智能化催生工業(yè)4.0 智能工廠勢頭俏

　　繼蒸汽機的面世、工業(yè)生產(chǎn)大規(guī)模化和工業(yè)自動化之后，隨著物聯(lián)網(wǎng)和智能制造的逐步成型，“工業(yè)4.0”時代正悄然來襲?！肮I(yè)4.0”項目主要分為兩大主題，一是“智能工廠”，重點研究智能化生產(chǎn)系統(tǒng)及過程，以及網(wǎng)絡化分布式生產(chǎn)設施的實現(xiàn)；二是“智能生產(chǎn)”，主要涉及整個企業(yè)的生產(chǎn)物流管理、人機互動以及3D技術在工業(yè)生產(chǎn)過程中的應用等。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時代下的發(fā)展趨勢及深藏于其背后的巨大商機。

　　智能化工廠是部分國家實現(xiàn)高度自動化生產(chǎn)之后，提出的新概念，它的理念優(yōu)勢在于推動工業(yè)生產(chǎn)智能化，從而實現(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)絡化分布式生產(chǎn)設施的實現(xiàn)、生產(chǎn)物流管理、人機互動、新技術的使用以及使用嵌入式傳感器來監(jiān)測有關的環(huán)境參數(shù)和生產(chǎn)等都需要智能化設備的支持。

　　智能工廠前景可期 FPGA成攻城利器

　　
圖 賽靈思ISM市場營銷經(jīng)理林逸芳表示，智能化工廠與智能化自動產(chǎn)線是兩個由科技帶動發(fā)展的未來趨勢。

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

　　賽靈思的元件廣泛應用于許多市場與應用，其中工業(yè)市場更是我們非常重要的市場，尤其是賽靈思的Zynq系列產(chǎn)品。 工業(yè)市場的客戶對產(chǎn)品的可靠性、靈活性與整合度很看重，尤其完成現(xiàn)場部署后，產(chǎn)品靈活的升級功能，而且可以隨著適應各種通訊協(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器設備。為此，工廠得為機器提供更大的空間，因其移動的范圍可能都會為整個生產(chǎn)線帶來顯著的變化。而當產(chǎn)品愈多，安全籠就顯得限制過多，無法適應機器的移動范圍。

　　FPGA在智能化工廠領域的成長非常值得期待。由于感應器輸入資料量增加，以及監(jiān)控系統(tǒng)日益復雜，簡單的軟件再也無法解決效能上所面臨的挑戰(zhàn)，許多應用因此產(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)是即時運算的效能不足；而Zynq系列產(chǎn)品則能同時滿足這兩方面的要求，在單一芯片中整合了軟件和硬件，為智能化工廠的設計提供極大的靈活度。

　　與此同時，為確保工人的安全，同時避免制約自動化工廠生產(chǎn)線的活動范圍，愈來愈多企業(yè)開始使用賽靈思Smarter Vision技術建立一個安全系統(tǒng)。有人預測在未來的10年內(nèi)，Smarter Vision技術將被大幅運用在汽車、工廠自動化、醫(yī)療、監(jiān)控、消費類、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)線的運作牽涉極為復雜的邏輯設計，并受限于過高的運轉(zhuǎn)成本、設計的運算限制與網(wǎng)絡頻寬，而擁有高效能的FPGA最能滿足這類的需求。在工業(yè)自動化領域中，一個靈活性高的平臺可以快速整合與控管各種生產(chǎn)技術，進而大幅提升整整生產(chǎn)力。林逸芳強調(diào)，通過FPGA，工程師可以建構一個高靈活性的基礎建設，并賦予系統(tǒng)許多功能，包括打造一個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。

　　模擬整合引領工廠整合之巔 Maxim公司脫穎而出

　　圖 Maxim公司終端應用市場經(jīng)理John Mossman認為，Maxim一直秉持模擬整合，正由此推動工廠整合產(chǎn)線的建設和發(fā)展。

　　FPGA已然成為攻取智能工廠灘頭陣地的堅船利炮，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：提高機器智能化程度，實現(xiàn)機器之間（M2M）的通信和生產(chǎn)線自主化，而不僅僅是機器自主化。自主生產(chǎn)線通過以太網(wǎng)進一步將通信整合至工廠高層架構，進而實現(xiàn)物聯(lián)網(wǎng)（IoT）以及工廠控制系統(tǒng)與業(yè)務系統(tǒng)或IT的整合。

　　當然，以太網(wǎng)加速導入工廠網(wǎng)絡中，網(wǎng)絡遭受攻擊的風險也大為增加了。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，并在金融終端和自動取款器（ATM）等領域經(jīng)過廣泛驗證。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)設備間的通信提供安全保護。

　　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)市場的新技術，其中包括：數(shù)字輸入串行器；數(shù)字輸出驅(qū)動器；低功耗、高效率、高壓buck轉(zhuǎn)換器；極低功耗、超高性能ADC和DAC；以及其它先進技術。利用這些功能模塊，如電源、通信、模擬信號處理和數(shù)字信號處理等，研發(fā)出多款子系統(tǒng)參考設計，有效幫助客戶從尋找兼容器件以實現(xiàn)最優(yōu)性能的繁重工作中解放出來。

　　鑒于智能工廠對IC的特殊需求，用于智能工廠的IC必備的關鍵特性包括：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/可編程自動控制器）、智能傳感器和現(xiàn)場儀表是Maxim重點關注的領域。

　　展望未來 智能工廠商機時不我待

　　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)工廠相比將會智能很多。這一智能將通過使用微型化處理器、存儲裝置、傳感器和發(fā)送器來實現(xiàn)，這些裝置將被嵌入至幾乎所有可想象的機器、 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一段路要走，然而這絲毫不會影響到未來智能化的趨勢方向。當然，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注的議題。若能掌握這些關鍵優(yōu)勢，就能在競爭激烈的市場中把握重要商機。

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