智能制造的市場(chǎng)前景及技術(shù)發(fā)展

王瑩　王金旺

摘要：智能制造涉及云計(jì)算、嵌入式視覺、工業(yè)和消費(fèi)類物聯(lián)網(wǎng)（IIoT和IoT）及5G等各個(gè)領(lǐng)域，隨著社會(huì)需求的不斷提高，相關(guān)政策支持的不斷完善，以及基礎(chǔ)技術(shù)的持續(xù)發(fā)展，智能制造的各項(xiàng)技術(shù)也將得到進(jìn)一步的突破和發(fā)展。

關(guān)鍵詞：智能制造；物聯(lián)網(wǎng)；工業(yè)通訊網(wǎng)絡(luò)

DOI：10.3969/j.jssn.1005-5517.2017.2.003

人工智能與互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)融合下的“機(jī)器人2.0”

機(jī)器人在汽車、電子制造等行業(yè)中的應(yīng)用已經(jīng)非常普遍，但目前的機(jī)器人多指一些自動(dòng)化設(shè)備，并不是真正意義上的機(jī)器人。而隨著傳感器、人工智能等技術(shù)的進(jìn)步，未來，機(jī)器人將逐漸與人工智能、云計(jì)算、大數(shù)據(jù)、互聯(lián)網(wǎng)等信息技術(shù)相結(jié)合，實(shí)現(xiàn)感知、深度學(xué)習(xí)和決策等功能，從執(zhí)行一項(xiàng)簡(jiǎn)單重復(fù)性的工作進(jìn)化為執(zhí)行各種復(fù)雜多樣化的工作，并開始應(yīng)用大數(shù)據(jù)實(shí)現(xiàn)自律化。如今，微軟、谷歌、英特爾等科技巨頭已進(jìn)軍機(jī)器人產(chǎn)業(yè).布局“機(jī)器人2.0”時(shí)代，引領(lǐng)智能機(jī)器人的創(chuàng)新發(fā)展。我國(guó)已發(fā)布《機(jī)器人產(chǎn)業(yè)發(fā)展規(guī)劃（2016-2020年）》，重點(diǎn)開展人工智能、機(jī)器人深度學(xué)習(xí)等新一代機(jī)器人技術(shù)研究，注重戰(zhàn)略性、前瞻性、創(chuàng)新性的工作，以期在機(jī)器人產(chǎn)業(yè)變革中實(shí)現(xiàn)“彎道超車”。

專業(yè)級(jí)無人機(jī)

由于航拍應(yīng)用的局限性，消費(fèi)級(jí)無人機(jī)市場(chǎng)短期內(nèi)將不會(huì)呈現(xiàn)爆發(fā)式增長(zhǎng)，從技術(shù)、成本、應(yīng)用成熟度和行業(yè)發(fā)展規(guī)律等角度看，中國(guó)無人機(jī)市場(chǎng)正在逐漸走向成熟，愈發(fā)激烈的競(jìng)爭(zhēng)也促使企業(yè)向?qū)I(yè)級(jí)應(yīng)用轉(zhuǎn)型。技術(shù)方面，隨著傳統(tǒng)數(shù)據(jù)處理芯片廠商，如英特爾、高通、英偉達(dá)布局無人機(jī)數(shù)據(jù)處理平臺(tái)上，無人機(jī)將成為實(shí)現(xiàn)人工智能的最佳載體，快速突破專業(yè)應(yīng)用的技術(shù)瓶頸。產(chǎn)品方面，以歌爾聲學(xué)、比亞迪為代表的ODM廠商逐漸布局無人機(jī)生產(chǎn)制造，加速產(chǎn)品量產(chǎn)及迭代，有效降低專業(yè)應(yīng)用成本，從根本上推動(dòng)專業(yè)應(yīng)用市場(chǎng)的發(fā)展。應(yīng)用方面，經(jīng)過幾年的用戶培養(yǎng)，無人機(jī)在各專業(yè)領(lǐng)域，尤其是農(nóng)業(yè)植保的應(yīng)用逐步為用戶所接受，無人機(jī)專業(yè)應(yīng)用將呈現(xiàn)旺盛的市場(chǎng)需求。

互聯(lián)性對(duì)智能設(shè)備更高的性能要求

互聯(lián)大趨勢(shì)要求更高的可編程性和軟件定義性

未來將會(huì)有超過500億的器件和機(jī)器于2020年前實(shí)現(xiàn)互連。一旦連接，它們必須具有足夠的安全性以抵御硬件級(jí)別的直接入侵。因?yàn)檫@些設(shè)備、機(jī)器、系統(tǒng)和網(wǎng)絡(luò)對(duì)環(huán)境的感知度越來越高，它們必須適應(yīng)它們的環(huán)境和需求，因而必須具有更高的可編程性與軟件定義性。此外，它們還必須具備可擴(kuò)展性，因?yàn)樵絹碓蕉嗟墓δ懿粌H進(jìn)行了虛擬化，而且還高效映射到了共享計(jì)算資源中。由于數(shù)據(jù)和視頻是通過無處不在的傳感器和攝像機(jī)采集的，因此，分析必須幫助這些機(jī)器進(jìn)行識(shí)別、說明、決策和行動(dòng)。此外，這些系統(tǒng)和網(wǎng)絡(luò)還必須滿足心急的最終用戶與實(shí)時(shí)場(chǎng)景不斷增長(zhǎng)的需要，其需要即時(shí)的低時(shí)延響應(yīng)。然而在幕后，它們還必須在盡量降低功耗的同時(shí)，通過更為高級(jí)的算法處理呈指數(shù)增長(zhǎng)的數(shù)據(jù)量、數(shù)據(jù)包和像素。并且還必須高度差異化，否則將在競(jìng)爭(zhēng)日益激烈的低成本全球市場(chǎng)中失敗。這只能通過將軟件智能與硬件優(yōu)化、“任意”連接相組合來實(shí)現(xiàn)。Xilinx全可編程解決方案可實(shí)現(xiàn)更智能的互連差異化系統(tǒng)，從而可將高級(jí)別的軟件智能性與硬件優(yōu)化及“任意”連接功能進(jìn)行完美整合，成為驅(qū)動(dòng)行業(yè)大趨勢(shì)未來發(fā)展的強(qiáng)大動(dòng)力。

關(guān)鍵技術(shù)相互依存

推動(dòng)這些大趨勢(shì)的一些關(guān)鍵技術(shù)，包括機(jī)器學(xué)習(xí)訓(xùn)練和推斷、實(shí)時(shí)的計(jì)算機(jī)視覺、日益異構(gòu)化的傳感器融合、預(yù)測(cè)分析、大規(guī)模無線MIMO，網(wǎng)絡(luò)功能虛擬化（NFV）以及超高清視頻串流。我們看到的是，技術(shù)的進(jìn)步有空前加速和統(tǒng)一的趨勢(shì)，眾多的技術(shù)正在不斷地被組合在一起，創(chuàng)造出全新的應(yīng)用和市場(chǎng)。

我們也越來越多地看到這些大趨勢(shì)和相關(guān)支持技術(shù)的相互依存。例如，包括自動(dòng)駕駛汽車、“協(xié)作機(jī)器人（Cobot）”和“感知與規(guī)避”無人機(jī)等視覺導(dǎo)向的自主系統(tǒng)的開發(fā)，就是通過將可重配置和實(shí)時(shí)傳感器融合、計(jì)算機(jī)視覺和機(jī)器學(xué)習(xí)技術(shù)集中于同一“全可編程”或者硬件加速多處理系統(tǒng)級(jí)芯片（MPSoC）而實(shí)現(xiàn)的。

由于5G連接技術(shù)的出現(xiàn)，這些自主系統(tǒng)將成為物聯(lián)網(wǎng)的組成部分，從而獲得不間斷的機(jī)器學(xué)習(xí)訓(xùn)練更新、預(yù)測(cè)維護(hù)指令、新功能及服務(wù)更新，以及實(shí)時(shí)的超高清視頻云端上傳和下載。在“霧”計(jì)算的配合下，云計(jì)算將利用可重配置的FPGA加速技術(shù)，以更高的吞吐量和更低的時(shí)延處理這些工作負(fù)載。

擴(kuò)陣容、推環(huán)境、建專區(qū)

一方面，Xilinx大力擴(kuò)充了其產(chǎn)品陣容。今天的Xilinx從產(chǎn)品上既有廣泛的全可編程FPGA器件系列，還包括從單核到雙核，直到多核的可擴(kuò)展型系統(tǒng)級(jí)Zynq SoC及MPSoC芯片；既有傳統(tǒng)的高端產(chǎn)品系列，又?jǐn)U充了強(qiáng)大的成本優(yōu)化型FPGA系列和基于ARM的SoC系列產(chǎn)品，從而為越來越多領(lǐng)域?qū)θ删幊唐骷男枨筇峁┝素S富的選擇。

另一方面，為滿足更加廣泛的軟件與系統(tǒng)工程師社區(qū)的需求，Xilinx推出新一代軟件定義的SDX開發(fā)環(huán)境，大幅降低FPGA開發(fā)難度，為軟件及系統(tǒng)級(jí)工程師也能享受FPGA硬件開發(fā)的優(yōu)勢(shì)提供了“全可編程”的編程模式，工程師可以用其熟悉的C、C++、OpenCL語言或者堆棧進(jìn)行設(shè)計(jì)。

此外，面向可編程器件應(yīng)用需求，Xilinx相繼在官網(wǎng)推出了面向軟件、硬件及系統(tǒng)開發(fā)人員的嵌入式視覺開發(fā)者專區(qū)及“加速專區(qū)”。其中匯集龐大而豐富的工程設(shè)計(jì)資源，包括軟件開發(fā)優(yōu)化庫、硬件開發(fā)人員視覺IP、項(xiàng)目，以及Xilinx及其聯(lián)盟計(jì)劃成員和社區(qū)開發(fā)人員所提供的各種教程。通過這些專區(qū)，Xilinx為開發(fā)人員快速啟動(dòng)開發(fā)下一代視覺系統(tǒng)提供了一個(gè)“一站式平臺(tái)”，幫助他們充分利用基于機(jī)器學(xué)習(xí)技術(shù)的傳感器融合、高級(jí)計(jì)算機(jī)視覺算法以及對(duì)象檢測(cè)與分析功能等。

工業(yè)通訊網(wǎng)絡(luò)成為關(guān)鍵

全球各主要工業(yè)發(fā)達(dá)國(guó)家引領(lǐng)生產(chǎn)方式變革，穩(wěn)步推進(jìn)實(shí)施再工業(yè)化、制造業(yè)回歸、工業(yè)4.0等發(fā)展戰(zhàn)略，發(fā)展中國(guó)家制造業(yè)擺脫落后產(chǎn)能，實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)型升級(jí)的需求日趨迫切。

以此為契機(jī)，工業(yè)通信網(wǎng)絡(luò)成為了提高生產(chǎn)效率和實(shí)時(shí)處理的關(guān)鍵組成部分。如今，工業(yè)以太網(wǎng)協(xié)議，如EtherCAT、PROFINET、Ethernet I/P等的節(jié)點(diǎn)數(shù)量和拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)復(fù)雜性的增加，確保了高效通信的可靠性和效率。這些通信網(wǎng)絡(luò)成為貫穿整個(gè)工廠生產(chǎn)的關(guān)鍵。

運(yùn)動(dòng)控制市場(chǎng)需求增長(zhǎng)

就國(guó)內(nèi)而言，“中國(guó)制造2025”等政策為運(yùn)動(dòng)控制產(chǎn)品提供了強(qiáng)有力的政策支持，未來該市場(chǎng)仍有很大的增長(zhǎng)潛力?！爸腔酃S”概念將為運(yùn)動(dòng)控制產(chǎn)品帶來巨大需求；市場(chǎng)對(duì)相關(guān)設(shè)備產(chǎn)品以及解決方案的需求也應(yīng)運(yùn)而生，主要表現(xiàn)在：小型運(yùn)動(dòng)控制方案正在向包含通訊、反饋、控制等的大型方案轉(zhuǎn)變和中小客戶在產(chǎn)業(yè)升級(jí)過程中對(duì)運(yùn)動(dòng)控制需求增長(zhǎng)。

以太網(wǎng)通訊相關(guān)芯片——RZ/T1系列

近年來，針對(duì)這一市場(chǎng)趨勢(shì)，瑞薩電子推出了一系列工業(yè)以太網(wǎng)通信相關(guān)芯片。其中，RZ/T1系列是適用于AC伺服系統(tǒng)的高速實(shí)時(shí)性芯片。這顆芯片基于ARM核，不含ROM的設(shè)計(jì)使其擁有更高的主頻，能實(shí)現(xiàn)更高速實(shí)時(shí)的處理，這是一般Flash MCU所無法企及的。

RZ/T1系列是集成度非常高的芯片，它由三大塊組成，即：

1.搭載超實(shí)時(shí)性MCU：Cortex-R4F@300/450/600MHz（可選），含單、雙精度浮點(diǎn)運(yùn)算單元，內(nèi)置緊密耦合存儲(chǔ)器（512K+32K，TCM），消除緩存存儲(chǔ)器易造成的執(zhí)行時(shí)間波動(dòng)，從而實(shí)現(xiàn)高速處理和相應(yīng)。

2.內(nèi)置用于工業(yè)以太網(wǎng)通信的R-IN引擎：Cortex-M3@150MHz，可支持多種標(biāo)準(zhǔn)工業(yè)以太網(wǎng)通信協(xié)議，如EtherCAT、PROFINET、Ethernet I/P等，客戶無需外置其它專用以太網(wǎng)通信芯片。

3.內(nèi)置編碼器接口：支持多種協(xié)議的編碼器接口，如NlKON A-Format、EnDat、BISS-B/C、Tamagawa Seiki等，客戶無需外置FPGA/ASIC即可實(shí)現(xiàn)絕對(duì)值編碼器接口功能。

基于RZ/T1芯片，瑞薩電子也提供相應(yīng)的開發(fā)評(píng)估套件及運(yùn)動(dòng)控制解決方案套件，幫助客戶更容易地評(píng)估RZ/T1的各種特性和驅(qū)動(dòng)控制性能，縮短開發(fā)周期。運(yùn)動(dòng)控制解決方案套件包含所有開發(fā)需要的設(shè)備，包括MPU主板、變頻板、電機(jī)、固件、工具、文檔等。

邊緣計(jì)算和存儲(chǔ)的應(yīng)用需求

智能制造網(wǎng)絡(luò)邊緣安全需要重視

邊緣計(jì)算以及存儲(chǔ)增加是我們持續(xù)觀察到的趨勢(shì)。隨著行業(yè)變革開始向工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)（IIoT）和工業(yè)4.0發(fā)展，制造行業(yè)的機(jī)遇仍在孕育當(dāng)中。智能制造的最終目標(biāo)是通過互聯(lián)的流程和實(shí)時(shí)的產(chǎn)品增加對(duì)信息的安全訪問和可見性，從而提高整個(gè)生態(tài)系統(tǒng)的效率和生產(chǎn)率。因此，智能制造需要更多邊緣計(jì)算和存儲(chǔ)，并且可靠、安全地連接到云。

據(jù)“Cisco全球云指數(shù)”估計(jì)，一家互聯(lián)智能工廠每天可產(chǎn)生1PB數(shù)據(jù)，其中只有0.2%的數(shù)據(jù)傳輸回云。傳輸?shù)皆频臄?shù)據(jù)量可能因回程的成本效益、數(shù)據(jù)所有權(quán)問題等因素而異，由此導(dǎo)致了大量的邊緣處理和數(shù)據(jù)存儲(chǔ)要求，目的是通過數(shù)據(jù)分析獲益。

隨著智能制造進(jìn)入數(shù)字化時(shí)代，網(wǎng)絡(luò)安全成為亟需解決的熱門話題。貫穿在當(dāng)今眾多攻擊事件中的共同主題是：攻擊者將惡意代碼寫入通常位于網(wǎng)絡(luò)附近或邊緣位置的設(shè)備的非易失性存儲(chǔ)中，意圖令該設(shè)備成為惡意僵尸網(wǎng)絡(luò)的一部分。隨著網(wǎng)絡(luò)安全防御體系的發(fā)展正在跟上最新攻擊的發(fā)展步伐，充分利用軟件和硬件的現(xiàn)有功能至關(guān)重要。因此，切不可輕視智能制造網(wǎng)絡(luò)邊緣的系統(tǒng)代碼保護(hù)工作。邊緣計(jì)算在制造業(yè)中的應(yīng)用

在制造業(yè)中，邊緣計(jì)算意味著“互聯(lián)”機(jī)器可以實(shí)時(shí)收集、分析數(shù)據(jù)，并做出明智的決策。這些計(jì)算單元可以通過傳統(tǒng)的無線局域網(wǎng)或以太網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)實(shí)現(xiàn)互聯(lián)，但由于蜂窩網(wǎng)絡(luò)廣為普及且部署成本較低，因此，使用微型機(jī)器對(duì)機(jī)器（M2M）模塊進(jìn)行連接更為高效，這些模塊嵌入到這些邊緣計(jì)算單元中，可以始終開啟、隨時(shí)可用。這些單元的部署范圍相當(dāng)廣，可以部署在工廠的遠(yuǎn)程節(jié)點(diǎn)中，也可以部署到生產(chǎn)車間執(zhí)行重復(fù)任務(wù)的機(jī)器人中。這些邊緣計(jì)算單元可直接與云基礎(chǔ)設(shè)施進(jìn)行通訊，并直接提供用于分析的數(shù)據(jù)。通過機(jī)器學(xué)習(xí)和各項(xiàng)規(guī)則，這些單元還可以根據(jù)歷史行為預(yù)測(cè)潛在問題或故障。這為操作員提供了充足的預(yù)警，方便做出變更并避免停機(jī)，從而提高工作效率并提供更高的投資回報(bào)（ROI）。這些邊緣計(jì)算單元可以是安全、強(qiáng)大、耐用且性能更高的微型解決方案，比如M2M模塊、工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)網(wǎng)關(guān)或工業(yè)PC（IPC），它們還可以執(zhí)行邊緣分析，提供實(shí)時(shí)決策和行動(dòng)。這些工業(yè)PC通常采用x86和ARM處理器，具備各種外形尺寸，可擴(kuò)展性好，能夠滿足多種客戶需求，足以取代可編程邏輯控制器（PLC）或可編程自動(dòng)化控制器（PAC）等傳統(tǒng)的專用解決方案。此外，工廠中的操作員還可以利用工業(yè)PC執(zhí)行工單管理、通知、報(bào)告和儀表盤任務(wù)，有助于提高效率。這樣的工業(yè)PC可以緊密集成到分布式控制系統(tǒng)或常用的自動(dòng)化工具中。工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)網(wǎng)關(guān)是另一種工業(yè)PC，可以通過嵌入式蜂窩技術(shù)連接可部署的其他高級(jí)功能。值得注意的是，雖然蜂窩技術(shù)的進(jìn)步帶來很多突破，新的蜂窩解決方案不斷問世，但由于工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)網(wǎng)關(guān)要在極端環(huán)境中進(jìn)行部署，因此，通常該類型網(wǎng)關(guān)對(duì)于堅(jiān)固耐用有更高的要求。

工業(yè)商數(shù)（IQ）

綜合上述挑戰(zhàn)和趨勢(shì)，美光科技推出了自己的工業(yè)商數(shù)（IQ）來應(yīng)對(duì)各項(xiàng)挑戰(zhàn)。推出工業(yè)商數(shù)（IQ）是為了針對(duì)工業(yè)產(chǎn)品設(shè)計(jì)在內(nèi)存和存儲(chǔ)方面做出明智的選擇，不僅有助于滿足功能性的產(chǎn)品要求，還可以確保設(shè)計(jì)的長(zhǎng)期可靠性和品質(zhì)，適合廣泛的耐用型/工業(yè)使用案例（特別是邊緣計(jì)算）。

美光認(rèn)為工業(yè)商數(shù)相當(dāng)重要，這體現(xiàn)著其“設(shè)計(jì)流程中提前選擇的電子組件和存儲(chǔ)解決方案對(duì)實(shí)現(xiàn)長(zhǎng)期成功至關(guān)重要”這一思維模式。該商數(shù)所包括的范圍可從針對(duì)具體應(yīng)用的固件調(diào)整、嚴(yán)格的產(chǎn)品認(rèn)證、溫度可靠性測(cè)試、擴(kuò)展的產(chǎn)品可用性，到更高效地管理硬件產(chǎn)品線、最大程度減少代價(jià)高昂的現(xiàn)場(chǎng)故障和維護(hù)停機(jī)，進(jìn)而降低總體擁有成本（TCO）。以機(jī)器人為例，只選擇技術(shù)正確、密度合適的存儲(chǔ)是不夠的，還務(wù)必要考慮使用壽命、沖擊和振動(dòng)下的性能穩(wěn)定性、可靠性以及與安全性相關(guān)的參數(shù)。

工業(yè)以太網(wǎng)演進(jìn)的PHY解決方案

現(xiàn)代工業(yè)環(huán)境充斥著復(fù)雜的自動(dòng)化和制造技術(shù)，網(wǎng)絡(luò)連接是使其基本運(yùn)行的關(guān)鍵所在。工業(yè)網(wǎng)絡(luò)通常包括可編程邏輯控制器（PLC）、電機(jī)控制和驅(qū)動(dòng)，以及傳感器網(wǎng)絡(luò)和人機(jī)接口（HMI）。以太網(wǎng)技術(shù)將工業(yè)網(wǎng)絡(luò)中的所有這些節(jié)點(diǎn)連接起來，在網(wǎng)絡(luò)上傳遞精確控制和同步時(shí)鐘等信息。高速裝配線機(jī)器人是工廠應(yīng)用以太網(wǎng)的一個(gè)例子，通過實(shí)時(shí)協(xié)調(diào)節(jié)點(diǎn)移動(dòng)，以確保成品被完好無損地進(jìn)行包裝。

與在辦公網(wǎng)絡(luò)之類的企業(yè)應(yīng)用中部署以太網(wǎng)不同，工業(yè)網(wǎng)路有更多物理與電子不良的環(huán)境

這就帶來了一系列特殊的挑戰(zhàn)。以太網(wǎng)組件和IEEE802.3系列標(biāo)準(zhǔn)正在不斷發(fā)展，以滿足工廠車間的特殊需求。環(huán)境高溫、電壓浪涌、嚴(yán)格的延遲要求和不斷增長(zhǎng)的網(wǎng)絡(luò)速度是工業(yè)級(jí)以太網(wǎng)PHY（物理層設(shè)備或者收發(fā)器）必須要解決的一些關(guān)鍵挑戰(zhàn)。

在極端環(huán)境中工作

在工業(yè)環(huán)境中，溫度很難控制，這是因?yàn)橥ㄟ^以太網(wǎng)連接的電機(jī)和機(jī)器人通常必須在非常高的溫度下焊接金屬，此外，工廠的建筑結(jié)構(gòu)也造成了難以提供良好的通風(fēng)條件。為滿足工業(yè)環(huán)境的需求，PHY必須被設(shè)計(jì)成在很寬的溫度范圍內(nèi)能夠發(fā)揮出其額定性能。例如，工業(yè)以太網(wǎng)PHY應(yīng)能夠在一40至85℃的溫度范圍內(nèi)工作，可承受125℃的最大結(jié)溫，即使環(huán)境溫度持續(xù)數(shù)小時(shí)高溫也能保持性能不變。

除了在高溫下工作，PHY還應(yīng)能承受高壓浪涌。機(jī)械設(shè)備有時(shí)會(huì)突然聚積電荷，損壞部件并導(dǎo)致工業(yè)系統(tǒng)出現(xiàn)故障。通過增強(qiáng)靜電放電（ESD）保護(hù)電路，PHY可以適當(dāng)保護(hù)工業(yè)環(huán)境免受電荷波動(dòng)的破壞。

在工業(yè)環(huán)境中實(shí)現(xiàn)高性能以太網(wǎng)的另一個(gè)挑戰(zhàn)是實(shí)時(shí)應(yīng)用，實(shí)時(shí)應(yīng)用對(duì)延遲有非常嚴(yán)格的限制。在線性菊花鏈拓?fù)渲?，每個(gè)節(jié)點(diǎn)的延遲要非常小，才能保證整個(gè)網(wǎng)絡(luò)滿足快速請(qǐng)求和響應(yīng)周期時(shí)間要求。為滿足工業(yè)網(wǎng)絡(luò)的實(shí)時(shí)要求，PHY應(yīng)具備低延遲和確定性延遲特性。在菊花鏈下，低延遲能實(shí)現(xiàn)更快的響應(yīng)，而確定性延遲可以實(shí)現(xiàn)跨網(wǎng)絡(luò)單元的精確定時(shí)同步。與未經(jīng)優(yōu)化的方案相比，優(yōu)化后的PHY能夠?qū)⒀舆t降低30%至40%，從而提高了效率和效能。

滿足不斷增長(zhǎng)的網(wǎng)絡(luò)速度要求也是工業(yè)PHY的一個(gè)關(guān)鍵特性。雖然百兆的速度足以滿足當(dāng)今大多數(shù)工廠應(yīng)用的需求，但是要求能夠支持千兆電接口的需求越來越多。由于工業(yè)設(shè)備和網(wǎng)絡(luò)的安裝成本很高，因此建議PHY設(shè)備能夠支持高達(dá)千兆的網(wǎng)絡(luò)速度要求，以適應(yīng)未來的解決方案。

工業(yè)解決方案的現(xiàn)狀和未來

工廠變得更加智能，更加網(wǎng)絡(luò)化，一些行業(yè)專家認(rèn)為正在出現(xiàn)第四次工業(yè)革命。然而，隨著不斷出現(xiàn)的工業(yè)創(chuàng)新，很顯然，在工廠中維持高性能互聯(lián)將變得愈發(fā)重要。連接延遲、中斷或故障有可能使生產(chǎn)減緩甚至停產(chǎn)，從而導(dǎo)致收入損失。不受惡劣工廠條件影響的硬件連接對(duì)于工業(yè)網(wǎng)絡(luò)的實(shí)現(xiàn)是非常有價(jià)值的。

Marvell的88E151 2P、88E1510Q和88E1 548P PHY系列產(chǎn)品專為滿足實(shí)時(shí)工業(yè)以太網(wǎng)的嚴(yán)格要求而設(shè)計(jì)，可用于千兆獨(dú)立和交換系統(tǒng)的快速開發(fā)和部署。Marvell的PHY系列解決方案提供增強(qiáng)ESD保護(hù)、低延遲和確定性延遲特性，并具備在擴(kuò)展溫度范圍內(nèi)工作的能力，保證了工業(yè)網(wǎng)絡(luò)能夠長(zhǎng)期保持性能穩(wěn)定。Marvell的收發(fā)器符合1000BASE-T、1 00BASE-TX和10BASE-T標(biāo)準(zhǔn)，滿足了工廠當(dāng)前和未來的網(wǎng)絡(luò)速度要求。該系列還支持采用了新一代MAC的節(jié)能以太網(wǎng)（EEE，EnergyEfficient Ethernet）。這系列PHY產(chǎn)品提供48管腳、56管腳QFN封裝或196管腳TFBGA封裝，以及各種主機(jī)接口選擇，例如RGMII、MII和SGMII。MarveII還提供配合PHY產(chǎn)品系列的Prestera和Link Street交換機(jī)芯片和ARMADA嵌入式系統(tǒng)芯片。

印刷型電子產(chǎn)品成為當(dāng)下趨勢(shì)柔性混合電子學(xué)（FHE）

Molex公司GIGT業(yè)部高級(jí)銷售工程師Linda Shan認(rèn)為，智能制造領(lǐng)域當(dāng)前的一個(gè)主要趨勢(shì)就是印刷型電子產(chǎn)品，該產(chǎn)品在微型化醫(yī)療設(shè)備的設(shè)計(jì)方面可以帶來巨大的優(yōu)勢(shì)，對(duì)于可穿戴診斷設(shè)備尤其明顯。印刷型電子產(chǎn)品還可作為一種“智能”并且經(jīng)濟(jì)節(jié)省的方式來提供小尺寸、高柔性的集成傳感器解決方案，理想用于生理、環(huán)境和生化上的監(jiān)控，與傳統(tǒng)電路相比，總成本要低得多。這種新一代的多功能、高靈活性傳感器解決方案適合超移動(dòng)空間內(nèi)的部署。該解決方案還特別適用于包含了智能手表、運(yùn)動(dòng)腕帶和智能手機(jī)在內(nèi)的、采用越來越多傳感器的產(chǎn)品，這類產(chǎn)品正在集成到已經(jīng)高度復(fù)雜的各種設(shè)備當(dāng)中。

最終產(chǎn)品的靈活性已經(jīng)被證明是對(duì)于多種應(yīng)用的一項(xiàng)關(guān)鍵需求，在智能制造方面開辟了一個(gè)新的領(lǐng)域，即所謂的柔性混合電子學(xué)（FHE）。FHE適用于日益受物聯(lián)網(wǎng)/工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)中對(duì)傳感器陣列的需求而推動(dòng)的傳感器監(jiān)控功能，以及健身跟蹤和醫(yī)療監(jiān)控功能。此外，智能制造下的FHE還可應(yīng)用于各種大型結(jié)構(gòu)的傳感器，范圍從航空器和地面交通工具一直延伸到惡劣環(huán)境下的輕量級(jí)加固傳感器。FHE應(yīng)用還包含了農(nóng)業(yè)、產(chǎn)品包裝以及體育器材。

印刷型電池和網(wǎng)絡(luò)通信帶來的支持

可穿戴電子產(chǎn)品以及物聯(lián)網(wǎng)（IOT）是兩個(gè)相對(duì)較新的市場(chǎng)，這兩個(gè)市場(chǎng)正在通過柔性混合電子學(xué)（FHE）推動(dòng)著智能制造業(yè)的發(fā)展。FHE技術(shù)可以帶來各種設(shè)備，整合起無線連接、傳感器陣列通信、觸摸界面和語音界面，以及使用創(chuàng)新性封裝技術(shù)、在尺寸更小的柔性基板上實(shí)現(xiàn)組件部署的低功率操作。

在這種智能制造當(dāng)中，電池自身也成了印刷型產(chǎn)品。比如說，Enfucell就是在印刷型電池設(shè)計(jì)領(lǐng)域的先驅(qū)。Molex現(xiàn)已簽訂了一份全球性許可協(xié)議來制造Enfucell的SoftBattery電源。這使得Molex可以更好地服務(wù)于使用印刷型電池為傳感器陣列供電的、不斷增長(zhǎng)的市場(chǎng)。

智能制造已經(jīng)以工業(yè)4.0和工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)的形式開始蓬勃發(fā)展，而網(wǎng)絡(luò)通信解決方案供應(yīng)商可以為這一過渡過程提供支持。Molex與遠(yuǎn)程維護(hù)和網(wǎng)絡(luò)安全產(chǎn)品及解決方案的制造商MB Connect Line GmbH達(dá)成一項(xiàng)協(xié)議，使得他們共同致力于向復(fù)雜機(jī)械設(shè)備的制造商以及自動(dòng)化的提供商提供對(duì)數(shù)據(jù)和網(wǎng)絡(luò)的高度安全可靠的遠(yuǎn)程訪問能力。

M0lex智能制造解決方案

Molex的Soligie印刷型電子傳器感具備在塑料、紙質(zhì)以及金屬箔之類柔性基板上制作組件和互連功能的全部?jī)?yōu)勢(shì)。這樣可在微型化醫(yī)療設(shè)備的設(shè)計(jì)過程中提供一項(xiàng)主要的優(yōu)勢(shì)。Soligie印刷型電子傳器感設(shè)計(jì)采用了低成本的基板，在其上可以使用導(dǎo)電銀墨來形成電路，從而添加組件；同時(shí)還采用了高精度的卷對(duì)卷（R2R）高速印刷工藝，完全等效于銅電路的性能，可以減少制造工藝、使用的材料，并降低成本。本產(chǎn)品適用于傳感器、電池、LED和其他無源裝置的集成，與傳統(tǒng)的電路相比總成本更低，可實(shí)現(xiàn)小尺寸、高靈活性的一體化傳感器解決方案。

Molex新開發(fā)的Brad IP67解決方案智能制造產(chǎn)品組合。這種工業(yè)通信下的開放標(biāo)準(zhǔn)協(xié)議基于IO-Link技術(shù)，可以通過PROFINET將小型傳感器和執(zhí)行器連接到網(wǎng)絡(luò)。采用菊花鏈布線拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，集成的2端口交換機(jī)可達(dá)到100Mbps的全雙工數(shù)據(jù)傳輸速率，在為應(yīng)用布線的過程中無需使用交換機(jī)，為機(jī)器的制造商降低總成本。短路保護(hù)、介質(zhì)冗余協(xié)議（MRP）、網(wǎng)絡(luò)服務(wù)器以及可視的診斷用LED指示燈之類的高級(jí)模塊功能便于使用，可簡(jiǎn)化設(shè)備的操作。

電池技術(shù)的發(fā)展與應(yīng)用

電池技術(shù)在各領(lǐng)域中的發(fā)展

在傳統(tǒng)的航空航天應(yīng)用中，對(duì)電源的可靠性、效率、重量和體積的要求從未降低。這些年來在航空航天中新型電子材料的出現(xiàn)，例如GaN功放的應(yīng)用，能使得系統(tǒng)性能大幅提高，也因此對(duì)電源提出了更高要求，不僅要求功率密度，還對(duì)產(chǎn)品的高度提出了苛刻要求。

新能源汽車一直是Vicor重點(diǎn)關(guān)注的領(lǐng)域，為了滿足國(guó)家對(duì)車企的排放燃油要求，眾多車企將汽油車改裝成油電混合汽車，甚至直接將動(dòng)力系統(tǒng)改成純電系統(tǒng)。為了維持汽車重量尺寸不變，電源的重量、尺寸和散熱性能都需要滿足具有挑戰(zhàn)性的技術(shù)指標(biāo)。Vicor上一代基于ChiP的方案明顯改善了新能源汽車DCDC的功率密度。

SG作為新一代通訊技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)，MIMO將得到更廣泛的應(yīng)用。無線產(chǎn)品板上供電系統(tǒng)將有所改變，功率會(huì)更大，而產(chǎn)品的體積不會(huì)變大，直接從高輸入電壓轉(zhuǎn)換到目標(biāo)電壓是目前關(guān)注焦點(diǎn)。

近幾年，各種電池技術(shù)的發(fā)展與應(yīng)用非常迅速，如采用電池作為動(dòng)力源的自動(dòng)化搬運(yùn)機(jī)器人、為電路系統(tǒng)供電的測(cè)試設(shè)備等，這些產(chǎn)品提高了工廠自動(dòng)化產(chǎn)線的生產(chǎn)效率。而高效、輕便的電源管理方案能延長(zhǎng)電池的工作時(shí)間。由于電池電壓的波動(dòng)，采用高效升降壓轉(zhuǎn)換器穩(wěn)壓的電池具有更大的可用性。

電源的智能化

高效率、低成本、低能耗的綠色智能工廠已經(jīng)成為各制造企業(yè)追求的目標(biāo)。在該目標(biāo)下，電源技術(shù)一直圍繞著提升效率和密度在發(fā)展，效率和密度提升了，單位功率的成本就降下來了。在發(fā)展過程中出現(xiàn)了新的材料，新的技術(shù)和新的封裝。例如，SiC、GaN寬禁帶材料經(jīng)過這幾年的發(fā)展，已經(jīng)開始應(yīng)用于越來越多的電源系統(tǒng)中，產(chǎn)生了良好的效應(yīng)。無線充電技術(shù)的應(yīng)用給工業(yè)智能化的帶來更多的可能。

智能制造也需要電源的智能化，電源的可通訊性將是未來對(duì)電源的一個(gè)基本要求。具有通訊接口的電源，可以直接將電源的各種狀態(tài)匯報(bào)給管理系統(tǒng)，并且根據(jù)系統(tǒng)需要做動(dòng)態(tài)調(diào)整。

Vicor的ChiP平臺(tái)及升降壓技術(shù)

Vicor從2013年開始將ACDC、DCDC等不同的電源架構(gòu)封裝在ChiP平臺(tái)中，緊接著為了改善客戶應(yīng)用中的散熱問題，將ChiP置于雙面增強(qiáng)散熱的VIA封裝中。這兩個(gè)已經(jīng)完全量產(chǎn)的平臺(tái)可以提供靈活的產(chǎn)品選型。這些產(chǎn)品都可以選擇支持PMBus通訊接口。

Vicor具有非常好的升降壓技術(shù)，能夠把輸入電壓范圍擴(kuò)展寬，兼容非常高的輸入比，可以支持傳統(tǒng)汽車、新能源汽車、醫(yī)療設(shè)備和其他電池供電設(shè)備等應(yīng)用。其中降壓芯片P13S2x系列芯片采用ZVS技術(shù)，可以支持高輸入輸出電壓差。在典型的SG通訊應(yīng)用中，從48V轉(zhuǎn)SV，20A輸出，轉(zhuǎn)換效率超過93%。今年還將推出全新電源架構(gòu)的穩(wěn)壓隔離產(chǎn)品，功率密度將數(shù)倍于現(xiàn)有Vicor的產(chǎn)品。