眾廠商談智能制造的技術市場動向

傳感器和分布式計算迅速增長

　　據Gartner，物聯(lián)網(IoT)是2015最熱門的技術。與此相關的話題大多聚焦在消費類應用，如智能家居、車聯(lián)網和消費類可穿戴應用(如腕帶運動追蹤器)。然而，物聯(lián)網的工業(yè)分支(也稱作智能制造業(yè))對于商業(yè)和社會經濟層面的潛在影響將最終超越消費類應用。智能制造業(yè)的變革將改變眾多產業(yè)，包括制造業(yè)、油氣行業(yè)、農業(yè)、礦業(yè)、運輸及保健行業(yè)。上述產業(yè)的總和占到世界經濟總量的近三分之二。

　　智能制造的本質意味著收集并利用機器和傳感器生成的大量數(shù)據，以優(yōu)化生產運營。這將影響眾多系統(tǒng)設計，包括工廠車間的設備(系統(tǒng))、通信集線器和控制器本身的設計。

　　智能制造趨勢

　　智能傳感器、分布式控制和復雜的安全軟件是智能制造業(yè)不可或缺的因素。Maxim Integrated的芯片適用于諸多自動化系統(tǒng)和傳感器，因而我們對于自動化系統(tǒng)架構的演進如何支持工業(yè)IoT有獨特的理解。

　　制造業(yè)系統(tǒng)發(fā)展的關鍵趨勢是傳感器和分布式計算的迅速增長。

　　? 普適測量。傳感器及其接口的成本持續(xù)降低，使得制造商能夠對更多變量和數(shù)據類型進行追蹤。

　　? 分布式控制。將過程控制器(可編程邏輯控制器，PLC)移近至被控機器，打破控制瓶頸，提高生產吞吐率和靈活性。

　　智能制造業(yè)正在經歷工廠自動化傳感器領域數(shù)字IO-Link標準的爆發(fā)性增長。IO-Link協(xié)議是第一個開放的、低成本、點對點串行通信標準，基于全球標準化I/O技術(IEC 61131-9)。該協(xié)議適用于任何位置的PLC和傳感器以及/或執(zhí)行器之間的通信。

　　這種功能強大的點對點協(xié)議基于成熟的3線連接。理解IO-Link通信的最好方式是將其理解成傳感器領域的USB——非常容易使用和部署，并且能夠提供來自于智能傳感器的智能數(shù)據。

　　Maxim的技術能夠助力上述新型系統(tǒng)的發(fā)展。圖1所示的傳感器是Maxim認為迄今業(yè)界最小的IO-Link環(huán)境光傳感器，可以讀取顏色值并通過IO-Link連接發(fā)送信息。整個系統(tǒng)只有回形針大小。

　　另外一個重要趨勢是這些外型日益縮小的工業(yè)自動化設備中的電源系統(tǒng)設計必須具備超高效率，因為系統(tǒng)無法承受額外的散熱。

　　Maxim憑借先進的工藝技術和創(chuàng)新設計提供品類眾多的電源調節(jié)器，可實現(xiàn)超高電源轉換效率(寬負載電流范圍內高于90%)。這些器件集成眾多分立元件，如FET、肖特基二極管等，提供超小占位面積的封裝。我們認為我們具備品類全面的同步電壓調節(jié)器——這類器件在工業(yè)系統(tǒng)中幾乎無所不在——在50mA至5A負載電流范圍內實現(xiàn)高于90%的效率。

機器人及智能制造對元件需求提升

　　中國的智能制造開始出現(xiàn)大規(guī)模擴張態(tài)勢。這一發(fā)展形勢的推動因素包括自動化制造的持續(xù)發(fā)展，其中包括為這一發(fā)展提供支持的零配件以及電子制造的大規(guī)模生態(tài)系統(tǒng)。同時，人工成本持續(xù)攀升，這也推動了自動化生產的需求，尤其是對機器人生產的需求。

　　據國際機器人聯(lián)合會(IFR)預計，2018年全球所安裝的工業(yè)機器人中，中國將占有1/3。最新數(shù)據顯示，2014年工業(yè)機器人的銷售已飆升至大約57,000臺——上升了56%。

　　中國的機器人行業(yè)還將在中國政府發(fā)起的新一輪競爭攻勢“中國制造2025”中實現(xiàn)更多發(fā)展，獲益良多。據IFR預測，中國的工業(yè)機器人銷售數(shù)字有望繼續(xù)飆升，到2018年將總計達到大約15萬臺。

　　莫仕(Molex)提供的眾多連接解決方案可以應用到機器人領域，但尤其值得關注的是Flamar定制電纜。該款產品性能好，韌性強，多芯布線，經久耐用，適用于傳感器、測量、控制、機器人以及機器驅動。傳感器電纜可支持重量、溫度、壓力、流動狀態(tài)、液位、振動及位移方面的測量。

　　另外，智能制造通過部署“智能”設備，使靈活且自我設置的無線“網眼式”網絡實現(xiàn)靈活移動、微型化及網絡化管理，從而實現(xiàn)最優(yōu)生產效率。對于這類工業(yè)自動化，Molex提供了一系列標準天線。目前的Molex標準天線系列適用于通過ISM和蜂窩頻段實現(xiàn)機器-對-機器(M2M)溝通，同時也適用于Wi-Fi各種應用。

工業(yè)大數(shù)據的未來： 從智能終端設備到企業(yè)系統(tǒng)

　　隨著傳感和網絡連接技術的普及，在系統(tǒng)中添加測量功能從未如此簡單和經濟。在這個工程和測量數(shù)據爆炸的時代，如果企業(yè)沒有制定穩(wěn)妥的數(shù)據管理戰(zhàn)略，幾年后他們將無法有效應對和管理所有的數(shù)據。因此，一流的測量和分析解決方案必須具備兩個基本功能：1.終端分析，2.智能企業(yè)管理和分析。

　　將測量分析推向智能終端

　　過去十年來，數(shù)據采集設備和傳感器的智能功能快速增加，而且變得更加分散，處理元件也放置在更靠近傳感器的位置。如果看一下ARM、Intel和Xilinx等公司的最新芯片和IP所集成的采集系統(tǒng)和節(jié)點就可以充分證明這一點。但是除了測量設備更加智能之外，傳感器同樣也日益智能化，智能傳感器將傳感器、信號調理、嵌入式處理器和數(shù)字接口/總線集成到一個極其小巧的封裝或系統(tǒng)中。

　　鑒于這一趨勢，現(xiàn)在許多應用都強調了邊緣設備的智能化和高級信號處理。在資產監(jiān)控應用中，傳統(tǒng)的測量系統(tǒng)將每個數(shù)據點記錄到磁盤上，即使所測量的物理現(xiàn)象沒有發(fā)生任何實質性的行為。這將導致所部署的系統(tǒng)會產生數(shù)千兆字節(jié)甚至數(shù)萬億字節(jié)的數(shù)據需要進行分析和線下篩選。

　　由于處理在更加靠近傳感器的位置進行，測量系統(tǒng)軟件必須有助于在邊緣設備上高效地進行分析。未來基于終端的系統(tǒng)軟件需要能夠快速配置和管理成千上萬個聯(lián)網的測量設備，并在這些節(jié)點上進行大量分析和信號處理。展望未來，企業(yè)必須過渡到更加智能且基于軟件的測量節(jié)點，才能跟上模擬數(shù)據爆炸式增長的速度。

　　更智能的企業(yè)管理和分析

　　采集智能系統(tǒng)的數(shù)據后，下一個步驟就是將數(shù)據傳送到企業(yè)系統(tǒng)來有效地管理和整合數(shù)據以及進行大規(guī)模分析。一個來源于多工程數(shù)據的企業(yè)數(shù)據管理和分析解決方案將有助于正確的人員在正確的時間獲得正確的數(shù)據，從而做出正確的決策。其中兩個主要的考量因素是能否正確地歸檔數(shù)據以及更智能地進行分析。

　　正確地歸檔數(shù)據

　　為了準確地對多個數(shù)據源進行數(shù)據分析，所有數(shù)據集應包含一致的元數(shù)據或描述性信息來解釋測試數(shù)據被保存的原因。元數(shù)據包含的信息包括測試設置、測試結果、測量單位等。據IDC的調查顯示，大多數(shù)公司僅對22%的采集數(shù)據進行文檔記錄，而實際上能夠進行分析的數(shù)據平均只有5%。因此還有許多可能非常重要的數(shù)據沒有被充分利用。重視將元數(shù)據標準化的公司將能夠實現(xiàn)更高程度的數(shù)據分析自動化，從而獲得明顯的競爭優(yōu)勢。

　　但是在開始進行元數(shù)據標準化之前，工程師必須首先在哪些元數(shù)據對分析非常重要這個問題上達成一致。一流的公司通常會有一個項目規(guī)范來定義所采集的元數(shù)據的命名和屬性。應用程序應該在采集時試圖記錄盡可能多的已定義屬性。但是在采集數(shù)據之后，許多公司會通過運行自動檢查和插入缺少的屬性來添加數(shù)據屬性。比如，捷豹路虎對元數(shù)據進行自動化質量檢查，并在一年內開發(fā)和實現(xiàn)了企業(yè)數(shù)據管理解決方案，以前該公司僅能分析10%的數(shù)據，預計接下來這類數(shù)據將可達到驚人的95%。元數(shù)據的一致性使得它們能夠應用一致的自動化分析來匹配已定義的屬性。

　　更智能的分析

　　根據Frost&Sullivan市場調查公司2015年9月對全球測試與測量大數(shù)據分析市場報告指出，如果將大數(shù)據分析應用到測試中，產品開發(fā)成本將可減少近25%，運營成本將可減少近20%，維護成本將可降低50%。由于大模擬數(shù)據是增長最快且數(shù)量最龐大的數(shù)據類型，尋找新的相關性并預測未來行為是保持競爭優(yōu)勢的關鍵。

　　要做到這一點，為了研究、設計和驗證目的而進行測量的公司需要大大優(yōu)化采集和分析邊緣設備數(shù)據的方式，并在企業(yè)內部對數(shù)據進行管理和分析，以確保能夠有效地利用這些數(shù)據來做出正確的決策。他們越早這樣做，就能夠越早利用更精準的數(shù)據獲得更大回報。

　　感言

　　正如惠普企業(yè)超大型主機服務器和物聯(lián)網系統(tǒng)總經理和副總裁Tom Bradicich所說：“物聯(lián)網的智能終端分析和其他工業(yè)解決方案對于解決工業(yè)大數(shù)據問題發(fā)揮著重要的作用。智能測量節(jié)點提供在線數(shù)據分析，從而更快速獲得有意義的結果?，F(xiàn)在是時候通過大數(shù)據獲得更多信息了。”

　　NI分布式工業(yè)大數(shù)據系統(tǒng)

　　大數(shù)據可以分成數(shù)字和模擬數(shù)據兩大類。數(shù)字數(shù)據又可以分成結構化數(shù)據(如來自企業(yè)應用程序的數(shù)據)或非結構化數(shù)據(例如通過Twitter或Facebook等社交媒體產生的數(shù)據)。另一方面，模擬數(shù)據是指工程(由工業(yè)系統(tǒng)產生)和環(huán)境數(shù)據(例如射頻、光和溫度數(shù)據以及自宇宙形成至今產生的數(shù)據)，這類數(shù)據可使用傳感器測量，并使用模數(shù)轉換器來數(shù)字化，以便進一步挖掘和分析。NI產品(CompactDAQ、PXI、CompactRIO和WSN)能夠用于模擬物聯(lián)網/M2M網關，用以采集、匯總和數(shù)字化模擬數(shù)據。此外，NI還推出了InsightCM Enterprise套件，提供了基礎設施/云層的數(shù)據管理和傳輸、數(shù)據分析和系統(tǒng)管理軟件，以便進行大數(shù)據分析和挖掘?？傊?，這些產品形成了強大的平臺來構建用于工業(yè)物聯(lián)網的大“模擬”數(shù)據系統(tǒng)。

為用戶提供專業(yè)的測試設備及系統(tǒng)

　　經過充分的市場調研與經驗積累，泛華在2016年會持續(xù)在裝備保障、自動測試和工程教育三大方向進行投入，衍生出多個系列的產品，這些產品具有鮮明的行業(yè)特征，能夠無縫地滿足行業(yè)用戶需求。產品包括PS TU-9106便攜式測試平臺、電路板測試設備、核能測試平臺、汽車電子測試平臺、嵌入式高強度數(shù)據記錄設備等，這些產品能夠廣泛應用于航空航天、船舶、核能、汽車電子等行業(yè)。

　　具體行業(yè)上，例如汽車電子是泛華十余年一直關注的領域，已經向客戶交付了數(shù)百套成熟穩(wěn)定的測控系統(tǒng)，2016年泛華會繼續(xù)立足于汽車電子測試，持續(xù)推廣以輪速/位置類傳感器測試為代表的成熟系統(tǒng)級產品，提供從傳感器到控制器再到執(zhí)行器測試的各類解決方案，實現(xiàn)高精度與高效率的平衡，為工業(yè)制造4.0添磚加瓦。

參考文獻：

　　[1]葉鐘靈. 迎接4.0第四次工業(yè)革命.電子產品世界,2015,1:3-6

　　[2]王瑩,葉雷.工業(yè)4.0為元器件廠商帶來新機遇.電子產品世界,2015,2/3:7-10

　　[3]Rottmann F,Martin H,Yang Y.工業(yè)4.0-向工業(yè)的未來進發(fā).電子產品世界,2015,2/3:15-17

　　[4]王瑩.工業(yè)機器人的技術市場探析.電子產品世界,2015,10:5-8

　　[5]迎九.用芯片開啟產業(yè)物聯(lián)網的產業(yè)升級.電子產品世界,2015,9:1-2

本文來源于中國科技期刊《電子產品世界》2016年第2期第13頁，歡迎您寫論文時引用，并注明出處。