移動互聯(lián)+工業(yè)基礎元件：兩化融合技術捷徑

　　《中國制造2025》是我國第一次從國家戰(zhàn)略層面描繪建設制造強國的宏偉藍圖，它強調推進兩化深度融合。

　　在一座座具體的工廠，除了人之外，工廠的核心就是機器設備，工業(yè)基礎元件則是構成機器設備的最小元素。當前信息化的具體體現(xiàn)形式是“互聯(lián)網(wǎng)+傳統(tǒng)行業(yè)”。而要實現(xiàn)兩化深度融合，必需從基礎開始，將工業(yè)基礎元件融入到互聯(lián)網(wǎng)+中，實現(xiàn)互聯(lián)網(wǎng)+工業(yè)基礎元件。

　　移動互聯(lián)+工業(yè)基礎元件是實施互聯(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的發(fā)展，并成立了為工業(yè)服務的專業(yè)——工業(yè)自動化。自上個世紀80年代開始，工業(yè)領域就開始實施工業(yè)通信網(wǎng)絡方面的工作，2000年以后現(xiàn)場總線的廣泛應用標志著工業(yè)通信網(wǎng)絡走向成熟。隨著互聯(lián)網(wǎng)技術的高速發(fā)展，工業(yè)領域也借助不斷發(fā)展的互聯(lián)網(wǎng)技術將工業(yè)通信網(wǎng)絡向工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)推進，工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)也由概念逐步走向應用，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?筆者認為，通過三十多年的發(fā)展，工業(yè)通信網(wǎng)絡技術成熟、體系完備，并且能滿足其服務對象的需求;而工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)目前還是以簡單的信息交互為主，停留在單純的信息交互層面上，與成熟的工業(yè)通信網(wǎng)絡的作用相差不大，它的目標是取代現(xiàn)有的工業(yè)通信網(wǎng)絡，其技術驅動力大于市場驅動力。多年以來，作為全球工業(yè)設備主要供應商之一的西門子，利用其在設備制造的強勢地位，將以西門子為主制定的工業(yè)通信網(wǎng)絡與其供應的設備捆綁在一起，設備與通信網(wǎng)絡互相配合，排斥其他類型工業(yè)通信網(wǎng)絡，事實上已成為工業(yè)通信網(wǎng)絡的壟斷者。以德國西門子為首定義的“工業(yè)4.0”是構建在現(xiàn)有工業(yè)通信網(wǎng)絡之上，它弱化工業(yè)設備及其元件與互聯(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)通信領域浸漬多年的筆者，根據(jù)工業(yè)基礎元件、工業(yè)現(xiàn)場的特殊性以及工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)推進過程中遇到的問題提出了：在互聯(lián)網(wǎng)+工業(yè)基礎元件過程中，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)絡融入到互聯(lián)網(wǎng)+工業(yè)基礎元件之中，使其不破壞現(xiàn)有的工業(yè)通信網(wǎng)絡。由于工業(yè)通信網(wǎng)絡都是采用通信電纜進行數(shù)據(jù)傳輸，不僅工業(yè)通信網(wǎng)絡的通信電纜和工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)不相同，就是不同類型的工業(yè)通信網(wǎng)絡，其通信電纜也互不兼容。移動互聯(lián)不需要電纜正好規(guī)避了通信電纜的互不兼容性，所以能迅速推進互聯(lián)網(wǎng)+工業(yè)基礎元件的進程。

　　筆者第一個互聯(lián)網(wǎng)+工業(yè)基礎元件選擇了在工業(yè)上應用廣泛、價格低廉的電動機保護器作為實施對象。該電動機保護器保留了原有的工業(yè)通信網(wǎng)絡(modbus、devicenet和profibus)，增加了數(shù)據(jù)存貯量，借助WiFi和移動終端(如：手機、筆記本電腦、平板電腦等)將電動機保護器拓展為云終端和云存儲，從而實現(xiàn)了移動互聯(lián)+電動機保護器。移動互聯(lián)+電動機保護器兼容現(xiàn)有工業(yè)通信網(wǎng)絡，所以它在推廣過程中沒有遇到任何阻力，迅速得到市場的認可。

　　移動互聯(lián)+工業(yè)基礎元件條件已成熟

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

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

　　Bluetooth和WiFi的發(fā)展與其他技術驅動的無線數(shù)據(jù)傳輸方式不同，它是在市場驅動下不斷完善的。特別是以智能手機為代表的移動終端在人們日常生活中廣泛滲透，作為移動終端標準配置的Bluetooth和WiFi，無論是在技術、價格上還是在產(chǎn)業(yè)化發(fā)展速度和成熟度上都超過了歷史上任何一種數(shù)據(jù)交互方式，并形成了以Bluetooth和WiFi為核心的移動互聯(lián)生態(tài)鏈。

　　移動終端向智能家居領域滲透，使WiFi迅速進入智能家居領域。特別是隨著以小米手機、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不僅應用在電視、冰箱這樣的大家電中，而且還應用在對體積、價格要求苛刻的小家電中，如售價39元的小米WiFi智能插座。巨大的市場需求促使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，實現(xiàn)了不需要寫代碼就能開發(fā)出類似于WiFi智能插座這樣的產(chǎn)品。下文提到的移動互聯(lián)+電動機保護器采用了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，除了對體積、價格要求苛刻外，可穿戴電子對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)應運而生。BLE除了最低功耗外，還從機制上減少了與WiFi發(fā)生信道沖突的機率，使BLE與WiFi在同一空間形成互補。MCU廠家同樣順應市場需求，開發(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。

　　半導體技術經(jīng)過數(shù)十年的發(fā)展，集成電路可靠性越來高，集成電路工業(yè)級與商業(yè)級的界線名存實亡(商業(yè)級工作溫度范圍：0℃~+70℃、工業(yè)級工作溫度范圍：-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)化應用為移動互聯(lián)+工業(yè)基礎元件奠定了產(chǎn)業(yè)化基礎。

　　移動互聯(lián)+工業(yè)基礎元件是兩化深度融合捷徑之一

　　工業(yè)基礎元件處于工業(yè)現(xiàn)場的最前端，它感知到的數(shù)據(jù)滯后少，真實性高。實現(xiàn)互聯(lián)網(wǎng)+工業(yè)基礎元件之前，工業(yè)基礎元件所感知到的數(shù)據(jù)是零散孤立的。零散孤立的數(shù)據(jù)，其利用價值不大。當實現(xiàn)互聯(lián)網(wǎng)+工業(yè)基礎元件后，工業(yè)基礎元件感知到的數(shù)據(jù)通過互聯(lián)網(wǎng)形成大數(shù)據(jù)，它們的價值才能真正體現(xiàn)出來。此時“信息化和工業(yè)化的深度融合”就具體了。移動互聯(lián)+工業(yè)基礎元件是根據(jù)目前工業(yè)通信網(wǎng)絡的現(xiàn)狀，將現(xiàn)有工業(yè)通信網(wǎng)絡融入到互聯(lián)網(wǎng)+工業(yè)基礎元件之中，利用移動互聯(lián)無電纜特性實施移動互聯(lián)+工業(yè)基礎元件，規(guī)避了通信電纜之間的兼容性問題，能迅速推進互聯(lián)網(wǎng)+工業(yè)基礎元件的進程。

　　以電動機保護器為例，在實施移動互聯(lián)+之前，電動機保護器主要作用局限在電動機出現(xiàn)故障后保護電動機及其供電線路，防止故障進一步擴散。盡管它也通過通信網(wǎng)絡傳輸數(shù)據(jù)，由于知識、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)，過濾掉了許多有用信息。在實施移動互聯(lián)+后，電動機保護器所感知的原始數(shù)據(jù)通過WiFi和移動終端傳輸?shù)交ミB網(wǎng)上形成大數(shù)據(jù)，不同專業(yè)領域可以從這些大數(shù)據(jù)中挖掘出他們需要的信息，并利用這些信息服務于工業(yè)，從而創(chuàng)造出新的發(fā)展生態(tài)。