眾廠(chǎng)商談智能制造的技術(shù)市場(chǎng)動(dòng)向

傳感器和分布式計算迅速增長(cháng)

　　據Gartner，物聯(lián)網(wǎng)(IoT)是2015最熱門(mén)的技術(shù)。與此相關(guān)的話(huà)題大多聚焦在消費類(lèi)應用，如智能家居、車(chē)聯(lián)網(wǎng)和消費類(lèi)可穿戴應用(如腕帶運動(dòng)追蹤器)。然而，物聯(lián)網(wǎng)的工業(yè)分支(也稱(chēng)作智能制造業(yè))對于商業(yè)和社會(huì )經(jīng)濟層面的潛在影響將最終超越消費類(lèi)應用。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)、農業(yè)、礦業(yè)、運輸及保健行業(yè)。上述產(chǎn)業(yè)的總和占到世界經(jīng)濟總量的近三分之二。

　　智能制造的本質(zhì)意味著(zhù)收集并利用機器和傳感器生成的大量數據，以?xún)?yōu)化生產(chǎn)運營(yíng)。這將影響眾多系統設計，包括工廠(chǎng)車(chē)間的設備(系統)、通信集線(xiàn)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(dòng)化系統和傳感器，因而我們對于自動(dòng)化系統架構的演進(jìn)如何支持工業(yè)IoT有獨特的理解。

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

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

　　? 分布式控制。將過(guò)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(chǎn)吞吐率和靈活性。

　　智能制造業(yè)正在經(jīng)歷工廠(chǎng)自動(dòng)化傳感器領(lǐng)域數字IO-Link標準的爆發(fā)性增長(cháng)。IO-Link協(xié)議是第一個(gè)開(kāi)放的、低成本、點(diǎn)對點(diǎn)串行通信標準，基于全球標準化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/或執行器之間的通信。

　　這種功能強大的點(diǎn)對點(diǎn)協(xié)議基于成熟的3線(xiàn)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(lái)自于智能傳感器的智能數據。

　　Maxim的技術(shù)能夠助力上述新型系統的發(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(guò)IO-Link連接發(fā)送信息。整個(gè)系統只有回形針大小。

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

　　Maxim憑借先進(jìn)的工藝技術(shù)和創(chuàng )新設計提供品類(lèi)眾多的電源調節器，可實(shí)現超高電源轉換效率(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(lèi)全面的同步電壓調節器——這類(lèi)器件在工業(yè)系統中幾乎無(wú)所不在——在50mA至5A負載電流范圍內實(shí)現高于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(kāi)始出現大規模擴張態(tài)勢。這一發(fā)展形勢的推動(dòng)因素包括自動(dòng)化制造的持續發(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模生態(tài)系統。同時(shí)，人工成本持續攀升，這也推動(dòng)了自動(dòng)化生產(chǎn)的需求，尤其是對機器人生產(chǎn)的需求。

　　據國際機器人聯(lián)合會(huì )(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。最新數據顯示，2014年工業(yè)機器人的銷(xiāo)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(shí)現更多發(fā)展，獲益良多。據IFR預測，中國的工業(yè)機器人銷(xiāo)售數字有望繼續飆升，到2018年將總計達到大約15萬(wàn)臺。

　　莫仕(Molex)提供的眾多連接解決方案可以應用到機器人領(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，多芯布線(xiàn)，經(jīng)久耐用，適用于傳感器、測量、控制、機器人以及機器驅動(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)及位移方面的測量。

　　另外，智能制造通過(guò)部署“智能”設備，使靈活且自我設置的無(wú)線(xiàn)“網(wǎng)眼式”網(wǎng)絡(luò )實(shí)現靈活移動(dòng)、微型化及網(wǎng)絡(luò )化管理，從而實(shí)現最優(yōu)生產(chǎn)效率。對于這類(lèi)工業(yè)自動(dòng)化，Molex提供了一系列標準天線(xiàn)。目前的Molex標準天線(xiàn)系列適用于通過(guò)ISM和蜂窩頻段實(shí)現機器-對-機器(M2M)溝通，同時(shí)也適用于Wi-Fi各種應用。

工業(yè)大數據的未來(lái)： 從智能終端設備到企業(yè)系統

　　隨著(zhù)傳感和網(wǎng)絡(luò )連接技術(shù)的普及，在系統中添加測量功能從未如此簡(jiǎn)單和經(jīng)濟。在這個(gè)工程和測量數據爆炸的時(shí)代，如果企業(yè)沒(méi)有制定穩妥的數據管理戰略，幾年后他們將無(wú)法有效應對和管理所有的數據。因此，一流的測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。

　　將測量分析推向智能終端

　　過(guò)去十年來(lái)，數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所集成的采集系統和節點(diǎn)就可以充分證明這一點(diǎn)。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、嵌入式處理器和數字接口/總線(xiàn)集成到一個(gè)極其小巧的封裝或系統中。

　　鑒于這一趨勢，現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(chǎn)監控應用中，傳統的測量系統將每個(gè)數據點(diǎn)記錄到磁盤(pán)上，即使所測量的物理現象沒(méi)有發(fā)生任何實(shí)質(zhì)性的行為。這將導致所部署的系統會(huì )產(chǎn)生數千兆字節甚至數萬(wàn)億字節的數據需要進(jìn)行分析和線(xiàn)下篩選。

　　由于處理在更加靠近傳感器的位置進(jìn)行，測量系統軟件必須有助于在邊緣設備上高效地進(jìn)行分析。未來(lái)基于終端的系統軟件需要能夠快速配置和管理成千上萬(wàn)個(gè)聯(lián)網(wǎng)的測量設備，并在這些節點(diǎn)上進(jìn)行大量分析和信號處理。展望未來(lái)，企業(yè)必須過(guò)渡到更加智能且基于軟件的測量節點(diǎn)，才能跟上模擬數據爆炸式增長(cháng)的速度。

　　更智能的企業(yè)管理和分析

　　采集智能系統的數據后，下一個(gè)步驟就是將數據傳送到企業(yè)系統來(lái)有效地管理和整合數據以及進(jìn)行大規模分析。一個(gè)來(lái)源于多工程數據的企業(yè)數據管理和分析解決方案將有助于正確的人員在正確的時(shí)間獲得正確的數據，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據以及更智能地進(jìn)行分析。

　　正確地歸檔數據

　　為了準確地對多個(gè)數據源進(jìn)行數據分析，所有數據集應包含一致的元數據或描述性信息來(lái)解釋測試數據被保存的原因。元數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，大多數公司僅對22%的采集數據進(jìn)行文檔記錄，而實(shí)際上能夠進(jìn)行分析的數據平均只有5%。因此還有許多可能非常重要的數據沒(méi)有被充分利用。重視將元數據標準化的公司將能夠實(shí)現更高程度的數據分析自動(dòng)化，從而獲得明顯的競爭優(yōu)勢。

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

　　更智能的分析

　　根據Frost&Sullivan市場(chǎng)調查公司2015年9月對全球測試與測量大數據分析市場(chǎng)報告指出，如果將大數據分析應用到測試中，產(chǎn)品開(kāi)發(fā)成本將可減少近25%，運營(yíng)成本將可減少近20%，維護成本將可降低50%。由于大模擬數據是增長(cháng)最快且數量最龐大的數據類(lèi)型，尋找新的相關(guān)性并預測未來(lái)行為是保持競爭優(yōu)勢的關(guān)鍵。

　　要做到這一點(diǎn)，為了研究、設計和驗證目的而進(jìn)行測量的公司需要大大優(yōu)化采集和分析邊緣設備數據的方式，并在企業(yè)內部對數據進(jìn)行管理和分析，以確保能夠有效地利用這些數據來(lái)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據獲得更大回報。

　　感言

　　正如惠普企業(yè)超大型主機服務(wù)器和物聯(lián)網(wǎng)系統總經(jīng)理和副總裁Tom Bradicich所說(shuō)：“物聯(lián)網(wǎng)的智能終端分析和其他工業(yè)解決方案對于解決工業(yè)大數據問(wèn)題發(fā)揮著(zhù)重要的作用。智能測量節點(diǎn)提供在線(xiàn)數據分析，從而更快速獲得有意義的結果?，F在是時(shí)候通過(guò)大數據獲得更多信息了?！?/p>

　　NI分布式工業(yè)大數據系統

　　大數據可以分成數字和模擬數據兩大類(lèi)。數字數據又可以分成結構化數據(如來(lái)自企業(yè)應用程序的數據)或非結構化數據(例如通過(guò)Twitter或Facebook等社交媒體產(chǎn)生的數據)。另一方面，模擬數據是指工程(由工業(yè)系統產(chǎn)生)和環(huán)境數據(例如射頻、光和溫度數據以及自宇宙形成至今產(chǎn)生的數據)，這類(lèi)數據可使用傳感器測量，并使用模數轉換器來(lái)數字化，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、匯總和數字化模擬數據。此外，NI還推出了InsightCM Enterprise套件，提供了基礎設施/云層的數據管理和傳輸、數據分析和系統管理軟件，以便進(jìn)行大數據分析和挖掘?？傊?，這些產(chǎn)品形成了強大的平臺來(lái)構建用于工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)的大“模擬”數據系統。

為用戶(hù)提供專(zhuān)業(yè)的測試設備及系統

　　經(jīng)過(guò)充分的市場(chǎng)調研與經(jīng)驗積累，泛華在2016年會(huì )持續在裝備保障、自動(dòng)測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(wú)縫地滿(mǎn)足行業(yè)用戶(hù)需求。產(chǎn)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(chē)電子測試平臺、嵌入式高強度數據記錄設備等，這些產(chǎn)品能夠廣泛應用于航空航天、船舶、核能、汽車(chē)電子等行業(yè)。

　　具體行業(yè)上，例如汽車(chē)電子是泛華十余年一直關(guān)注的領(lǐng)域，已經(jīng)向客戶(hù)交付了數百套成熟穩定的測控系統，2016年泛華會(huì )繼續立足于汽車(chē)電子測試，持續推廣以輪速/位置類(lèi)傳感器測試為代表的成熟系統級產(chǎn)品，提供從傳感器到控制器再到執行器測試的各類(lèi)解決方案，實(shí)現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(lái)源于中國科技期刊《電子產(chǎn)品世界》2016年第2期第13頁(yè)，歡迎您寫(xiě)論文時(shí)引用，并注明出處。