案可通過尖端技術升級現有的制造和生產系統(tǒng)，從而可提高生產效率并實現更合理的品質管理。

智能工廠的影響及其未來愿景

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未來預測及其深遠影響

智能工廠擁有改變企業(yè)和工廠未來的力量。它不僅可以大幅提高生產力和生產效率，還可實現供應鏈的可視化、創(chuàng)造新的商業(yè)模式并帶來整個行業(yè)的典范轉移。這是因為智能工廠通過整合數字技術和物理制造流程，能夠實現實時數據分析和預測。

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創(chuàng)造可持續(xù)性發(fā)展和預測性維護等新趨勢

智能工廠的進步正在不斷開創(chuàng)新的發(fā)展趨勢。其中之一是追求可持續(xù)性發(fā)展。智能工廠通過提高能效并更大程度地減少生產過程中產生的廢棄物，有助于減輕環(huán)境負荷。另外，通過靈活利用數據，還可以預測生產設備的故障，優(yōu)化維護保養(yǎng)工作，實現預測性維護。這些是企業(yè)進入可持續(xù)發(fā)展軌道、迎接高效未來的關鍵因素。

總結

智能工廠所帶來的變革是可以預見制造業(yè)未來的變革。通過充分利用IoT、AI和數據分析等尖端技術，將會拓展制造業(yè)的數字化轉型（DX）、提高工廠的生產力和品質、實現供應鏈的可視化以及創(chuàng)造新商業(yè)模式等的可能性。不僅如此，智能工廠正在推動制造業(yè)追求可持續(xù)發(fā)展和預測性維護等新的發(fā)展趨勢。這些是公司和工廠進入可持續(xù)發(fā)展軌道、迎接高效未來的關鍵因素。ROHM通過可以添加在現有設備和系統(tǒng)上的IoT（傳感器、無線通信）和AI解決方案，助力實現工廠的智能化，并解決制造業(yè)所面臨的難題。

同時，要想實現智能工廠，工廠內部設備自身的改造也是至關重要的。ROHM將通過提供優(yōu)勢產品領域的功率元器件和模擬IC，為提高設備的效率并實現設備的小型化貢獻力量。關于功率元器件和模擬IC，我們將在下一篇文章進行介紹，屆時會將重點放在預計其需求與工業(yè)設備中的工廠自動化領域同樣大的能源領域。

產品介紹、詳細信息、其他鏈接等

ROHM開發(fā)出數十毫瓦超低功耗的設備端學習AI芯片，無需云服務器、在設備端即可實時預測故障。

Powering Industrial Innovations ～半導體助推工業(yè)設備創(chuàng)新-LiDAR助推工業(yè)設備創(chuàng)新【大山聰先生×ROHM 對話視頻】

END

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