PDF《半导体行业眼中的》

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com/cn/iot 目前,一场频繁地被称为工业4.0(德国称为Industrie 4.0)的范 式转变正在发生.在国际使用中,像(工业)物联网、智能工 厂或信息物理(生产)系统这样的术语都指代相同的东西,它 们常常可以互换使用.工业4.0指的是工业价值链及其产品转向 数字化与联网的全球趋势. 特别地,在德国工业4.0不仅仅在商业界具有高知名度.由于其 经济影响,工业4.0也受到政治推动,例如进一步发展德国制造 业的竞争力.在这种情况下,政府官员正在推动一种将供应商 视角和用户公司视角结合起来的双重战略,主要领域是工业自 动化和工厂工程.为此,制造商必须将最新技术用于自己的生 产过程,另一方面还要将这些技术和产品投向市场. 从主导供应商的角度来看,信息或通信技术与传统高科技方法 的整合主要是为了扩展生产部门及其技术.为了实现这一扩 展,需要满足不断增强的市场动能和市场复杂性所产生的先决 条件.从制造企业的角度来看,重要的是为新市场设计智能技 术和产品,并相应地为这些市场服务.为了满足供应商和制造 商的需求,企业需要兼顾这两种视角的战略.例如,半导体行 业中的公司就很擅长运用此类双重战略. 如ADI公司等半导体制造商正在消化这个复杂的概念,将自己的 生产线转变成全自动智能工厂.此外,这些制造商还向制造业 中的其他公司提供创新技术,帮助他们将其制造设施改造成智 能工厂.因此,中小企业便被赋予了一个重要角色,它们占德 国工业企业绝大部分(超过98%).可能获得什么样的支持, 半导体制造商面临哪些挑战,以及工业4.0会带来哪些机会―― 这些问题将在下文进行探讨. 企业需要判断,将其生产设施转变为智能工厂是徒劳无益的努 力,还是会真正提高生产率并降低成本. 为了找到以下关键问题的答案,许多市场研究公司进行了大量 研究.他们都得出了同样的结论:工业4.0将为中小企业提高附 加值,它们应该抓住相关机会以巩固公司的成功.尤其是对半 导体制造商来说,研究结果可分为三个方面:新技术、新产品 Thomas Brand ADI 公司 现场应用工程师 半导体行业眼中的 工业 4.0 Sensor Actuator Analog Signal Processing ADC/DAC IoT Cloud Data History/ Data Analytics Controlling/Microcontroller Digital Signal Processing Gateway Software 图1. 智能工厂信号链

2 半导体行业眼中的工业4.0 图2. 基于MEMS的智能传感器解决方案 和新商业模式.所有这三个方面一起涵盖了生产及其产品的整 个价值链――从传感器节点开始经云端再到下游服务. 为实现智能工厂转型,必须提供智能和节能产品,或者说完全 自主的系统,它们可以很简单地集成到现有生产结构中(例如 即插即用).这些系统由各种半导体器件和传感器组成,并 与模拟和数字信号处理IC相结合.价值链从这些器件开始:首先,传感器负责从真实的物理世界收集数据,之后将它们转换 成数字信号,再在数字领域中进行处理(见图1). 新需求有哪些? 随着价值链的发展,市场需求将需要改变.这就是为什么半导 体制造商必须将自己的企业和产品适应智能工厂的现实原因. 技术趋势正朝着智能节能产品以及集成安全安保功能和能源采 集能力方向发展.在图2中显示了一个器件或者说一个完整的 系统,其中以ADI公司基于MEMS的加速度计ADXL356为例. ADXL356是一款低成本、低噪声、3轴加速度计,测量范围可达 ±40 g (FSR).该器件的主要特性是超低失调漂移和低功耗.由 于其密封封装,ADXL356特别适合恶劣环境条件下的精确倾斜 测量,高分辨率振动测量,以及低电流或电池供电无线传感器 中的高性能(长时间)测量,适用于结构健康监测(SHM)、姿态 和航向参考系统(AHRS)或其他具有突然过大作用力的应用等. ADXL356是构成一个系统的基础,并且可以通过其他功能实现 扩展:利用模数转换器、微控制器以及各种模拟、数字(部分 隔离)或无线接口集成信号处理,支持以太网、6LpoWPAN或ADRadioNet等通信标准.ADRadioNet是由ADI公司开发的通信标 准,其特点是采用无线自愈式多跳频的通信协议,具有高扩展 性,且内存消耗低.此外,它还集成加密方法(例如AES-128和AES-256)可阻止可能的网络攻击,提高了安全性.最后但同样 重要的是,功能安全在这些系统的开发过程中起着重要作用, 因为这对智能工厂而言也非常重要. 对于半导体制造商来说,未来仅扩充传感器和其他半导体器件 的品种是不够的.为了成为市场上的全球性玩家,以及充分发 掘工业4.0的潜力,其现有产品范围必须通过通信和低功耗微处 理器技术加以扩展.考虑到这一点,ADI公司已经在其产品组合 中提供了相关解决方案.例如在通信领域,有多种采用HART? ADC Sensor ADXL356/ADXL357 ADC Interface/ Communication Low Power Microcontroller RF Low Complexity Ethernet Isolation RS-485 Aggregation to Ethernet (PROFINET, EtherCAT, PowerLink, Ethernet/IP)