移動(dòng)互聯(lián)+工業(yè)基礎(chǔ)元件：兩化融合技術(shù)捷徑

　　《中國(guó)制造2025》是我國(guó)第一次從國(guó)家戰(zhàn)略層面描繪建設(shè)制造強(qiáng)國(guó)的宏偉藍(lán)圖，它強(qiáng)調(diào)推進(jìn)兩化深度融合。

　　在一座座具體的工廠，除了人之外，工廠的核心就是機(jī)器設(shè)備，工業(yè)基礎(chǔ)元件則是構(gòu)成機(jī)器設(shè)備的最小元素。當(dāng)前信息化的具體體現(xiàn)形式是“互聯(lián)網(wǎng)+傳統(tǒng)行業(yè)”。而要實(shí)現(xiàn)兩化深度融合，必需從基礎(chǔ)開(kāi)始，將工業(yè)基礎(chǔ)元件融入到互聯(lián)網(wǎng)+中，實(shí)現(xiàn)互聯(lián)網(wǎng)+工業(yè)基礎(chǔ)元件。

　　移動(dòng)互聯(lián)+工業(yè)基礎(chǔ)元件是實(shí)施互聯(lián)網(wǎng)+有效手段

　　與火熱的穿戴電子不同，工業(yè)化一直跟蹤電子信息技術(shù)的發(fā)展，并成立了為工業(yè)服務(wù)的專(zhuān)業(yè)——工業(yè)自動(dòng)化。自上個(gè)世紀(jì)80年代開(kāi)始，工業(yè)領(lǐng)域就開(kāi)始實(shí)施工業(yè)通信網(wǎng)絡(luò)方面的工作，2000年以后現(xiàn)場(chǎng)總線的廣泛應(yīng)用標(biāo)志著工業(yè)通信網(wǎng)絡(luò)走向成熟。隨著互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的高速發(fā)展，工業(yè)領(lǐng)域也借助不斷發(fā)展的互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)將工業(yè)通信網(wǎng)絡(luò)向工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)推進(jìn)，工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)也由概念逐步走向應(yīng)用，成功案例日益增加，但和已融入人們生活的互聯(lián)網(wǎng)相比，工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)的推進(jìn)非常緩慢。

　　是什么阻礙了工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)的發(fā)展?筆者認(rèn)為，通過(guò)三十多年的發(fā)展，工業(yè)通信網(wǎng)絡(luò)技術(shù)成熟、體系完備，并且能滿足其服務(wù)對(duì)象的需求;而工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)目前還是以簡(jiǎn)單的信息交互為主，停留在單純的信息交互層面上，與成熟的工業(yè)通信網(wǎng)絡(luò)的作用相差不大，它的目標(biāo)是取代現(xiàn)有的工業(yè)通信網(wǎng)絡(luò)，其技術(shù)驅(qū)動(dòng)力大于市場(chǎng)驅(qū)動(dòng)力。多年以來(lái)，作為全球工業(yè)設(shè)備主要供應(yīng)商之一的西門(mén)子，利用其在設(shè)備制造的強(qiáng)勢(shì)地位，將以西門(mén)子為主制定的工業(yè)通信網(wǎng)絡(luò)與其供應(yīng)的設(shè)備捆綁在一起，設(shè)備與通信網(wǎng)絡(luò)互相配合，排斥其他類(lèi)型工業(yè)通信網(wǎng)絡(luò)，事實(shí)上已成為工業(yè)通信網(wǎng)絡(luò)的壟斷者。以德國(guó)西門(mén)子為首定義的“工業(yè)4.0”是構(gòu)建在現(xiàn)有工業(yè)通信網(wǎng)絡(luò)之上，它弱化工業(yè)設(shè)備及其元件與互聯(lián)網(wǎng)+的融入，“工業(yè)4.0”將要把我們引向何方，值得我們深思。

　　作為在工業(yè)通信領(lǐng)域浸漬多年的筆者，根據(jù)工業(yè)基礎(chǔ)元件、工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)的特殊性以及工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)推進(jìn)過(guò)程中遇到的問(wèn)題提出了：在互聯(lián)網(wǎng)+工業(yè)基礎(chǔ)元件過(guò)程中，走出工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)發(fā)展模式，將現(xiàn)有工業(yè)通信網(wǎng)絡(luò)融入到互聯(lián)網(wǎng)+工業(yè)基礎(chǔ)元件之中，使其不破壞現(xiàn)有的工業(yè)通信網(wǎng)絡(luò)。由于工業(yè)通信網(wǎng)絡(luò)都是采用通信電纜進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸，不僅工業(yè)通信網(wǎng)絡(luò)的通信電纜和工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)不相同，就是不同類(lèi)型的工業(yè)通信網(wǎng)絡(luò)，其通信電纜也互不兼容。移動(dòng)互聯(lián)不需要電纜正好規(guī)避了通信電纜的互不兼容性，所以能迅速推進(jìn)互聯(lián)網(wǎng)+工業(yè)基礎(chǔ)元件的進(jìn)程。

　　筆者第一個(gè)互聯(lián)網(wǎng)+工業(yè)基礎(chǔ)元件選擇了在工業(yè)上應(yīng)用廣泛、價(jià)格低廉的電動(dòng)機(jī)保護(hù)器作為實(shí)施對(duì)象。該電動(dòng)機(jī)保護(hù)器保留了原有的工業(yè)通信網(wǎng)絡(luò)(modbus、devicenet和profibus)，增加了數(shù)據(jù)存貯量，借助WiFi和移動(dòng)終端(如：手機(jī)、筆記本電腦、平板電腦等)將電動(dòng)機(jī)保護(hù)器拓展為云終端和云存儲(chǔ)，從而實(shí)現(xiàn)了移動(dòng)互聯(lián)+電動(dòng)機(jī)保護(hù)器。移動(dòng)互聯(lián)+電動(dòng)機(jī)保護(hù)器兼容現(xiàn)有工業(yè)通信網(wǎng)絡(luò)，所以它在推廣過(guò)程中沒(méi)有遇到任何阻力，迅速得到市場(chǎng)的認(rèn)可。

　　移動(dòng)互聯(lián)+工業(yè)基礎(chǔ)元件條件已成熟

　　互聯(lián)網(wǎng)+工業(yè)基礎(chǔ)元件的核心元件是MCU，移動(dòng)互聯(lián)+工業(yè)基礎(chǔ)元件是實(shí)現(xiàn)工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)+的最佳捷徑。如果MCU能集成移動(dòng)互聯(lián)功能，不僅能減化互聯(lián)網(wǎng)+工業(yè)基礎(chǔ)元件過(guò)程中軟硬件開(kāi)發(fā)工作，而且容易將移動(dòng)互聯(lián)嵌入到工業(yè)基礎(chǔ)元件之中，與工業(yè)基礎(chǔ)元件融為一體。相對(duì)于有線網(wǎng)絡(luò)，移動(dòng)互聯(lián)的關(guān)鍵技術(shù)是無(wú)線數(shù)據(jù)傳輸。在穿戴電子與IoT的驅(qū)使下，MCU廠商已將無(wú)線數(shù)據(jù)傳輸功能集成到MCU中，產(chǎn)生了一類(lèi)新型MCU即Wireless MCU。

　　由于無(wú)線數(shù)據(jù)傳輸種類(lèi)繁多，如：Sub 1GHz、ZigBee、Bluetooth、WiFi……等，也產(chǎn)生了與之相對(duì)應(yīng)的Wireless MCU。本文中談到Wireless MCU特指集成了移動(dòng)互聯(lián)功能的Wireless MCU，它不需要在移動(dòng)終端(如：手機(jī)、筆記本電腦、平板電腦等)增加任何硬件就能實(shí)施信息交互的無(wú)線數(shù)據(jù)傳輸，即：Bluetooth和WiFi。

　　Bluetooth和WiFi的發(fā)展與其他技術(shù)驅(qū)動(dòng)的無(wú)線數(shù)據(jù)傳輸方式不同，它是在市場(chǎng)驅(qū)動(dòng)下不斷完善的。特別是以智能手機(jī)為代表的移動(dòng)終端在人們?nèi)粘Ｉ钪袕V泛滲透，作為移動(dòng)終端標(biāo)準(zhǔn)配置的Bluetooth和WiFi，無(wú)論是在技術(shù)、價(jià)格上還是在產(chǎn)業(yè)化發(fā)展速度和成熟度上都超過(guò)了歷史上任何一種數(shù)據(jù)交互方式，并形成了以Bluetooth和WiFi為核心的移動(dòng)互聯(lián)生態(tài)鏈。

　　移動(dòng)終端向智能家居領(lǐng)域滲透，使WiFi迅速進(jìn)入智能家居領(lǐng)域。特別是隨著以小米手機(jī)、小米電視、小米路由器為核心的智能家居生態(tài)鏈的形成，WiFi不僅應(yīng)用在電視、冰箱這樣的大家電中，而且還應(yīng)用在對(duì)體積、價(jià)格要求苛刻的小家電中，如售價(jià)39元的小米WiFi智能插座。巨大的市場(chǎng)需求促使MCU廠家將WiFi集成到MCU中。2013年7月TI發(fā)布了WiFi MCU CC3200;2014年6月樂(lè)鑫信息科技(上海)有限公司發(fā)布了具有WiFi功能的 SoC ESP8266，在ESP8266中固化了常用輸入輸出功能，實(shí)現(xiàn)了不需要寫(xiě)代碼就能開(kāi)發(fā)出類(lèi)似于WiFi智能插座這樣的產(chǎn)品。下文提到的移動(dòng)互聯(lián)+電動(dòng)機(jī)保護(hù)器采用了ESP8266。

　　可穿戴電子的發(fā)展促使Bluetooth MCU的產(chǎn)生。與智能家居相比，除了對(duì)體積、價(jià)格要求苛刻外，可穿戴電子對(duì)功耗要求也十分苛刻。WiFi的功耗大，為了滿足穿戴電子的低功耗要求，BLE(Bluetooth Low Energy)應(yīng)運(yùn)而生。BLE除了最低功耗外，還從機(jī)制上減少了與WiFi發(fā)生信道沖突的機(jī)率，使BLE與WiFi在同一空間形成互補(bǔ)。MCU廠家同樣順應(yīng)市場(chǎng)需求，開(kāi)發(fā)出BLE MCU。目前主流的BLE MCU有TI的CC2540、CC2541和CC2640，CSR的CSR1000、CSR1001、CSR1010和CSR1011，以及NORDIC的nrf51822等。

　　半導(dǎo)體技術(shù)經(jīng)過(guò)數(shù)十年的發(fā)展，集成電路可靠性越來(lái)高，集成電路工業(yè)級(jí)與商業(yè)級(jí)的界線名存實(shí)亡(商業(yè)級(jí)工作溫度范圍：0℃~+70℃、工業(yè)級(jí)工作溫度范圍：-20℃~+70℃)。上文中提到的WiFi MCU和 BLE MCU，其最低工作溫度都不高于-20℃，最高工作溫度都不低于+70℃，完全能滿足大多數(shù)工業(yè)環(huán)境的要求。BLE MCU和WiFi MCU的大規(guī)模產(chǎn)業(yè)化應(yīng)用為移動(dòng)互聯(lián)+工業(yè)基礎(chǔ)元件奠定了產(chǎn)業(yè)化基礎(chǔ)。

　　移動(dòng)互聯(lián)+工業(yè)基礎(chǔ)元件是兩化深度融合捷徑之一

　　工業(yè)基礎(chǔ)元件處于工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)的最前端，它感知到的數(shù)據(jù)滯后少，真實(shí)性高。實(shí)現(xiàn)互聯(lián)網(wǎng)+工業(yè)基礎(chǔ)元件之前，工業(yè)基礎(chǔ)元件所感知到的數(shù)據(jù)是零散孤立的。零散孤立的數(shù)據(jù)，其利用價(jià)值不大。當(dāng)實(shí)現(xiàn)互聯(lián)網(wǎng)+工業(yè)基礎(chǔ)元件后，工業(yè)基礎(chǔ)元件感知到的數(shù)據(jù)通過(guò)互聯(lián)網(wǎng)形成大數(shù)據(jù)，它們的價(jià)值才能真正體現(xiàn)出來(lái)。此時(shí)“信息化和工業(yè)化的深度融合”就具體了。移動(dòng)互聯(lián)+工業(yè)基礎(chǔ)元件是根據(jù)目前工業(yè)通信網(wǎng)絡(luò)的現(xiàn)狀，將現(xiàn)有工業(yè)通信網(wǎng)絡(luò)融入到互聯(lián)網(wǎng)+工業(yè)基礎(chǔ)元件之中，利用移動(dòng)互聯(lián)無(wú)電纜特性實(shí)施移動(dòng)互聯(lián)+工業(yè)基礎(chǔ)元件，規(guī)避了通信電纜之間的兼容性問(wèn)題，能迅速推進(jìn)互聯(lián)網(wǎng)+工業(yè)基礎(chǔ)元件的進(jìn)程。

　　以電動(dòng)機(jī)保護(hù)器為例，在實(shí)施移動(dòng)互聯(lián)+之前，電動(dòng)機(jī)保護(hù)器主要作用局限在電動(dòng)機(jī)出現(xiàn)故障后保護(hù)電動(dòng)機(jī)及其供電線路，防止故障進(jìn)一步擴(kuò)散。盡管它也通過(guò)通信網(wǎng)絡(luò)傳輸數(shù)據(jù)，由于知識(shí)、資源的局限，這些數(shù)據(jù)都是經(jīng)處理后的非原始數(shù)據(jù)，過(guò)濾掉了許多有用信息。在實(shí)施移動(dòng)互聯(lián)+后，電動(dòng)機(jī)保護(hù)器所感知的原始數(shù)據(jù)通過(guò)WiFi和移動(dòng)終端傳輸?shù)交ミB網(wǎng)上形成大數(shù)據(jù)，不同專(zhuān)業(yè)領(lǐng)域可以從這些大數(shù)據(jù)中挖掘出他們需要的信息，并利用這些信息服務(wù)于工業(yè)，從而創(chuàng)造出新的發(fā)展生態(tài)。