實(shí)時(shí)控制、安全和安保技術(shù)對未來工廠技術(shù)創(chuàng)新的推動(dòng)作用

Brendan O’Dowd ADI公司工業(yè)自動(dòng)化事業(yè)部總經(jīng)理

經(jīng)濟(jì)的普遍繁榮、傳感器的普及與無處不在的云連接已開始形成合力，共同加速推動(dòng)工廠系統(tǒng)和設(shè)備的變革步伐。

面對強(qiáng)大的經(jīng)濟(jì)和技術(shù)力量，工廠的運(yùn)作方式也正在快速變化。在這個(gè)瞬息萬變的環(huán)境中，善于應(yīng)變的工廠設(shè)備制造商將取得蓬勃發(fā)展，因?yàn)樗麄兡荛_發(fā)出聯(lián)網(wǎng)和智能化水平不斷提高的系統(tǒng)，增進(jìn)工廠的靈活性和安全性，并在擴(kuò)大聯(lián)網(wǎng)范圍的同時(shí)，繼續(xù)為整個(gè)體系提供安全保障。自動(dòng)化系統(tǒng)和自主式系統(tǒng)的廣泛使用將降低工廠對重復(fù)性勞動(dòng)或復(fù)雜人工操作的依賴性。

半導(dǎo)體將成為新一代工業(yè)自動(dòng)化設(shè)備的核心，提供必要的處理、控制和檢測功能，確保這些設(shè)備能在聯(lián)網(wǎng)環(huán)境中有效地運(yùn)行。

ADI公司始終在模擬和數(shù)字世界的交匯處茁壯成長，對新型工廠自動(dòng)化設(shè)備的技術(shù)變革需求有著切身的認(rèn)識(shí)。憑借在檢測、信號(hào)調(diào)理、數(shù)字信號(hào)處理、有線和無線連接以及軟件領(lǐng)域的深厚專業(yè)知識(shí)，ADI公司能夠有效地解決工業(yè)客戶面臨的挑戰(zhàn)，能開發(fā)出面向應(yīng)用的解決方案，縮短OEM制造商產(chǎn)品的上市時(shí)間。ADI的目標(biāo)是幫助客戶通過技術(shù)進(jìn)行創(chuàng)新，為未來的發(fā)展做好準(zhǔn)備，同時(shí)通過保障工業(yè)零部件的長期供貨，為傳統(tǒng)系統(tǒng)提供持續(xù)性的支持。

未來將帶來深層次的顛覆性變化，這一切均源于一個(gè)廣受歡迎的趨勢：全球的普遍繁榮。

全球經(jīng)濟(jì)的普遍繁榮

本世紀(jì)，在傳統(tǒng)上被視為發(fā)展中國家的部分地區(qū)的可支配收入顯著增長。結(jié)果，全球?qū)χ瞥善返男枨蟛粩嘣鲩L，迫使制造商擴(kuò)大生產(chǎn)，同時(shí)提供越來越多樣化的產(chǎn)品配置，以滿足地區(qū)和國家需求的變化。

與此同時(shí)，全球經(jīng)濟(jì)繁榮的增長正在減少廉價(jià)的、非熟練體力勞動(dòng)力的供應(yīng)量。在過去30年中，制造商通過將生產(chǎn)外包到中國等低成本地區(qū)而獲得的一次性紅利逐漸消失，因?yàn)檫@些地區(qū)的工資水平上漲；如今，受過良好教育的勞動(dòng)力逐漸失去對低薪重復(fù)性體力勞動(dòng)的興趣。未來，制造商將通過部署自動(dòng)化技術(shù)而非轉(zhuǎn)向新的低成本地點(diǎn)來提高競爭力。

智能互聯(lián)工廠

新的技術(shù)能力也有助于制造商從對工廠自動(dòng)化設(shè)備的投入中獲得額外的價(jià)值。

微型高性能半導(dǎo)體傳感器的普及以及無處不在的聯(lián)網(wǎng)設(shè)備產(chǎn)生了大量的機(jī)器和工藝特性數(shù)據(jù)?，F(xiàn)在，數(shù)據(jù)分析技術(shù)在豐富的新型應(yīng)用中表現(xiàn)出前所未有的潛力，如設(shè)備健康監(jiān)測、預(yù)防性維護(hù)等。與此同時(shí)，可編程硬件和軟件定義電子功能的普遍應(yīng)用為工廠流程和工具的快速再配置創(chuàng)造了可能。

由此可見，未來的工廠將更加敏捷，能更及時(shí)地響應(yīng)需求，自動(dòng)化程度會(huì)進(jìn)一步提高，可靠性也可隨之增加。其對操作員的需求將會(huì)減少，因計(jì)劃外維護(hù)造成的停機(jī)事件也會(huì)減少。那么，模擬和數(shù)字半導(dǎo)體領(lǐng)域有哪些技術(shù)將為實(shí)現(xiàn)這種新的工廠自動(dòng)化模式創(chuàng)造可能呢？

傳感器——設(shè)備健康監(jiān)測的關(guān)鍵

MEMS傳感器技術(shù)為新型傳感器的開發(fā)提供了可能，此類傳感器體積小巧、性能可靠且能精確測量振動(dòng)和運(yùn)動(dòng)。例如，低噪聲、寬帶寬加速度計(jì)具有超高的精度和準(zhǔn)確度，能識(shí)別機(jī)器振動(dòng)特征的細(xì)微變化。與傳感器分析軟件相結(jié)合，這些器件能幫助設(shè)備操作員在發(fā)生故障之前，提前確定潛在故障的來源，及時(shí)采取預(yù)防性維護(hù)措施。

作為一種應(yīng)用，設(shè)備健康監(jiān)測并不局限于傳統(tǒng)工廠環(huán)境。移動(dòng)或遠(yuǎn)程工業(yè)設(shè)備可以使用無線連接來向中央控制器報(bào)告診斷信息和運(yùn)行狀態(tài)。使用電池供電或間歇性電源（如太陽能），這類應(yīng)用需要超低功耗的傳感解決方案。

高速工廠車間連接解決方案

隨著工廠和加工廠里傳感器的快速增多，結(jié)果會(huì)產(chǎn)生海量的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)。傳感器節(jié)點(diǎn)與PLC之間的傳統(tǒng)通信協(xié)議（如4 mA至20 mA控制回路）將讓位于各種版本的超高速以太網(wǎng)協(xié)議，為工廠操作技術(shù)(OT)基礎(chǔ)設(shè)施與企業(yè)信息技術(shù)(IT)基礎(chǔ)設(shè)施的高度集成創(chuàng)造條件。

為了滿足工廠對高速數(shù)據(jù)傳輸?shù)倪@一新需求，OEM制造商需要部署具有未來升級能力的系統(tǒng)，這類系統(tǒng)不僅能支持當(dāng)前使用的工業(yè)以太網(wǎng)協(xié)議，還能支持新興的以太網(wǎng)變體--時(shí)間敏感網(wǎng)絡(luò)(TSN)，它很可能成為實(shí)時(shí)工業(yè)通信的有線聯(lián)網(wǎng)技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)。為了支持這種轉(zhuǎn)變，ADI推出了一個(gè)以太網(wǎng)平臺(tái)，使系統(tǒng)能從一種以太網(wǎng)協(xié)議切換到另一種以太網(wǎng)協(xié)議，而無需重新設(shè)計(jì)硬件。

在物理布線難以到達(dá)的位置連接傳感器節(jié)點(diǎn)也需要性能可靠的無線傳感器網(wǎng)絡(luò)技術(shù)。面向要求苛刻的物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用的SmartMesh?、WirelessHART等無線網(wǎng)絡(luò)技術(shù)，為工業(yè)自動(dòng)化設(shè)備提供了一種有效的高性能無線連接方式。

自主式機(jī)器安全系統(tǒng)

自動(dòng)駕駛汽車和協(xié)作機(jī)器人為擴(kuò)大自動(dòng)化技術(shù)在工廠和倉庫中的應(yīng)用提供了巨大的空間。工業(yè)界面臨的挑戰(zhàn)是如何確保安全性，保證自主式機(jī)器具有全面的環(huán)境感知能力。先進(jìn)的雷達(dá)和激光雷達(dá)技術(shù)提高了物體和近距檢測以及3D繪圖應(yīng)用的準(zhǔn)確度和精度標(biāo)準(zhǔn)。

保護(hù)工廠免受網(wǎng)絡(luò)攻擊

隨著聯(lián)網(wǎng)設(shè)備的增加，黑客為勒索工廠運(yùn)營方而實(shí)施攻擊的風(fēng)險(xiǎn)，以及背后由國家支持、以破壞高價(jià)值工業(yè)系統(tǒng)為目的的攻擊者實(shí)施攻擊的風(fēng)險(xiǎn)都會(huì)增大。

隨著工廠運(yùn)營方將越來越多的節(jié)點(diǎn)接入云端，他們實(shí)際上為黑客開辟了新的攻擊入口?；诎雽?dǎo)體的連接系統(tǒng)需要部署針對嵌入式系統(tǒng)優(yōu)化的強(qiáng)大安保機(jī)制。ADI公司正在開發(fā)新的解決方案，以應(yīng)對工業(yè)系統(tǒng)面臨的新型安全威脅，從而為客戶的工業(yè)基礎(chǔ)設(shè)施提供未來適應(yīng)能力。

可配置的生產(chǎn)流程

未來的工廠必須能快速適應(yīng)新的需求和新的工作流程；關(guān)鍵在于從架構(gòu)層將靈活性構(gòu)建到工業(yè)自動(dòng)化技術(shù)產(chǎn)品中?？梢詽M足這種靈活性需求的一種辦法是軟件定義I/O，該解決方法可以在不改變布線的情況下，配置為模擬或數(shù)字、輸入或輸出。

為推動(dòng)當(dāng)今技術(shù)的發(fā)展，ADI公司已推出強(qiáng)大而靈活的工業(yè)輸出解決方案，可通過軟件全面配置模擬輸出，并且支持各種工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)。

集成模擬、數(shù)字和軟件

工業(yè)自動(dòng)化設(shè)備的開發(fā)和生產(chǎn)正在發(fā)展成為高科技含量不斷提高的事業(yè)，需要滿足最終用戶對更高吞吐量、更高可配置能力、更高操作安全性和更高云集成度的需求。與此同時(shí)，制造商還面臨另外一種壓力，需要以新的、更復(fù)雜的設(shè)計(jì)迅速將產(chǎn)品推向市場。

面對這種需求，ADI公司為客戶推出了一款集成式的產(chǎn)品，可為設(shè)備健康監(jiān)測、高速連接、安全、安保系統(tǒng)等多種應(yīng)用提供以市場為導(dǎo)向的解決方案。該產(chǎn)品將模擬、混合信號(hào)和數(shù)字組件與固件及軟件相結(jié)合，解決客戶面臨的最緊迫的開發(fā)問題，使客戶能夠快速有效地應(yīng)對當(dāng)前和未來日益嚴(yán)峻的技術(shù)和經(jīng)濟(jì)挑戰(zhàn)。

作者簡介

Brendan O’Dowd擁有30多年的工業(yè)行業(yè)經(jīng)驗(yàn)，他曾就職于Tellabs、Apple和ADI公司。他目前是ADI公司工業(yè)自動(dòng)化事業(yè)部的總經(jīng)理。聯(lián)系方式：brendan.odowd@analog.com。