工業(yè)4.0對(duì)電子行業(yè)有多重要？

目前該行業(yè)向數(shù)字化的轉(zhuǎn)型正在全面展開(kāi)。幾乎每個(gè)人都在使用流行語(yǔ)，如（工業(yè)）物聯(lián)網(wǎng)，智能工廠或網(wǎng)絡(luò)物理（生產(chǎn)）系統(tǒng)。在德國(guó)這個(gè)最強(qiáng)大的國(guó)際產(chǎn)業(yè)之一，它被稱為工業(yè)4.0--在工業(yè)4.0的其他部分。

然而，似乎沒(méi)有人確切地知道它意味著什么 - 雖然沒(méi)有明確的定義，但有各種不同的解釋。對(duì)于許多人來(lái)說(shuō)，工業(yè)4.0的變化已經(jīng)成為日常生活的一部分，隨著重復(fù)，新概念的概念受到侵蝕。數(shù)字化和網(wǎng)絡(luò)成為常用的流行語(yǔ)無(wú)助于此。

專注于工業(yè)4.0，特別是在德國(guó)，大部分行業(yè)都受政治影響。然而，其他國(guó)家已經(jīng)認(rèn)識(shí)到對(duì)本國(guó)經(jīng)濟(jì)和競(jìng)爭(zhēng)力的積極影響，鼓勵(lì)他們進(jìn)一步創(chuàng)新。在這種背景下，政治官員正在推行一種雙重戰(zhàn)略，該戰(zhàn)略結(jié)合了供應(yīng)商的觀點(diǎn)以及用戶公司的觀點(diǎn)，主要是工業(yè)自動(dòng)化部門和機(jī)械或工廠工程部門。一方面，制造商必須為自己的生產(chǎn)過(guò)程使用新的，高效的和智能的技術(shù)。另一方面，他們必須將這些技術(shù)和產(chǎn)品投放市場(chǎng)。

相比之下，每個(gè)人都同意工業(yè)4.0不僅推動(dòng)新技術(shù)和智能產(chǎn)品，而且還有助于擴(kuò)大生產(chǎn)部門。這也為掌握現(xiàn)有市場(chǎng)和新市場(chǎng)不斷增長(zhǎng)的動(dòng)態(tài)和復(fù)雜性創(chuàng)造了條件。能夠在多個(gè)領(lǐng)域發(fā)揮作用的公司似乎有一個(gè)特別好的起始位置。

這尤其適用于半導(dǎo)體行業(yè)內(nèi)的公司。像ADI公司這樣的半導(dǎo)體制造商已經(jīng)在處理這一復(fù)雜的概念，將自己的生產(chǎn)線轉(zhuǎn)變?yōu)槿詣?dòng)智能工廠。該公司還為制造業(yè)內(nèi)的公司提供創(chuàng)新技術(shù)，幫助他們將生產(chǎn)設(shè)施轉(zhuǎn)變?yōu)橹悄芄S。但是，從這種轉(zhuǎn)變開(kāi)始，重要的是要認(rèn)識(shí)到增加的價(jià)值，因?yàn)樗€意味著需要通過(guò)提高生產(chǎn)率和相應(yīng)的成本降低來(lái)分?jǐn)偟母哳~工作量。

工業(yè)4.0不僅意味著改變?cè)诩夹g(shù)的生產(chǎn)和擴(kuò)展中，這也意味著越來(lái)越需要?jiǎng)?chuàng)建新的商業(yè)模式。工業(yè)4.0是一個(gè)討論得很多且解釋不同的術(shù)語(yǔ)，其結(jié)果大致可分為三個(gè)領(lǐng)域：新技術(shù)，新產(chǎn)品和新商業(yè)模式。所有這三個(gè)領(lǐng)域共同涵蓋了生產(chǎn)及其產(chǎn)品的整個(gè)價(jià)值鏈 - 從傳感器節(jié)點(diǎn)開(kāi)始，通過(guò)云，直至下游服務(wù)（圖1）。

通常有具有某種形式的傳感器或致動(dòng)器的節(jié)點(diǎn)，其同時(shí)建立到真實(shí)物理世界的鏈接。進(jìn)出這些裝置的信號(hào)通常非常低，來(lái)自嘈雜，惡劣的環(huán)境。它們必須被處理，轉(zhuǎn)換并轉(zhuǎn)發(fā)到信號(hào)鏈中的下一個(gè)鏈接。

由于此信號(hào)鏈存在問(wèn)題，因此必須對(duì)鏈進(jìn)行更改。最初，在純數(shù)據(jù)傳輸?shù)皆频牡胤剑?jié)點(diǎn)上已經(jīng)有越來(lái)越多的數(shù)據(jù)處理，如圖2所示。

此數(shù)據(jù)處理可在節(jié)點(diǎn)將數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換為信息時(shí)產(chǎn)生更多洞察力和知識(shí)。這種智能智能傳感技術(shù)可降低整體功耗，減少帶寬浪費(fèi)，并可實(shí)現(xiàn)從反應(yīng)式IIoT到預(yù)測(cè)性和實(shí)時(shí)IIoT的轉(zhuǎn)變。

這是技術(shù)發(fā)揮作用的地方。許多半導(dǎo)體制造商已經(jīng)將它們列為核心競(jìng)爭(zhēng)力之中，并且需要不斷改進(jìn)。

此外，能源效率起著重要作用。我們鼓勵(lì)半導(dǎo)體制造商利用他們的專業(yè)知識(shí)不僅進(jìn)一步開(kāi)發(fā)他們的產(chǎn)品，而且還開(kāi)發(fā)自己的設(shè)計(jì)和工藝技術(shù)，因?yàn)榕c網(wǎng)絡(luò)的連接是IIoT整體解決方案的重要組成部分。無(wú)論是有線還是無(wú)線技術(shù)，這兩種技術(shù)在未來(lái)都將越來(lái)越受歡迎，并且必須包含在產(chǎn)品組合中。

如果您深入了解系統(tǒng)級(jí)別并專注于垂直細(xì)分市場(chǎng)，您可以為客戶提供更完整的系統(tǒng)。就完整的硬件平臺(tái)而言，該節(jié)點(diǎn)可以與相應(yīng)的軟件包一起提供。這還可能包括相關(guān)的算法來(lái)分析節(jié)點(diǎn)中已有的數(shù)據(jù)，最后只將結(jié)果作為較少的數(shù)據(jù)密集型信息傳遞給網(wǎng)絡(luò)（云）

盡管工業(yè)4.0是一個(gè)有趣而重要的話題，半導(dǎo)體制造商已經(jīng)在選擇過(guò)程中要非常小心。整個(gè)市場(chǎng)仍然處于一個(gè)階段，在這個(gè)階段，有必要意識(shí)到在哪里以及如何以正確的方式應(yīng)用自己的優(yōu)勢(shì)和技術(shù)，以滿足客戶或應(yīng)用程序的真正需求。

什么是IIoT市場(chǎng)的新要求？

考慮到產(chǎn)業(yè)價(jià)值鏈，市場(chǎng)需求將在未來(lái)發(fā)生變化。除其他原因外，這就是為什么半導(dǎo)體制造商必須使自己的企業(yè)及其產(chǎn)品適應(yīng)智能工廠的現(xiàn)實(shí)。技術(shù)趨勢(shì)正趨向于智能和極其高效的產(chǎn)品，如果可能的話，還有集成的安全和安全功能以及能量收集。圖3顯示了這種器件或整個(gè)系統(tǒng)的外觀，它使用了模擬器件基于MEMS的加速度計(jì)ADXL356的示例。

ADXL356是一款低功耗器件，低噪聲，3軸加速度計(jì)，具有極低的失調(diào)漂移。由于采用密封封裝，ADXL356特別適用于惡劣環(huán)境條件下的精確傾斜測(cè)量，以及低功耗或電池供電的無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)中的高性能（長(zhǎng)期）測(cè)量。這是預(yù)測(cè)性維護(hù)和狀態(tài)監(jiān)測(cè)發(fā)揮作用的地方。兩者都與工業(yè)4.0密切相關(guān)。在這些程序中，重要的是確定驅(qū)動(dòng)元件的損壞程度;例如，通過(guò)永久或定期進(jìn)行振動(dòng)診斷。

對(duì)于這樣的智能傳感器解決方案，如圖2所示，加速度計(jì)構(gòu)成了整個(gè)系統(tǒng)的基礎(chǔ)。它還通過(guò)其他功能進(jìn)行擴(kuò)展：通過(guò)模數(shù)轉(zhuǎn)換器，微控制器以及部分隔離或無(wú)線的各種模擬和數(shù)字接口進(jìn)行集成信號(hào)處理。無(wú)線接口支持以太網(wǎng)，6LoWPAN或WirelessHART等通信標(biāo)準(zhǔn)，具有最高的可靠性。特別是對(duì)于后兩個(gè)標(biāo)準(zhǔn)，SmartMesh IP?和SmartMesh?WirelessHart等無(wú)線通信網(wǎng)絡(luò)帶來(lái)了非常好的解決方案。前者符合6LoWPAN標(biāo)準(zhǔn)，為每個(gè)節(jié)點(diǎn)提供本機(jī)IPv6可尋址性，并使傳感器數(shù)據(jù)易于通過(guò)云訪問(wèn)。后者符合WirelessHART標(biāo)準(zhǔn)（IEC 62591），專為工業(yè)應(yīng)用而設(shè)計(jì)，可與其他供應(yīng)商的WirelessHART設(shè)備進(jìn)行互操作。兩者都提供極其可靠和安全的數(shù)據(jù)傳輸，采用AES 128位端到端加密，可擴(kuò)展至50,000個(gè)節(jié)點(diǎn)。

最后，在這些系統(tǒng)的開(kāi)發(fā)過(guò)程中不得忽視功能安全性。因此，為了能夠提供客戶安全性作為整個(gè)系統(tǒng)解決方案的一部分，半導(dǎo)體制造商也應(yīng)該投資于網(wǎng)絡(luò)安全解決方案（CSS）和加密等技術(shù)。

如圖3所示的系統(tǒng)結(jié)果是芯片級(jí)別的標(biāo)準(zhǔn)產(chǎn)品更少，因?yàn)閷?lái)它們可以集成在板級(jí)。標(biāo)準(zhǔn)產(chǎn)品的集成已經(jīng)作為系統(tǒng)級(jí)封裝（SiP）直接在硅片或外殼中進(jìn)行。這意味著制造商必須在芯片級(jí)別，或至少在板級(jí)別，以及相應(yīng)的生態(tài)系統(tǒng)中獲得深入的知識(shí)。因此，客戶可以更專注于他們自己的應(yīng)用，從而使自己與競(jìng)爭(zhēng)對(duì)手脫穎而出。

ADI公司等供應(yīng)商必須考慮使用或整合其他市場(chǎng)的成熟技術(shù)。這可能有助于降低高成本并延長(zhǎng)生命周期。其他產(chǎn)品成功技術(shù)實(shí)施的一個(gè)例子涉及MEMS。 MEMS技術(shù)從未被認(rèn)為可以創(chuàng)建除加速度計(jì)之外的其他部件，但它現(xiàn)在用于ADGM1304等極其快速的開(kāi)關(guān)。這款帶有集成驅(qū)動(dòng)器的單刀四擲（SP4T）開(kāi)關(guān)可在0 Hz / dc至14 GHz范圍內(nèi)工作，是各種RF應(yīng)用或繼電器更換的理想開(kāi)關(guān)解決方案。

這種技術(shù)組合不僅有助于個(gè)人，也有助于為制造商提供不同的，有時(shí)甚至是新的市場(chǎng)。在許多情況下，他們可以通過(guò)這種方式輕松組合各種技術(shù)，以創(chuàng)造新的，高效的應(yīng)用。

然而，半導(dǎo)體制造商僅擴(kuò)展其傳感器和其他半導(dǎo)體的范圍是不夠的。設(shè)備。為了繼續(xù)被視為市場(chǎng)中的全球參與者，并充分利用工業(yè)4.0的潛力，他們的產(chǎn)品組合也應(yīng)該在通信技術(shù)領(lǐng)域得到擴(kuò)展。例如，在工業(yè)自動(dòng)化領(lǐng)域，可以看到向以太網(wǎng)或者確定性以太網(wǎng)的明顯轉(zhuǎn)變。出于這個(gè)原因，ADI最近收購(gòu)了Innovasic，一家確定性以太網(wǎng)半導(dǎo)體和軟件解決方案供應(yīng)商。通過(guò)此次收購(gòu)，ADI在高度同步的網(wǎng)絡(luò)中增加了強(qiáng)大的實(shí)時(shí)連接專業(yè)知識(shí)，因此通過(guò)獨(dú)特的軟件解決方案擴(kuò)展了其產(chǎn)品組合。因此，即使是數(shù)字化的主流趨勢(shì)，許多半導(dǎo)體制造商的目的是從模擬技術(shù)轉(zhuǎn)向垂直系統(tǒng)領(lǐng)域，提供完整的系統(tǒng)解決方案，形成物理世界和數(shù)字世界之間的接口。

然而，為了引起客戶對(duì)這些系統(tǒng)的興趣，許多因素可能是重要的。它不僅是適當(dāng)?shù)能浖?，而且是軟件周圍的工具和適當(dāng)?shù)纳鷳B(tài)系統(tǒng)，可以為客戶增加價(jià)值。因此，未來(lái)還需要用于分析生成數(shù)據(jù)的新服務(wù)和算法。

未來(lái)客戶的附加價(jià)值是什么？

今天，客戶的資源是越來(lái)越多地引導(dǎo)到軟件中。這對(duì)整個(gè)半導(dǎo)體行業(yè)來(lái)說(shuō)是一個(gè)挑戰(zhàn)，意味著必須為客戶提供越來(lái)越高效的開(kāi)發(fā)工具，同時(shí)還要提供培訓(xùn)可能性，文檔和支持;直接，通過(guò)生態(tài)系統(tǒng)，或可能通過(guò)分銷商。當(dāng)然，僅僅因?yàn)榧夹g(shù)上可行而開(kāi)發(fā)具有工業(yè)4.0功能的所有這些產(chǎn)品和系統(tǒng)沒(méi)有任何意義。相反，必須為客戶帶來(lái)顯著的附加價(jià)值。為了證明收購(gòu)和運(yùn)營(yíng)工業(yè)4.0應(yīng)用程序所產(chǎn)生的額外成本，使相關(guān)客戶可以看到并可訪問(wèn)此附加值是基本必需品。通常，可以將與客戶相關(guān)的附加值分配給以下概述中列出的三個(gè)因素：

通過(guò)節(jié)省時(shí)間，資源和資金來(lái)提高運(yùn)營(yíng)效率。

通過(guò)分析使用數(shù)據(jù)來(lái)提高客戶滿意度和忠誠(chéng)度。

通過(guò)擴(kuò)展或新增創(chuàng)造額外的收入流商業(yè)模式

智能產(chǎn)品的成功與增值的認(rèn)可直接相關(guān)。最終，它們決定了與實(shí)施相關(guān)的所有技術(shù)和商業(yè)參數(shù)。因此，應(yīng)對(duì)它們進(jìn)行詳細(xì)分析。分析的結(jié)果還可能是產(chǎn)品構(gòu)思在經(jīng)濟(jì)上不可行，或者至少還沒(méi)有。為了使開(kāi)發(fā)更加可行，并且為了更快，更有效地集成到系統(tǒng)中，制造商的支持將發(fā)揮重要作用。制造商將把他們的專業(yè)知識(shí)帶入他們客戶的開(kāi)發(fā)過(guò)程中。這減少了客戶的額外工作量和成本。此外，制造商可以繼續(xù)專注于他們的核心業(yè)務(wù)，他們不需要浪費(fèi)寶貴的時(shí)間學(xué)習(xí)新技術(shù)。相反，合作伙伴關(guān)系和其他合作努力可以幫助支持持續(xù)增長(zhǎng)。

然而，由于工業(yè)4.0及其技術(shù)的諸多優(yōu)勢(shì)，問(wèn)題出現(xiàn)了為什么許多企業(yè)還沒(méi)有投資自己的智能工廠？

猶豫不決的原因

其中一個(gè)主要障礙是智能工廠的最低利益及其相關(guān)成本。例如，由于缺乏貨幣評(píng)估標(biāo)準(zhǔn)，目前計(jì)算投資回報(bào)率（ROI）仍然非常困難。因此，半導(dǎo)體制造商必須提高客戶的意識(shí)，提供展示智能工廠優(yōu)勢(shì)的教育材料，并指出投資所帶來(lái)的價(jià)值。投資是新技術(shù)和商業(yè)模式以及營(yíng)銷活動(dòng)，資格措施和銷售管理的發(fā)展和擴(kuò)展所必需的。

隨著生產(chǎn)部門的轉(zhuǎn)型，數(shù)據(jù)和IT等問(wèn)題安全性具有越來(lái)越重要的作用。這些主題不僅是成功引入工業(yè)4.0的重要要求 - 它們必須作為關(guān)鍵接受和成功因素在數(shù)字系統(tǒng)中實(shí)施。

此外，公司必須在工業(yè)4.0實(shí)施的早期階段制定基礎(chǔ)戰(zhàn)略課程，以收集相應(yīng)技術(shù)的經(jīng)驗(yàn)。然而，這個(gè)過(guò)程需要耐心，因?yàn)樵S多相關(guān)技術(shù)不可能在5到10年甚至更長(zhǎng)時(shí)間內(nèi)充分利用它們的潛力。此外，由于缺乏明確的定義，沒(méi)有確切的日期可以完全實(shí)施工業(yè)4.0。使用術(shù)語(yǔ)“工業(yè)革命”可能更有意義，而不是談?wù)摴I(yè)革命。

隨著生產(chǎn)環(huán)境的變化，新的參與者和競(jìng)爭(zhēng)者也會(huì)出現(xiàn)或影響市場(chǎng)。聯(lián)盟將以顯著的方式出現(xiàn)并塑造生產(chǎn)形象。公司的未來(lái)將在工廠大廳中越來(lái)越少。此外，軟件和服務(wù)部門將發(fā)揮重要作用，因?yàn)橹挥型ㄟ^(guò)鏈接和合并虛擬現(xiàn)實(shí)世界才能確保制造商達(dá)到其最大生產(chǎn)潛力。

然而，半導(dǎo)體制造商不應(yīng)忽視他們的過(guò)去成功或仍然成功的現(xiàn)有業(yè)務(wù)或產(chǎn)品。這些主要產(chǎn)品應(yīng)進(jìn)一步發(fā)展，并應(yīng)通過(guò)保持適當(dāng)?shù)闹圃炷芰^續(xù)得到支持。雖然今天的數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換器架構(gòu)非常穩(wěn)定并且將繼續(xù)成為未來(lái)的基礎(chǔ)，但基于它們的基本架構(gòu)，必須進(jìn)行改進(jìn)。例如，較小的流程用于此類產(chǎn)品，這使得實(shí)現(xiàn)相同甚至更好的性能變得不容易。

隨著新的市場(chǎng)趨勢(shì)適度增長(zhǎng)

近年來(lái)的Megadeals導(dǎo)致半導(dǎo)體市場(chǎng)整合。銷售和分銷正在從組件銷售轉(zhuǎn)變?yōu)橄到y(tǒng)銷售。在未來(lái)取得成功意味著通過(guò)認(rèn)識(shí)工業(yè)4.0中顛覆性技術(shù)和新市場(chǎng)的潛力來(lái)重新定位自己或公司。企業(yè)必須始終如一地利用半導(dǎo)體行業(yè)中少數(shù)有機(jī)增長(zhǎng)來(lái)源。不幸的是，半導(dǎo)體行業(yè)的增長(zhǎng)勢(shì)頭強(qiáng)勁，年銷售額增長(zhǎng)率在30％到40％之間已經(jīng)成為過(guò)去 - 現(xiàn)在這些增長(zhǎng)率似乎已經(jīng)結(jié)束。從2015年到2020年，預(yù)計(jì)年均增長(zhǎng)率僅為3.4％。公司必須問(wèn)自己一個(gè)基本的戰(zhàn)略問(wèn)題：未來(lái)增長(zhǎng)將來(lái)自哪里？

以下增長(zhǎng)來(lái)源可能至關(guān)重要：碳化硅（SiC）制造的功率半導(dǎo)體目前作為未來(lái)新增長(zhǎng)的產(chǎn)品來(lái)源。與由常規(guī)硅制成的半導(dǎo)體產(chǎn)品相比，它們被認(rèn)為是破壞性的市場(chǎng)破壞者，因?yàn)樗鼈兏欤鼜?qiáng)大且更有效。由于對(duì)混合動(dòng)力和電動(dòng)汽車以及再生發(fā)電和某些工業(yè)應(yīng)用的需求不斷增長(zhǎng)，SiC及其姊妹技術(shù)氮化鎵（GaN）技術(shù)將在未來(lái)幾年內(nèi)占據(jù)主導(dǎo)地位。

結(jié)論

作為更大的物聯(lián)網(wǎng)的一部分 - 也被稱為萬(wàn)物互聯(lián) - 工業(yè)4.0具有巨大的潛力。在接下來(lái)的幾十年里，市場(chǎng)價(jià)值預(yù)計(jì)將在數(shù)萬(wàn)億的范圍內(nèi)。任何能夠在工業(yè)4.0的幫助下提高生產(chǎn)力的東西都會(huì)對(duì)各種規(guī)模的公司產(chǎn)生濃厚的興趣。

要充分發(fā)揮物聯(lián)網(wǎng)市場(chǎng)的全部潛力，需要的不僅僅是硬件。它需要一個(gè)硬件，軟件和服務(wù)的生態(tài)系統(tǒng)。在這種新環(huán)境中，鼓勵(lì)小型敏捷公司與大公司合作并開(kāi)展合作。

然而，半導(dǎo)體制造商不應(yīng)忽視超越當(dāng)前趨勢(shì)的發(fā)展以及圍繞工業(yè)4.0的嗡嗡聲。還有一些傳統(tǒng)上屬于一個(gè)市場(chǎng)的技術(shù)，但最終也會(huì)影響其他市場(chǎng);例如，5G。傳統(tǒng)上，5G是移動(dòng)設(shè)備和基礎(chǔ)設(shè)施的通信技術(shù)。但在未來(lái)，推動(dòng)5G需求的市場(chǎng)之一是汽車市場(chǎng)。與其他系統(tǒng)的通信對(duì)于自動(dòng)駕駛尤為重要。每輛車都成為復(fù)雜生態(tài)系統(tǒng)的一部分，通信在其中起著關(guān)鍵作用。除了汽車之間的數(shù)據(jù)交換，該生態(tài)系統(tǒng)還包括路邊基礎(chǔ)設(shè)施，5G網(wǎng)絡(luò)和大型數(shù)據(jù)中心。此外，車輛依賴于諸如照相機(jī)或激光雷達(dá)和雷達(dá)技術(shù)之類的傳感器來(lái)獲取關(guān)于其環(huán)境的必要信息。整個(gè)通信系統(tǒng)必須協(xié)同工作。鑒于自動(dòng)駕駛中需要處理的大量數(shù)據(jù)具有更高的速度，更低的延遲和超強(qiáng)的可靠性，5G似乎是目前最有前途的通信標(biāo)準(zhǔn)。

總之，工業(yè)4.0，向智能工廠的轉(zhuǎn)型及其所需的技術(shù)為半導(dǎo)體制造商及其公司的成功提供了巨大的潛力