智能化催生工业4.0 智能工厂势头俏

继蒸汽机的面世、工业生产大规模化和工业自动化之后，随着物联网和智能制造的逐步成型，“工业4.0”时代正悄然来袭。“工业4.0”项目主要分为两大主题，一是“智能工厂”，重点研究智能化生产系统及过程，以及网络化分布式生产设施的实现；二是“智能生产”，主要涉及整个企业的生产物流管理、人机互动以及3D技术在工业生产过程中的应用等。本文将分别从最具代表性的数字和模拟厂商，赛灵思（Xilinx）和美信（Maxim），挖掘智能工厂在工业4.0时代下的发展趋势及深藏于其背后的巨大商机。

　　智能化工厂是部分国家实现高度自动化生产之后，提出的新概念，它的理念优势在于推动工业生产智能化，从而实现科幻般的工业生产模式。工业生产系统及过程、网络化分布式生产设施的实现、生产物流管理、人机互动、新技术的使用以及使用嵌入式传感器来监测有关的环境参数和生产等都需要智能化设备的支持。

　　智能工厂前景可期 FPGA成攻城利器

　　
图 赛灵思ISM市场营销经理林逸芳表示，智能化工厂与智能化自动产线是两个由科技带动发展的未来趋势。

　　智能化产线，比方说工业自动化就是智能化工厂更精细的分项。智能化工厂也包含厂房管理、有效能源运用、安全防护、网络、监控和安全分析，并可确保工厂的整整运作可顺畅安全。智能化自动生产线可监控设备总和效率（Overall Equipment Effectiveness），促使其达到最高的质量与效率，并可将停机时间降到最低。

　　赛灵思的元件广泛应用于许多市场与应用，其中工业市场更是我们非常重要的市场，尤其是赛灵思的Zynq系列产品。 工业市场的客户对产品的可靠性、灵活性与整合度很看重，尤其完成现场部署后，产品灵活的升级功能，而且可以随着适应各种通讯协议、功能的改变极为重要。

　　现代化的工厂为了生产更多的产品，开始在生产线中部署灵活度更高的机器设备。为此，工厂得为机器提供更大的空间，因其移动的范围可能都会为整个生产线带来显著的变化。而当产品愈多，安全笼就显得限制过多，无法适应机器的移动范围。

　　FPGA在智能化工厂领域的成长非常值得期待。由于感应器输入资料量增加，以及监控系统日益复杂，简单的软件再也无法解决效能上所面临的挑战，许多应用因此产生效能瓶颈。此外，许多采用PC的解决方案，现在已移转用嵌入式方法，以减少尺寸和降低碳排放量。传统的嵌入式元件 （MCU） 所面临的挑战是即时运算的效能不足；而Zynq系列产品则能同时满足这两方面的要求，在单一芯片中整合了软件和硬件，为智能化工厂的设计提供极大的灵活度。

　　与此同时，为确保工人的安全，同时避免制约自动化工厂生产线的活动范围，愈来愈多企业开始使用赛灵思Smarter Vision技术建立一个安全系统。有人预测在未来的10年内，Smarter Vision技术将被大幅运用在汽车、工厂自动化、医疗、监控、消费类、航空航天和军用产品，丰富人们的生活。

　　智能化工厂与产线的运作牵涉极为复杂的逻辑设计，并受限于过高的运转成本、设计的运算限制与网络频宽，而拥有高效能的FPGA最能满足这类的需求。在工业自动化领域中，一个灵活性高的平台可以快速整合与控管各种生产技术，进而大幅提升整整生产力。林逸芳强调，通过FPGA，工程师可以建构一个高灵活性的基础建设，并赋予系统许多功能，包括打造一个更多元高效能的界面、提高资料处理速度，以及降低建置成本。

　　模拟整合引领工厂整合之巅 Maxim公司脱颖而出

　　图 Maxim公司终端应用市场经理John Mossman认为，Maxim一直秉持模拟整合，正由此推动工厂整合产线的建设和发展。

　　FPGA已然成为攻取智能工厂滩头阵地的坚船利炮，智能化系统的搭建更离不开高度模拟整合的鼎力相助。工厂整合包括：提高机器智能化程度，实现机器之间（M2M）的通信和生产线自主化，而不仅仅是机器自主化。自主生产线通过以太网进一步将通信整合至工厂高层架构，进而实现物联网（IoT）以及工厂控制系统与业务系统或IT的整合。

　　当然，以太网加速导入工厂网络中，网络遭受攻击的风险也大为增加了。John表示，Maxim在提供基于嵌入式硬件的安全方案方面拥有丰富经验，并在金融终端和自动取款器（ATM）等领域经过广泛验证。这些方案可直接用于为易遭受电子和物理攻击的智能工业设备间的通信提供安全保护。

　　据了解，在过去几年，Maxim更新了多条工业产品线，增加了面向工业市场的新技术，其中包括：数字输入串行器；数字输出驱动器；低功耗、高效率、高压buck转换器；极低功耗、超高性能ADC和DAC；以及其它先进技术。利用这些功能模块，如电源、通信、模拟信号处理和数字信号处理等，研发出多款子系统参考设计，有效帮助客户从寻找兼容器件以实现最优性能的繁重工作中解放出来。

　　鉴于智能工厂对IC的特殊需求，用于智能工厂的IC必备的关键特性包括：小尺寸、低热耗、高精度以及能够承受恶劣工作环境的高可靠性。John透露，PLC/PAC （可编程逻辑控制器/可编程自动控制器）、智能传感器和现场仪表是Maxim重点关注的领域。

　　展望未来 智能工厂商机时不我待

　　现代化工厂已经开始使用一种全新的智能的途径来生产产品了，相信未来的生产工厂相比将会智能很多。这一智能将通过使用微型化处理器、存储装置、传感器和发送器来实现，这些装置将被嵌入至几乎所有可想象的机器、 未加工产品、材料、智能工具类型和用于组织数据流的新型软件。所有这些创新将使产品和机器能够相互通信并交换命令。换言之，未来工厂将可以从很大程度自行 优化和控制其制造流程。尽管在这之前还有很长一段路要走，然而这丝毫不会影响到未来智能化的趋势方向。当然，随着智能化工厂与产线愈来愈普及，如何提升整整制造产能、良率和稳定性也成为各大厂商最关注的议题。若能掌握这些关键优势，就能在竞争激烈的市场中把握重要商机。