半導體助推工業(yè)設備創(chuàng )新-解決制造業(yè)難題的IoT和AI解決方案

制造業(yè)的DX（數字化轉型）將為制造業(yè)帶來(lái)巨大變革。其中尤為引人注目的是智能工廠(chǎng)。通常，智能工廠(chǎng)給人的印象是一種近未來(lái)的形象：引進(jìn)協(xié)作機器人或AMR（自主移動(dòng)機器人），結合AI技術(shù)和大量分析數據，實(shí)現自動(dòng)化和省人化（節省人力）。其實(shí)，只需在現有系統中嵌入使用傳感器和無(wú)線(xiàn)通信的簡(jiǎn)單IoT（物聯(lián)網(wǎng)）技術(shù)，也可以讓工廠(chǎng)變?yōu)橹悄芄S(chǎng)。

實(shí)現智能工廠(chǎng)不僅可以提高生產(chǎn)力、品質(zhì)和安全性，還可降低成本、減輕環(huán)境負荷，同時(shí)，通過(guò)為設備或裝置另行配備AI芯片，還可實(shí)現實(shí)時(shí)故障預測、深度修理和更換、降低生產(chǎn)線(xiàn)停轉風(fēng)險。ROHM不僅擁有應用了傳感器和無(wú)線(xiàn)通信技術(shù)的機器健康相關(guān)產(chǎn)品陣容，還擁有無(wú)需無(wú)線(xiàn)通信即可獨立工作的基于設備端學(xué)習AI芯片的機器健康解決方案。

智能工廠(chǎng)

●什么是智能工廠(chǎng)？

智能工廠(chǎng)是集物理制造流程與先進(jìn)的數字技術(shù)于一體的制造系統。通過(guò)利用通信技術(shù)收集公司內外的制造相關(guān)數據，并利用模數融合技術(shù)來(lái)實(shí)現從產(chǎn)品設計到制造、檢驗、以及配送的所有流程相互聯(lián)動(dòng)，可以大幅提高效率。通過(guò)融合自動(dòng)化、數據分析、IoT、AI等技術(shù)，可以協(xié)助解決工廠(chǎng)中的諸多課題。

●智能工廠(chǎng)的優(yōu)勢和未來(lái)的可能性

對于制造業(yè)而言，智能工廠(chǎng)能夠為其帶來(lái)諸多好處，其中包括提高生產(chǎn)力和安全性、降低制造成本以及改善品質(zhì)管理等。通過(guò)實(shí)時(shí)數據分析和遠程操作，可以打造更加高效和可持續發(fā)展的生產(chǎn)體系。目前，勞動(dòng)力短缺是制造業(yè)面臨的一大課題，而智能工廠(chǎng)的自動(dòng)化和省人化則可以解決該課題。

智能工廠(chǎng)的技術(shù)要素

●IoT在智能工廠(chǎng)中的作用

智能工廠(chǎng)的核心要素是融合了先進(jìn)感測和無(wú)線(xiàn)通信技術(shù)的IoT（物聯(lián)網(wǎng)）技術(shù)。

針對利用感測技術(shù)收集到的數據，有效運用融入了無(wú)線(xiàn)通信技術(shù)的IoT技術(shù)，可使制造業(yè)的生產(chǎn)管理更容易，并大幅提高生產(chǎn)力。

利用連接了各種傳感器的IoT設備，可以實(shí)時(shí)監控生產(chǎn)線(xiàn)的整體情況，并根據需要進(jìn)行精密調整。這不僅會(huì )提高生產(chǎn)力和品質(zhì)，還能減少錯誤的發(fā)生。

●智能工廠(chǎng)不僅僅是“機器人”

智能工廠(chǎng)并不是僅有最先進(jìn)的機器人和AMR就能實(shí)現的。通過(guò)在現有制造設備中嵌入各種傳感器和無(wú)線(xiàn)通信技術(shù)，即可享受智能工廠(chǎng)的好處，比如提高生產(chǎn)力和安全性、節省人力、降低制造成本、改善品質(zhì)管理等。

■ 加速度傳感器

加速度傳感器可以檢測傾斜、沖擊和振動(dòng)。ROHM的加速度傳感器具有檢測范圍寬（～64g）、支持的溫度范圍寬（－40～105℃）和小型封裝（2mm×2mm）三大特點(diǎn)，非常適用于工業(yè)設備應用。另外，還與同等的主流通用產(chǎn)品兼容，支持在工業(yè)設備所要求的更寬頻段范圍的應用。

■ 顏色傳感器

通過(guò)識別產(chǎn)品、材料、液體等的顏色，自動(dòng)分類(lèi)并檢測異常。例如，在工廠(chǎng)中，可以使用顏色傳感器來(lái)判定旋轉泵內液體的顏色、水槽內水的濁度。

■ 電流傳感器

通過(guò)測量電機的電流并進(jìn)行高效的控制以及對過(guò)電流等進(jìn)行監測，來(lái)提高電源管理和控制系統的安全性和效率。

■ 照度傳感器

用來(lái)測量光的亮度和照度的傳感器裝置。有助于優(yōu)化照明設備的使用。

通過(guò)監控光的亮度并調整照明的照度來(lái)提高能效，從而實(shí)現可持續發(fā)展的智能工廠(chǎng)。

ROHM還可提供將這些傳感器與Wi-SUN?、無(wú)需電池的EnOcean?等無(wú)線(xiàn)通信技術(shù)相結合的解決方案，通過(guò)升級現有設備助力實(shí)現智能工廠(chǎng)。

●數據收集、分析及其運用

在智能工廠(chǎng)中，從IoT設備收集到的大量數據是優(yōu)化生產(chǎn)流程的關(guān)鍵所在。通過(guò)AI和先進(jìn)的數據分析技術(shù)，這些數據將被用在改善品質(zhì)管理、提高生產(chǎn)效率以及預測性維護等工作中。這種數據驅動(dòng)方法可以為制造業(yè)帶來(lái)革新性?xún)r(jià)值，并幫助企業(yè)獲得競爭優(yōu)勢。

然而，在傳統的系統中，要想用傳感器獲取和傳輸數據，需要用到很多線(xiàn)纜、電源、計算機和存儲系統，而這要花費巨大的成本和大量時(shí)間，無(wú)疑會(huì )提高導入門(mén)檻。

針對這一課題，ROHM利用基于EnOcean?的無(wú)電池解決方案和即使在工廠(chǎng)內也能穩定通信的低功耗無(wú)線(xiàn)Wi-SUN?，打造出體積小巧、設置靈活性高、可以大幅減少導入成本和時(shí)間的傳感器節點(diǎn)解決方案。僅需將其安裝在現有設備上，即可輕松實(shí)現支持機器健康的無(wú)線(xiàn)傳感器解決方案。

*EnOcean?是EnOcean GmbH的注冊商標。

*Wi-SUN?是Wi-SUN Alliance的注冊商標。

智能工廠(chǎng)面臨的挑戰及其對策

智能工廠(chǎng)利用IoT、AI以及數據分析等先進(jìn)技術(shù)，可實(shí)現提高生產(chǎn)力、改善品質(zhì)管理、降低成本等目標。然而，在引進(jìn)和運用智能工廠(chǎng)的過(guò)程中，可能會(huì )面臨以下挑戰。

●缺乏相關(guān)技能和知識

智能工廠(chǎng)的挑戰之一是缺乏能夠了解新技術(shù)并合理運用的人才。解決該問(wèn)題主要有以下三種方法。

第一是加強員工的教育培訓和訓練。

第二是聘用具備相關(guān)技能的外部人才。

第三是通過(guò)合理引進(jìn)和運用IoT、AI等技術(shù)來(lái)彌補技能和知識上的不足。

例如，通過(guò)使用了傳感器、無(wú)線(xiàn)通信和AI的IoT技術(shù)來(lái)使現有系統的功能更加智能，這樣無(wú)需引進(jìn)新系統即可實(shí)現自動(dòng)化并節省人力，同時(shí)還可減輕操作員工和技術(shù)人員的負擔。

●安全風(fēng)險

隨著(zhù)IoT設備的引進(jìn)和數據共享的不斷擴展，網(wǎng)絡(luò )安全風(fēng)險也隨之增加。要解決這些網(wǎng)絡(luò )安全問(wèn)題，就需要加強安全策略或引進(jìn)專(zhuān)門(mén)的安全系統。

●數據管理和分析方面的問(wèn)題

智能工廠(chǎng)通常會(huì )產(chǎn)生大量的數據，需要合理的數據管理和分析才能有效利用這些數據。這一問(wèn)題的有效解決方案是使用先進(jìn)的分析工具或引進(jìn)基于A(yíng)I的數據分析技術(shù)。

●引進(jìn)成本

引進(jìn)智能工廠(chǎng)不僅需要巨額的初期投資，而且其維護成本也很高，因此很多企業(yè)負責人對此可能會(huì )猶豫不決。在引進(jìn)工業(yè)機器人和自動(dòng)搬運等系統時(shí)，需要有計劃地引進(jìn)并計算合理的ROI；而在升級現有的生產(chǎn)系統時(shí)，則可以用盡可能低的引進(jìn)成本來(lái)實(shí)現工廠(chǎng)的智能化。

●法律法規和標準化方面的課題

在引進(jìn)智能工廠(chǎng)的過(guò)程中，會(huì )出現數據隱私、數據安全、設備的兼容性等各種法律法規和標準化相關(guān)的問(wèn)題。要解決這些問(wèn)題，就需要施以適當的管理并了解相關(guān)的法律法規。

●“不聯(lián)網(wǎng)”的智能工廠(chǎng)

另一方面，企業(yè)對于“不聯(lián)網(wǎng)”的智能工廠(chǎng)的需求也越來(lái)越大。

例如，ROHM正在開(kāi)發(fā)的一種能夠在端點(diǎn)進(jìn)行設備端學(xué)習的AI解決方案“Solist-AI?”，它不同于以往的訓練和推理均在云端進(jìn)行的AI系統，是一種將AI芯片直接嵌入到各個(gè)設備或傳感器中即可獨立運行的AI解決方案。

端點(diǎn)型AI的主要優(yōu)勢在于可以減輕網(wǎng)絡(luò )負荷、響應時(shí)間非常短、以及可以大幅降低功耗。但是，以往的端點(diǎn)型AI很難在設備端學(xué)習，最終需要依賴(lài)經(jīng)由云服務(wù)器的上位機系統，這就需要耗費大量的工時(shí)和成本。

ROHM的Solist-AI?是一種支持現場(chǎng)學(xué)習的獨立AI解決方案，因此AI系統可以在設備端學(xué)習（分析）不同安裝環(huán)境中每臺設備的正常狀態(tài)并進(jìn)行推理。另外，還能輕松地在每臺安裝的設備上重新學(xué)習。這會(huì )消除對云網(wǎng)絡(luò )和服務(wù)器的依賴(lài)，有助于削減工時(shí)、成本和功耗。目前，ROHM正在開(kāi)發(fā)配備ARM Cortex M0+和設備端學(xué)習AI加速器的AI芯片ML63Q2500系列（預計于2024年提供樣品，2025年量產(chǎn)）。

*Solist-AI?是ROHM Co., Ltd.的商標或注冊商標。

在智能工廠(chǎng)中的解決方案應用示例

●利用IoT和AI優(yōu)化應用

1.引進(jìn)IoT設備：從現場(chǎng)獲取實(shí)時(shí)數據。   

2. AI分析：AI分析獲取到的數據并判別模式。

3. 預測建模：根據分析結果預測異常和潛在問(wèn)題。

4. 自動(dòng)化：根據預測結果自動(dòng)執行最佳動(dòng)作來(lái)優(yōu)化應用。

ROHM提供的工業(yè)解決方案可通過(guò)尖端技術(shù)升級現有的制造和生產(chǎn)系統，從而可提高生產(chǎn)效率并實(shí)現更合理的品質(zhì)管理。

智能工廠(chǎng)的影響及其未來(lái)愿景

●未來(lái)預測及其深遠影響

智能工廠(chǎng)擁有改變企業(yè)和工廠(chǎng)未來(lái)的力量。它不僅可以大幅提高生產(chǎn)力和生產(chǎn)效率，還可實(shí)現供應鏈的可視化、創(chuàng )造新的商業(yè)模式并帶來(lái)整個(gè)行業(yè)的典范轉移。這是因為智能工廠(chǎng)通過(guò)整合數字技術(shù)和物理制造流程，能夠實(shí)現實(shí)時(shí)數據分析和預測。

●創(chuàng )造可持續性發(fā)展和預測性維護等新趨勢

智能工廠(chǎng)的進(jìn)步正在不斷開(kāi)創(chuàng )新的發(fā)展趨勢。其中之一是追求可持續性發(fā)展。智能工廠(chǎng)通過(guò)提高能效并更大程度地減少生產(chǎn)過(guò)程中產(chǎn)生的廢棄物，有助于減輕環(huán)境負荷。另外，通過(guò)靈活利用數據，還可以預測生產(chǎn)設備的故障，優(yōu)化維護保養工作，實(shí)現預測性維護。這些是企業(yè)進(jìn)入可持續發(fā)展軌道、迎接高效未來(lái)的關(guān)鍵因素。

總結

智能工廠(chǎng)所帶來(lái)的變革是可以預見(jiàn)制造業(yè)未來(lái)的變革。通過(guò)充分利用IoT、AI和數據分析等尖端技術(shù)，將會(huì )拓展制造業(yè)的數字化轉型（DX）、提高工廠(chǎng)的生產(chǎn)力和品質(zhì)、實(shí)現供應鏈的可視化以及創(chuàng )造新商業(yè)模式等的可能性。不僅如此，智能工廠(chǎng)正在推動(dòng)制造業(yè)追求可持續發(fā)展和預測性維護等新的發(fā)展趨勢。這些是公司和工廠(chǎng)進(jìn)入可持續發(fā)展軌道、迎接高效未來(lái)的關(guān)鍵因素。ROHM通過(guò)可以添加在現有設備和系統上的IoT（傳感器、無(wú)線(xiàn)通信）和AI解決方案，助力實(shí)現工廠(chǎng)的智能化，并解決制造業(yè)所面臨的難題。

同時(shí)，要想實(shí)現智能工廠(chǎng)，工廠(chǎng)內部設備自身的改造也是至關(guān)重要的。ROHM將通過(guò)提供優(yōu)勢產(chǎn)品領(lǐng)域的功率元器件和模擬IC，為提高設備的效率并實(shí)現設備的小型化貢獻力量。關(guān)于功率元器件和模擬IC，我們將在下一篇文章進(jìn)行介紹，屆時(shí)會(huì )將重點(diǎn)放在預計其需求與工業(yè)設備中的工廠(chǎng)自動(dòng)化領(lǐng)域同樣大的能源領(lǐng)域。