從制造大國到制造強國的必由之路

如果說(shuō)成為制造強國對于中國來(lái)說(shuō)是別無(wú)選擇，那么被看成第四次工業(yè)革命重要基石的工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)的建設則是必由之路。

產(chǎn)業(yè)的提升需要具體的路徑，工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)的價(jià)值不僅在于通過(guò)基礎設施的建設來(lái)降低企業(yè)生產(chǎn)成本，更是在數字化轉型、網(wǎng)絡(luò )化協(xié)同、智能化生產(chǎn)中改變企業(yè)思路，邁向現代產(chǎn)業(yè)體系。從2012年“工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)”概念首次被提出，到5年后國家出臺工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)頂層規劃，之后2019年工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)更是被寫(xiě)入《政府工作報告》，2020年3月工信部則發(fā)布了20項措施推動(dòng)工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)加速發(fā)展，工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)毫無(wú)懸念地成為新基建七大方向之一。

隨著(zhù)近幾年的不斷發(fā)展，工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)的建設已經(jīng)從最初發(fā)展基礎架構升級為圍繞業(yè)務(wù)場(chǎng)景，應用聚焦基于設備物聯(lián)的數據價(jià)值挖掘和特定場(chǎng)景深度優(yōu)化?？焖俚陌l(fā)展并不能掩蓋背后的隱憂(yōu)，德州儀器（TI） 區域銷(xiāo)售經(jīng)理Vincent表示，對于大多數企業(yè)來(lái)說(shuō)，主要仍面臨三方面的困難和一個(gè)方面的擔心。

首先是工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)平臺的能力仍然不足，工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)平臺需要高效的數據采集、分析、服務(wù)等多方面能力，且設備種類(lèi)復雜、通信協(xié)議與數據格式各異，缺乏有效的降低接入成本的方法；其次，企業(yè)的資金投入能力不足，眾多企業(yè)尚處于低價(jià)同質(zhì)化競爭階段，并不愿意下大成本進(jìn)行信息化改造；再次，企業(yè)的意愿不足，目前由于工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)的發(fā)展處于初期，效果和實(shí)際回報并不明顯。至于擔心則集中在互聯(lián)網(wǎng)數據安全方面，害怕財務(wù)數據以及生產(chǎn)運營(yíng)和管理數據的泄露。

用戶(hù)的需求和遲疑給傳統工業(yè)基礎架構帶來(lái)眾多創(chuàng )新的同時(shí)，也帶來(lái)了更多設計挑戰，這需要集成電路供應商來(lái)幫助工程師在控制器、通信、感應等方面開(kāi)發(fā)智能系統。

數據來(lái)源不再是痛

工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)與現代化工業(yè)最大的不同，就是可以利用數據和機器學(xué)習推動(dòng)更智能的系統，因此作為驅動(dòng)制造業(yè)務(wù)最重要的數據來(lái)源，工業(yè)現場(chǎng)傳感器要更加準確及智能化。各種類(lèi)型的傳感器因此層出不窮，而前幾年出現的CMOS毫米波雷達技術(shù)則炙手可熱。

毫米波雷達利用60GHz或77GHz高頻毫米波技術(shù)，可在檢測范圍內精確測量物體的距離、相對速度和接近角度。與基于視覺(jué)和激光雷達的傳感器相比，毫米波傳感器可以更好地抵御雨、塵、煙、霧或霜等環(huán)境影響，可在完全黑暗中或陽(yáng)光直射下工作。因此十分適合工業(yè)等復雜的現場(chǎng)環(huán)境。支持安裝在無(wú)外透鏡、通風(fēng)口或傳感器表面的塑料外殼內，更容易圍繞防護等級 (IP) 69K 標準進(jìn)行設計，而且非常堅固耐用。與光學(xué)傳感器不同，毫米波傳感器不會(huì )收集任何個(gè)人身份信息，可以應用在隱私敏感區域。

毫米波雷達系統包括發(fā)送和接收射頻組件，天線(xiàn)以及時(shí)鐘等模擬組件和模數轉換器 (ADC)、微控制器單元 (MCU) 和數字信號處理器 (DSP) 等，TI IWRx 工業(yè)毫米波器件將以上組件全部集成，額外的數字處理資源還可用于聚合、跟蹤和分類(lèi)等任務(wù)的數據后處理。并可直接在傳感器邊緣進(jìn)行實(shí)時(shí)處理，通常無(wú)需額外的處理器。該產(chǎn)品系列品類(lèi)齊全，涵蓋從高性能雷達前端到超高分辨率、低功耗小型單芯片雷達的所有產(chǎn)品。

業(yè)界仍在探索毫米波雷達在工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)中的應用。 兩個(gè)潛在的應用是占用檢測和機器人技術(shù)。 對于占用檢測，雷達會(huì )計算一個(gè)區域內的人員數量，跟蹤他們的運動(dòng)路徑，識別運動(dòng)特征，例如一個(gè)人跌倒時(shí)的運動(dòng)特征，甚至可以在一個(gè)人靜止不動(dòng)時(shí)也可以檢測到更細微的動(dòng)作，例如心跳和呼吸頻率。對于機器人技術(shù)，雷達可以幫助無(wú)人駕駛車(chē)輛和無(wú)人機檢測障礙物以幫助導航，或者在人和其他移動(dòng)物體周?chē)鷮?shí)現更安全的操作。毫米波雷達等傳感器幫助我們與機器互動(dòng)，減少事故發(fā)生，實(shí)現智能機械臂、協(xié)作機器人系統、無(wú)人工廠(chǎng)管理等應用。

忘記通信與處理的痛

隨著(zhù)傳感器和執行器數量的不斷增加，需要優(yōu)化整個(gè)工廠(chǎng)通信對于滿(mǎn)足各種規模系統的各種要求。同時(shí)，在高度自動(dòng)化的工廠(chǎng)中，大型現場(chǎng)網(wǎng)絡(luò )（包括復雜系統、PLC和支持與外部網(wǎng)絡(luò )交互的網(wǎng)關(guān)）也隨著(zhù)數據傳輸量的增加和復雜度的增加，而變得更加重要。顯然自動(dòng)化設備之間有著(zhù)非常之多的通信選擇。在網(wǎng)絡(luò )通信方面，TI產(chǎn)品支持廣泛的工業(yè)通信標準 -- 從串行接口 (IO-Link、CAN、RS-485) 到工業(yè)以太網(wǎng)，以及諸如具備時(shí)效性的網(wǎng)絡(luò )體系 (TSN) 和單對以太網(wǎng) (SPE) 等新技術(shù)。對于基于視覺(jué)的工業(yè)系統，TI 的 V3link? 串行器和解串器有助于通過(guò)單根超細線(xiàn)同時(shí)傳輸高分辨率視頻、控制信號和電源。 這些解決方案使設計師能夠擁有更高的連通性和可擴展性，以滿(mǎn)足當前行業(yè)趨勢的需求。

工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)應用的設計人員必須確定要支持哪類(lèi)工業(yè)以太網(wǎng)協(xié)議，以使其系統與多個(gè)現場(chǎng)總線(xiàn)環(huán)境兼容。傳統上，添加協(xié)議需要創(chuàng )建附加接口或插入到主板的可互換模塊，每個(gè)決策都涉及到額外的硬件設計、更大的材料清單以及更長(cháng)的測試和認證周期。TI Sitara?處理器和微控制器無(wú)需添加硬件，即可提供支持多協(xié)議工業(yè)以太網(wǎng)的集成可編程實(shí)時(shí)單元和工業(yè)通信子系統(PRU-ICSS)。

TI最新推出的Sitara AM2x系列MCU結合了MCU和MPU的優(yōu)勢，比如MPU中的高性能Arm? Cortex-R系列CPU內核，高性能的RAM以及高速的信號處理，以及高速實(shí)時(shí)工業(yè)通信總線(xiàn)接口，并且結合了MCU中的安全功能及實(shí)時(shí)外設等特性，通過(guò)將業(yè)界先進(jìn)的處理性能、實(shí)時(shí)控制和高級網(wǎng)絡(luò )功能結合，從而使工廠(chǎng)自動(dòng)化實(shí)現了低延遲實(shí)時(shí)處理和控制，并通過(guò)PRU-ICSS通信加速模塊簡(jiǎn)化實(shí)現工業(yè)網(wǎng)絡(luò )。

未來(lái)的計算，尤其是與機器學(xué)習相關(guān)的計算，將越來(lái)越多地發(fā)生在邊緣。為了滿(mǎn)足這一要求，嵌入式系統需要具有更高的性能和性?xún)r(jià)比，同時(shí)降低功耗。 TI 的 Jacinto? 7 SoC 集成了 A72 CPU、R5 MCU、多核 DSP 以及深度學(xué)習和視覺(jué)處理加速器，能夠以低功耗水平支持高實(shí)時(shí)計算吞吐量?？蛻?hù)能夠使用行業(yè)標準的AI引擎，在 TI 高效的深度學(xué)習處理器上部署訓練有素的網(wǎng)絡(luò )模型。

需要選擇正確的合作伙伴落地

顯然，工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)是一個(gè)非常復雜的系統，在傳感、網(wǎng)絡(luò )傳輸、執行、機電一體化和功能性安全以及電氣方面存在諸多設計挑戰。TI推出了一系列高性?xún)r(jià)比的模擬和嵌入式方案，一方面為工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)提供靈活可靠的數據搜集、傳輸、處理、執行的基礎芯片，另一方面則是通過(guò)一站式的設計和參考資料，幫助中國客戶(hù)加速開(kāi)發(fā)周期，盡早普及工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)市場(chǎng)。

目前中國是全世界唯一擁有聯(lián)合國產(chǎn)業(yè)分類(lèi)中所列全部工業(yè)門(mén)類(lèi)41個(gè)工業(yè)大類(lèi)、207個(gè)工業(yè)中類(lèi)、666個(gè)工業(yè)小類(lèi)的國家?！笆奈逵媱潯焙?035年遠景目標將“堅定不移建設制造強國、質(zhì)量強國、網(wǎng)絡(luò )強國、數字中國”擺在重要位置。隨著(zhù)《工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)創(chuàng )新發(fā)展行動(dòng)計劃》（2021~2023）的發(fā)布，標志著(zhù)未來(lái)3年將是中國工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)快速成長(cháng)期的關(guān)鍵期。工信部數據顯示，截至2021年3月底，工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)平臺連接工業(yè)設備總數達到7300萬(wàn)臺，工業(yè)應用突破59萬(wàn)個(gè)。

作為全球領(lǐng)先的半導體公司，TI提供系統級方案，既幫助提升工程師的設計效能，又加速產(chǎn)品驗證與量產(chǎn)。根據TI 2020財年業(yè)績(jì)報告，工業(yè)市場(chǎng)占比已超過(guò)35%，是五大細分市場(chǎng)的第一位。今年恰逢TI進(jìn)入中國35周年，從進(jìn)入中國伊始，TI一直持續深耕中國工業(yè)市場(chǎng)，隨著(zhù)中國新基建的推進(jìn)，TI始終如一，助力工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)的騰飛。TI擁有品類(lèi)齊全的模擬和嵌入式處理系列產(chǎn)品、強大的本地制造研發(fā)能力、遍布全國的產(chǎn)品分銷(xiāo)及銷(xiāo)售網(wǎng)絡(luò )的公司，顯然會(huì )成為中國工業(yè)數字化之旅的同行者。