眾廠商談智能制造的技術(shù)市場(chǎng)動(dòng)向

傳感器和分布式計(jì)算迅速增長

　　據(jù)Gartner，物聯(lián)網(wǎng)(IoT)是2015最熱門的技術(shù)。與此相關(guān)的話題大多聚焦在消費(fèi)類應(yīng)用，如智能家居、車聯(lián)網(wǎng)和消費(fèi)類可穿戴應(yīng)用(如腕帶運(yùn)動(dòng)追蹤器)。然而，物聯(lián)網(wǎng)的工業(yè)分支(也稱作智能制造業(yè))對(duì)于商業(yè)和社會(huì)經(jīng)濟(jì)層面的潛在影響將最終超越消費(fèi)類應(yīng)用。智能制造業(yè)的變革將改變眾多產(chǎn)業(yè)，包括制造業(yè)、油氣行業(yè)、農(nóng)業(yè)、礦業(yè)、運(yùn)輸及保健行業(yè)。上述產(chǎn)業(yè)的總和占到世界經(jīng)濟(jì)總量的近三分之二。

　　智能制造的本質(zhì)意味著收集并利用機(jī)器和傳感器生成的大量數(shù)據(jù)，以優(yōu)化生產(chǎn)運(yùn)營。這將影響眾多系統(tǒng)設(shè)計(jì)，包括工廠車間的設(shè)備(系統(tǒng))、通信集線器和控制器本身的設(shè)計(jì)。

　　智能制造趨勢(shì)

　　智能傳感器、分布式控制和復(fù)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(dòng)化系統(tǒng)和傳感器，因而我們對(duì)于自動(dòng)化系統(tǒng)架構(gòu)的演進(jìn)如何支持工業(yè)IoT有獨(dú)特的理解。

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

　　? 普適測(cè)量。傳感器及其接口的成本持續(xù)降低，使得制造商能夠?qū)Ω嘧兞亢蛿?shù)據(jù)類型進(jìn)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(jī)器，打破控制瓶頸，提高生產(chǎn)吞吐率和靈活性。

　　智能制造業(yè)正在經(jīng)歷工廠自動(dòng)化傳感器領(lǐng)域數(shù)字IO-Link標(biāo)準(zhǔn)的爆發(fā)性增長。IO-Link協(xié)議是第一個(gè)開放的、低成本、點(diǎn)對(duì)點(diǎn)串行通信標(biāo)準(zhǔn)，基于全球標(biāo)準(zhǔn)化I/O技術(shù)(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(qiáng)大的點(diǎn)對(duì)點(diǎn)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(lǐng)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(jù)。

　　Maxim的技術(shù)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(rèn)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(gè)系統(tǒng)只有回形針大小。

　　另外一個(gè)重要趨勢(shì)是這些外型日益縮小的工業(yè)自動(dòng)化設(shè)備中的電源系統(tǒng)設(shè)計(jì)必須具備超高效率，因?yàn)橄到y(tǒng)無法承受額外的散熱。

　　Maxim憑借先進(jìn)的工藝技術(shù)和創(chuàng)新設(shè)計(jì)提供品類眾多的電源調(diào)節(jié)器，可實(shí)現(xiàn)超高電源轉(zhuǎn)換效率(寬負(fù)載電流范圍內(nèi)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(rèn)為我們具備品類全面的同步電壓調(diào)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(fù)載電流范圍內(nèi)實(shí)現(xiàn)高于90%的效率。

機(jī)器人及智能制造對(duì)元件需求提升

　　中國的智能制造開始出現(xiàn)大規(guī)模擴(kuò)張態(tài)勢(shì)。這一發(fā)展形勢(shì)的推動(dòng)因素包括自動(dòng)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(shí)，人工成本持續(xù)攀升，這也推動(dòng)了自動(dòng)化生產(chǎn)的需求，尤其是對(duì)機(jī)器人生產(chǎn)的需求。

　　據(jù)國際機(jī)器人聯(lián)合會(huì)(IFR)預(yù)計(jì)，2018年全球所安裝的工業(yè)機(jī)器人中，中國將占有1/3。最新數(shù)據(jù)顯示，2014年工業(yè)機(jī)器人的銷售已飆升至大約57,000臺(tái)——上升了56%。

　　中國的機(jī)器人行業(yè)還將在中國政府發(fā)起的新一輪競(jìng)爭(zhēng)攻勢(shì)“中國制造2025”中實(shí)現(xiàn)更多發(fā)展，獲益良多。據(jù)IFR預(yù)測(cè)，中國的工業(yè)機(jī)器人銷售數(shù)字有望繼續(xù)飆升，到2018年將總計(jì)達(dá)到大約15萬臺(tái)。

　　莫仕(Molex)提供的眾多連接解決方案可以應(yīng)用到機(jī)器人領(lǐng)域，但尤其值得關(guān)注的是Flamar定制電纜。該款產(chǎn)品性能好，韌性強(qiáng)，多芯布線，經(jīng)久耐用，適用于傳感器、測(cè)量、控制、機(jī)器人以及機(jī)器驅(qū)動(dòng)。傳感器電纜可支持重量、溫度、壓力、流動(dòng)狀態(tài)、液位、振動(dòng)及位移方面的測(cè)量。

　　另外，智能制造通過部署“智能”設(shè)備，使靈活且自我設(shè)置的無線“網(wǎng)眼式”網(wǎng)絡(luò)實(shí)現(xiàn)靈活移動(dòng)、微型化及網(wǎng)絡(luò)化管理，從而實(shí)現(xiàn)最優(yōu)生產(chǎn)效率。對(duì)于這類工業(yè)自動(dòng)化，Molex提供了一系列標(biāo)準(zhǔn)天線。目前的Molex標(biāo)準(zhǔn)天線系列適用于通過ISM和蜂窩頻段實(shí)現(xiàn)機(jī)器-對(duì)-機(jī)器(M2M)溝通，同時(shí)也適用于Wi-Fi各種應(yīng)用。

工業(yè)大數(shù)據(jù)的未來： 從智能終端設(shè)備到企業(yè)系統(tǒng)

　　隨著傳感和網(wǎng)絡(luò)連接技術(shù)的普及，在系統(tǒng)中添加測(cè)量功能從未如此簡(jiǎn)單和經(jīng)濟(jì)。在這個(gè)工程和測(cè)量數(shù)據(jù)爆炸的時(shí)代，如果企業(yè)沒有制定穩(wěn)妥的數(shù)據(jù)管理戰(zhàn)略，幾年后他們將無法有效應(yīng)對(duì)和管理所有的數(shù)據(jù)。因此，一流的測(cè)量和分析解決方案必須具備兩個(gè)基本功能：1.終端分析，2.智能企業(yè)管理和分析。

　　將測(cè)量分析推向智能終端

　　過去十年來，數(shù)據(jù)采集設(shè)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(diǎn)就可以充分證明這一點(diǎn)。但是除了測(cè)量設(shè)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(hào)調(diào)理、嵌入式處理器和數(shù)字接口/總線集成到一個(gè)極其小巧的封裝或系統(tǒng)中。

　　鑒于這一趨勢(shì)，現(xiàn)在許多應(yīng)用都強(qiáng)調(diào)了邊緣設(shè)備的智能化和高級(jí)信號(hào)處理。在資產(chǎn)監(jiān)控應(yīng)用中，傳統(tǒng)的測(cè)量系統(tǒng)將每個(gè)數(shù)據(jù)點(diǎn)記錄到磁盤上，即使所測(cè)量的物理現(xiàn)象沒有發(fā)生任何實(shí)質(zhì)性的行為。這將導(dǎo)致所部署的系統(tǒng)會(huì)產(chǎn)生數(shù)千兆字節(jié)甚至數(shù)萬億字節(jié)的數(shù)據(jù)需要進(jìn)行分析和線下篩選。

　　由于處理在更加靠近傳感器的位置進(jìn)行，測(cè)量系統(tǒng)軟件必須有助于在邊緣設(shè)備上高效地進(jìn)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(gè)聯(lián)網(wǎng)的測(cè)量設(shè)備，并在這些節(jié)點(diǎn)上進(jìn)行大量分析和信號(hào)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(cè)量節(jié)點(diǎn)，才能跟上模擬數(shù)據(jù)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(jù)后，下一個(gè)步驟就是將數(shù)據(jù)傳送到企業(yè)系統(tǒng)來有效地管理和整合數(shù)據(jù)以及進(jìn)行大規(guī)模分析。一個(gè)來源于多工程數(shù)據(jù)的企業(yè)數(shù)據(jù)管理和分析解決方案將有助于正確的人員在正確的時(shí)間獲得正確的數(shù)據(jù)，從而做出正確的決策。其中兩個(gè)主要的考量因素是能否正確地歸檔數(shù)據(jù)以及更智能地進(jìn)行分析。

　　正確地歸檔數(shù)據(jù)

　　為了準(zhǔn)確地對(duì)多個(gè)數(shù)據(jù)源進(jìn)行數(shù)據(jù)分析，所有數(shù)據(jù)集應(yīng)包含一致的元數(shù)據(jù)或描述性信息來解釋測(cè)試數(shù)據(jù)被保存的原因。元數(shù)據(jù)包含的信息包括測(cè)試設(shè)置、測(cè)試結(jié)果、測(cè)量單位等。據(jù)IDC的調(diào)查顯示，大多數(shù)公司僅對(duì)22%的采集數(shù)據(jù)進(jìn)行文檔記錄，而實(shí)際上能夠進(jìn)行分析的數(shù)據(jù)平均只有5%。因此還有許多可能非常重要的數(shù)據(jù)沒有被充分利用。重視將元數(shù)據(jù)標(biāo)準(zhǔn)化的公司將能夠?qū)崿F(xiàn)更高程度的數(shù)據(jù)分析自動(dòng)化，從而獲得明顯的競(jìng)爭(zhēng)優(yōu)勢(shì)。

　　但是在開始進(jìn)行元數(shù)據(jù)標(biāo)準(zhǔn)化之前，工程師必須首先在哪些元數(shù)據(jù)對(duì)分析非常重要這個(gè)問題上達(dá)成一致。一流的公司通常會(huì)有一個(gè)項(xiàng)目規(guī)范來定義所采集的元數(shù)據(jù)的命名和屬性。應(yīng)用程序應(yīng)該在采集時(shí)試圖記錄盡可能多的已定義屬性。但是在采集數(shù)據(jù)之后，許多公司會(huì)通過運(yùn)行自動(dòng)檢查和插入缺少的屬性來添加數(shù)據(jù)屬性。比如，捷豹路虎對(duì)元數(shù)據(jù)進(jìn)行自動(dòng)化質(zhì)量檢查，并在一年內(nèi)開發(fā)和實(shí)現(xiàn)了企業(yè)數(shù)據(jù)管理解決方案，以前該公司僅能分析10%的數(shù)據(jù)，預(yù)計(jì)接下來這類數(shù)據(jù)將可達(dá)到驚人的95%。元數(shù)據(jù)的一致性使得它們能夠應(yīng)用一致的自動(dòng)化分析來匹配已定義的屬性。

　　更智能的分析

　　根據(jù)Frost&Sullivan市場(chǎng)調(diào)查公司2015年9月對(duì)全球測(cè)試與測(cè)量大數(shù)據(jù)分析市場(chǎng)報(bào)告指出，如果將大數(shù)據(jù)分析應(yīng)用到測(cè)試中，產(chǎn)品開發(fā)成本將可減少近25%，運(yùn)營成本將可減少近20%，維護(hù)成本將可降低50%。由于大模擬數(shù)據(jù)是增長最快且數(shù)量最龐大的數(shù)據(jù)類型，尋找新的相關(guān)性并預(yù)測(cè)未來行為是保持競(jìng)爭(zhēng)優(yōu)勢(shì)的關(guān)鍵。

　　要做到這一點(diǎn)，為了研究、設(shè)計(jì)和驗(yàn)證目的而進(jìn)行測(cè)量的公司需要大大優(yōu)化采集和分析邊緣設(shè)備數(shù)據(jù)的方式，并在企業(yè)內(nèi)部對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行管理和分析，以確保能夠有效地利用這些數(shù)據(jù)來做出正確的決策。他們?cè)皆邕@樣做，就能夠越早利用更精準(zhǔn)的數(shù)據(jù)獲得更大回報(bào)。

　　感言

　　正如惠普企業(yè)超大型主機(jī)服務(wù)器和物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)總經(jīng)理和副總裁Tom Bradicich所說：“物聯(lián)網(wǎng)的智能終端分析和其他工業(yè)解決方案對(duì)于解決工業(yè)大數(shù)據(jù)問題發(fā)揮著重要的作用。智能測(cè)量節(jié)點(diǎn)提供在線數(shù)據(jù)分析，從而更快速獲得有意義的結(jié)果?，F(xiàn)在是時(shí)候通過大數(shù)據(jù)獲得更多信息了?！?/p>

　　NI分布式工業(yè)大數(shù)據(jù)系統(tǒng)

　　大數(shù)據(jù)可以分成數(shù)字和模擬數(shù)據(jù)兩大類。數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)又可以分成結(jié)構(gòu)化數(shù)據(jù)(如來自企業(yè)應(yīng)用程序的數(shù)據(jù))或非結(jié)構(gòu)化數(shù)據(jù)(例如通過Twitter或Facebook等社交媒體產(chǎn)生的數(shù)據(jù))。另一方面，模擬數(shù)據(jù)是指工程(由工業(yè)系統(tǒng)產(chǎn)生)和環(huán)境數(shù)據(jù)(例如射頻、光和溫度數(shù)據(jù)以及自宇宙形成至今產(chǎn)生的數(shù)據(jù))，這類數(shù)據(jù)可使用傳感器測(cè)量，并使用模數(shù)轉(zhuǎn)換器來數(shù)字化，以便進(jìn)一步挖掘和分析。NI產(chǎn)品(CompactDAQ、PXI、CompactRIO和WSN)能夠用于模擬物聯(lián)網(wǎng)/M2M網(wǎng)關(guān)，用以采集、匯總和數(shù)字化模擬數(shù)據(jù)。此外，NI還推出了InsightCM Enterprise套件，提供了基礎(chǔ)設(shè)施/云層的數(shù)據(jù)管理和傳輸、數(shù)據(jù)分析和系統(tǒng)管理軟件，以便進(jìn)行大數(shù)據(jù)分析和挖掘?？傊?，這些產(chǎn)品形成了強(qiáng)大的平臺(tái)來構(gòu)建用于工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)的大“模擬”數(shù)據(jù)系統(tǒng)。

為用戶提供專業(yè)的測(cè)試設(shè)備及系統(tǒng)

　　經(jīng)過充分的市場(chǎng)調(diào)研與經(jīng)驗(yàn)積累，泛華在2016年會(huì)持續(xù)在裝備保障、自動(dòng)測(cè)試和工程教育三大方向進(jìn)行投入，衍生出多個(gè)系列的產(chǎn)品，這些產(chǎn)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(chǎn)品包括PS TU-9106便攜式測(cè)試平臺(tái)、電路板測(cè)試設(shè)備、核能測(cè)試平臺(tái)、汽車電子測(cè)試平臺(tái)、嵌入式高強(qiáng)度數(shù)據(jù)記錄設(shè)備等，這些產(chǎn)品能夠廣泛應(yīng)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(guān)注的領(lǐng)域，已經(jīng)向客戶交付了數(shù)百套成熟穩(wěn)定的測(cè)控系統(tǒng)，2016年泛華會(huì)繼續(xù)立足于汽車電子測(cè)試，持續(xù)推廣以輪速/位置類傳感器測(cè)試為代表的成熟系統(tǒng)級(jí)產(chǎn)品，提供從傳感器到控制器再到執(zhí)行器測(cè)試的各類解決方案，實(shí)現(xiàn)高精度與高效率的平衡，為工業(yè)制造4.0添磚加瓦。

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