為您揭秘如何構(gòu)建智慧工廠

現(xiàn)如今, 信息化浪潮席卷全球，信息通信技術(shù)與制造技術(shù)、新能源技術(shù)等交叉融合，人類社會正在進入萬物互聯(lián)、虛實結(jié)合、智能計算、開放共享的新時代。不久前，e星球發(fā)布了2019年的未來汽車、智慧工廠、+AI、IoT+、首發(fā)基地與中國力量這6大關(guān)鍵詞，其中，智慧工廠是制造業(yè)創(chuàng)新驅(qū)動發(fā)展的主戰(zhàn)場，以智慧工廠為最終目標的傳統(tǒng)工廠新一輪產(chǎn)業(yè)革命是扭轉(zhuǎn)制造業(yè)低質(zhì)低效，實現(xiàn)新舊動能轉(zhuǎn)換的關(guān)鍵所在，正如猛虎之勢席卷全球。

從狹義上看，智慧工廠是移動通信網(wǎng)絡、數(shù)據(jù)傳感監(jiān)測、信息交互集成、高級人工智能等相關(guān)技術(shù)、產(chǎn)品及系統(tǒng)在工廠層面的具體應用，以實現(xiàn)生產(chǎn)系統(tǒng)的數(shù)字化、網(wǎng)絡化、智能化、柔性化和綠色化。從廣義上看，智能工廠是以制造為基礎，向產(chǎn)業(yè)鏈上下游同步延伸，涵蓋了產(chǎn)品全生命周期智能化實施與實現(xiàn)的組織載體。作為智能制造重要的實踐領域，如何加快邁入智慧工廠全新模式已引起了制造企業(yè)的與電子IC大廠的廣泛關(guān)注。

智能化改造第一步：如何采集生產(chǎn)數(shù)據(jù)？

相較傳統(tǒng)工廠，智慧工廠可以實現(xiàn)跨設備的數(shù)據(jù)收集和分析，更加靈活高效地生產(chǎn)出低價高質(zhì)的商品，這將反饋提高生產(chǎn)效率、轉(zhuǎn)變經(jīng)濟發(fā)展模式、促進工業(yè)增長，最終提升企業(yè)和地區(qū)的競爭力。因此，對工廠內(nèi)部的生產(chǎn)數(shù)據(jù)、人員數(shù)據(jù)、設備數(shù)據(jù)等進行實時監(jiān)控并采集，存儲于數(shù)據(jù)庫中，通過圖表或報表的樣式進行展現(xiàn)，以分析和優(yōu)化生產(chǎn)工藝流程，是實現(xiàn)傳統(tǒng)工廠智能化改造的第一步，也是現(xiàn)場生產(chǎn)執(zhí)行層與管理層之間的信息紐帶，能夠?qū)崿F(xiàn)異常數(shù)據(jù)實時反饋、管理推送可視化、現(xiàn)場監(jiān)控遠程化、過程管控集成實時化，最終實現(xiàn)工廠的數(shù)字化管控。

全球傳感器行業(yè)巨頭博世（2019年慕尼黑上海電子展，展位號：E4.4500）便致力于通過各種傳感器讓任意設備成為數(shù)據(jù)采集、生產(chǎn)的工具。據(jù)博世集團董事會成員 Markus Heyn博士近日在CES 2019上透露，利用其自有的物聯(lián)網(wǎng)云平臺，博世已經(jīng)開展和實施了 270 多個物聯(lián)網(wǎng)項目，涵蓋包括智慧工廠、智慧城市等多個領域。目前，博世的物聯(lián)網(wǎng)套件已經(jīng)實現(xiàn)了與 850 萬個傳感器和設備的互聯(lián)互通，這一數(shù)字較去年增長近 40%。

同樣在工業(yè)制造領域，艾邁斯（2019年慕尼黑上海電子展，展位號：E4.4524）傳感器可用于廣泛的成像技術(shù)部署，實現(xiàn)更小的外形尺寸以及更高的光學性能，新的CSK14K面陣掃描傳感器可以提供更出色的圖像質(zhì)量和更高的吞吐量，讓機器視覺設備在物體以更高速度在產(chǎn)線移動的時候能夠抓取到更清晰、更準確的圖像。此外，艾邁斯的智慧工廠解決方案還可推動工廠自動化增強現(xiàn)實，使人機連接更具活力，讓機器人應用更加安全和智能。

艾邁斯半導體在德國慕尼黑電子展上進行演示

不難看出，信息化和數(shù)字化是當前制造升級的核心標志和主要途徑。以智能傳感為起點，大量設備互聯(lián)產(chǎn)生的數(shù)據(jù)從多方位改變著我們對制造內(nèi)涵的認知，并引發(fā)對生產(chǎn)流程和技術(shù)服務的再思考。同樣作為領先的工業(yè)傳感器制造商之一，倍加福（2019年慕尼黑上海電子生產(chǎn)設備展，展位號：E1.1556）推出的“SmartBridge智慧橋梁”的概念，是在“工業(yè)4.0”的道路上邁出的堅實的第一步。它的作用是將傳感器直接通過無線形式連接到智能手機或平板電腦上，與此同時，傳統(tǒng)的信號輸出不受任何影響，可直接被控制系統(tǒng)采集。通過該連接，就能達到對傳感器設備的在線管理, 如獲取設備診斷信息，調(diào)試信息以及故障探測。借助雙向確認的鏈接形式，藍牙技術(shù)不易受任何安全漏洞的威脅，病毒無法通過其在傳感器及控制端之間傳輸。

應用于IO-Link設備的SmartBridge技術(shù)，圖片來源：倍加福

傳統(tǒng)工廠變革智慧工廠的關(guān)鍵：設備間的互聯(lián)互通

在各設備都擁有了數(shù)據(jù)采集與簡單的自主決策能力外，網(wǎng)絡化則是邁入智慧工廠下一階段的關(guān)鍵步驟，因為工業(yè)4.0的本質(zhì)就是實現(xiàn)機器間的相互連接，網(wǎng)絡通信在智慧工廠中發(fā)揮著至關(guān)重要的作用，不同的廠商也相繼推出各自的解決方案。

先進嵌入式系統(tǒng)解決方案的領導者賽普拉斯（2019年慕尼黑上海電子展智慧工廠科技園）近日宣布與 Semtech 公司合作，助力 Onethinx 公司開發(fā)出了基于LoRaWAN的小型雙芯片模組。這款高度集成的Onethinx 模組整合多個傳感器，能夠在復雜的射頻環(huán)境下工作，因此可以完美用于各類智慧工廠與智慧城市應用。該模組整合了賽普拉斯PSoC 6 MCU中的硬件安全單元，以及Semtech的LoRa 器件和無線射頻技術(shù)，擁有多層安全架構(gòu)，能夠?qū)崿F(xiàn)對信任錨的隔離，以嚴格保護設備到云端的連接。此外，PSoC6 MCU 集成了低能耗藍牙（BLE）連接，可以提供簡單、低功耗的帶外（out-of-band）控制通道。

使用Cypress PSoC 6和Semtech LoRaWAN 的 Onethinx 模組 圖片來源：Cypress

全球模擬芯片巨頭ADI（2019年慕尼黑上海電子展智慧工廠科技園）則認為，要實現(xiàn)智能工廠轉(zhuǎn)型，必須提供智能和節(jié)能產(chǎn)品，或者說完全自主的系統(tǒng)，它們可以很簡單地集成到現(xiàn)有生產(chǎn)結(jié)構(gòu)中（例如即插即用），這些系統(tǒng)由各種半導體器件和傳感器組成，并與模擬和數(shù)字信號處理IC相結(jié)合。價值鏈從這些器件開始：首先，傳感器負責從真實的物理世界收集數(shù)據(jù)，之后將它們轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號，再在數(shù)字領域中進行處理。隨著價值鏈的發(fā)展，市場需求將改變。這就是為什么半導體制造商必須將自己的企業(yè)和產(chǎn)品適應智能工廠的現(xiàn)實原因。技術(shù)趨勢正朝著智能節(jié)能產(chǎn)品以及集成安全安保功能和能源采集能力方向發(fā)展。

ADI 致力于幫助客戶向工業(yè) 4.0 過渡的領域，圖片來源：ADI

下圖顯示了一個器件或者說一個完整的系統(tǒng)，其中以ADI公司基于MEMS的加速度計ADXL356為例。ADXL356是構(gòu)成一個系統(tǒng)的基礎，并且可以通過其他功能實現(xiàn)擴展：利用模數(shù)轉(zhuǎn)換器、微控制器以及各種模擬、數(shù)字（部分隔離）或無線接口集成信號處理，支持以太網(wǎng)、6LpoWPAN或ADRadioNet等通信標準。ADRadioNet是由ADI公司開發(fā)的通信標準，其特點是采用無線自愈式多跳頻的通信協(xié)議，具有高擴展性，且內(nèi)存消耗低。此外，它還集成加密方法（例如AES-128和AES-256）可阻止可能的網(wǎng)絡攻擊，提高了安全性。最后但同樣重要的是，功能安全在這些系統(tǒng)的開發(fā)過程中起著重要作用，因為這對智能工廠而言也非常重要。

ADI眼中的智能工廠信號鏈，圖片來源：ADI

此外，在現(xiàn)代的工業(yè)生產(chǎn)中，由于大型企業(yè)普遍存在著生產(chǎn)設備設施部署離散、各個生產(chǎn)檢測點實時監(jiān)測難且存在安全隱患的情況。在沒有一個統(tǒng)一中心的情況下，如何實施有效的監(jiān)測確保安全生產(chǎn)呢？對此，霍尼韋爾（2019年慕尼黑上海電子展，展位號：E4.4559）就提出了一個“智慧互聯(lián)”的整體解決方案，以氣體檢測為例，霍尼韋爾利用華為先進的eLTE無線網(wǎng)絡，為整個廠區(qū)打造一個無縫信號覆蓋，使它成為了一個完整的大區(qū)域；在設備離散、無中心的情況下，以此實現(xiàn)大區(qū)域內(nèi)的業(yè)務協(xié)作和通信系統(tǒng)建設。其次，基于華為專為霍尼韋爾設計的一款芯片，霍尼韋爾將成為全球首家連入華為eLTE網(wǎng)絡的氣體檢測設備生產(chǎn)商。利用先進的便攜式氣體檢測設備及其他輕量級設備，接入?yún)^(qū)域內(nèi)的eLTE網(wǎng)絡，將廠區(qū)內(nèi)需監(jiān)測的視頻、音頻或者氣體及其他需檢測的各項信息通過網(wǎng)絡實現(xiàn)實時回傳。最終實現(xiàn)全區(qū)域、遠距離、大范圍的數(shù)據(jù)監(jiān)控及交互。

霍尼韋爾互聯(lián)工業(yè)，圖片來源：霍尼韋爾

在這套整體解決方案中，霍尼韋爾通過eLTE無線網(wǎng)絡采用標準協(xié)議與企業(yè)現(xiàn)有應用平臺進行對接，在授權(quán)與非授權(quán)頻譜上，融合寬帶窄帶的物聯(lián)方案，將廠區(qū)內(nèi)各個生產(chǎn)環(huán)節(jié)通過數(shù)字化的通信系統(tǒng)、運行系統(tǒng)整合在同一平臺上，以此實現(xiàn)全廠區(qū)的數(shù)據(jù)交互；并利用多種抗干擾技術(shù)保證了企業(yè)的數(shù)據(jù)安全性、可靠性。

可以預見的是，智能制造作為全球工業(yè)行業(yè)蘇醒的至關(guān)點之一，在5G、AI、物聯(lián)網(wǎng)等技術(shù)的快速發(fā)展下，迎來了冬天的第一縷陽光。據(jù)研究機構(gòu)預測，中國智能制造行業(yè)的市場規(guī)模2019年也將突破19,000億元。在此大背景下，2019年慕尼黑上海電子展特別打造“智慧工廠科技園”，匯集上下游解決方案提供商，以專業(yè)的視角，全面呈現(xiàn)Digital Twin、AI+等智慧工廠技術(shù)亮點，加速中國制造智能化轉(zhuǎn)型。點擊閱讀原文，完成展會預登記，屆時直接入園參觀。