隨著生產(chǎn)設(shè)備的逐漸增多、生產(chǎn)過程日益復(fù)雜、人力成本快速上升以及系統(tǒng)管理的要求越來越高等因素，通過智能化手段進行設(shè)備的控制管理成為數(shù)字化工廠發(fā)展的主要趨勢。尤其是在電子制造等領(lǐng)域，近幾年自動化和信息化實現(xiàn)了快速增長。

2019年3月20日，在慕尼黑上海電子展期間，ST意法半導(dǎo)體、Renesas瑞薩和Cypress賽普拉斯、ADI亞德諾半導(dǎo)體、Qualcomm高通及Broadcom博通等工業(yè)控制器件的重要供應(yīng)商齊聚智慧工廠科技園，展示了各自特色的解決方案。

為了更好地認識智慧工廠產(chǎn)業(yè)現(xiàn)狀，詳細了解智慧工廠落地過程中的難點與問題，我們走進了ADI展臺，與ADI中國區(qū)業(yè)務(wù)拓展總監(jiān)王翔做了深入交流。

近年來，在工業(yè)4.0革命性趨勢的推動下，智能化轉(zhuǎn)型升級成為重要訴求。但工業(yè)演化不是一個簡單的過程，往往面臨著各種各樣挑戰(zhàn)。例如，在工廠環(huán)境的邊緣端，我們需要考慮的一個問題是，如何精準的將現(xiàn)實世界轉(zhuǎn)換成數(shù)字世界，而這也是ADI本次參展所要解決的問題。

在邊緣節(jié)點方面，工業(yè)3.0時期已經(jīng)高度自動化了，但是工業(yè)4.0要求更靈活、更高的生產(chǎn)力，工廠需要配備靈活的生產(chǎn)線，工業(yè)協(xié)議之間互相不通成為重要障礙。而如何解決這個問題，讓所有的機器說相同的語言，這就是智慧工廠面臨的首要挑戰(zhàn)。

此外，工業(yè)設(shè)備狀態(tài)無法實時反饋，這也是智慧工廠面臨的另一個挑戰(zhàn)。舉個例子，工廠一臺機器出故障，整個生產(chǎn)線就會停下來，對于工廠而言，損失很大。假設(shè)機器能夠像人一樣，可以隨時體檢，那么就可以避免設(shè)備的宕機，延長設(shè)備的使用壽命，這也是ADI在本次展會展出的另一款解決方案，即無線狀態(tài)監(jiān)控解決方案。

那么，在檢測設(shè)備狀態(tài)過程中，數(shù)據(jù)又該如何上傳呢？

王翔表示，機器設(shè)備檢測的數(shù)據(jù)與普通數(shù)據(jù)不同，它需要原封不動、高準確性上傳，也就是說數(shù)據(jù)信息不能出現(xiàn)差錯。要知道，在復(fù)雜的工業(yè)環(huán)境中，干擾很嚴重，要想保證數(shù)據(jù)高可靠、完整上傳的難度很大。而ADI此次帶來的SmartMesh網(wǎng)絡(luò)則可以很好的解決該問題。

為了智慧工廠所面臨的三大挑戰(zhàn)，在此次展會中ADI也展示了具體的解決方案：

首先，第一款方案是無線狀態(tài)監(jiān)控解決方案，該方案基于1602的加速度計，通過ADI 4050的超低功耗的處理器，再結(jié)合SmartMesh無線網(wǎng)絡(luò)進行現(xiàn)場振動數(shù)據(jù)檢測。

根據(jù)ADI工業(yè)系統(tǒng)應(yīng)用工程師王帆介紹，這個檢測過程主要是監(jiān)控現(xiàn)場的電機、軸承等振動狀態(tài)數(shù)據(jù)（并不只局限于振動狀態(tài)，電流、流量、溫度，這些都是狀態(tài)監(jiān)控的一種），數(shù)據(jù)檢測完后，會進行無線傳輸?？蛻艨梢詫⑦@些數(shù)據(jù)保存在他們公司的服務(wù)器上或者直接在云端做數(shù)據(jù)分析。同時，ADI加速計還有一個優(yōu)勢，它跟壓電傳感器相比，體積可以做到很小，其次還可以支持多軸（三軸），另外還可以支持較好的低頻信號采集，它的直流信號采集效果比較好。

根據(jù)介紹，SmartMesh? 嵌入式無線傳感器網(wǎng)絡(luò)可實現(xiàn) >99.999%的數(shù)據(jù)可靠性和 >10 年的電池壽命，使得在最具挑戰(zhàn)性的環(huán)境中部署無線傳感器網(wǎng)絡(luò)變得實際可行。SmartMesh 網(wǎng)絡(luò)由高度可擴展的自成形多躍點節(jié)點網(wǎng)格和網(wǎng)絡(luò)管理器構(gòu)成，這些節(jié)點稱為智能微塵，用于收集和中繼數(shù)據(jù)，網(wǎng)絡(luò)管理器用于監(jiān)控和管理網(wǎng)絡(luò)性能和安全，并與主機應(yīng)用程序交換數(shù)據(jù)。

ADI展示的另一款解決方案則是ADI基于Ether CAT現(xiàn)場總線的雙伺服電機控制模型，這款平臺的主要特點是可以通過Ethernet工業(yè)以太網(wǎng)控制。

據(jù)王帆介紹，ADI的fido 5200多協(xié)議芯片，主要支持包括Ether CAT在內(nèi)的主要工業(yè)以太網(wǎng)協(xié)議。目前在國內(nèi)ADI主要推Ether CAT協(xié)議，其原理圖、源代碼都是可以直接提供給客戶，這是一個方案級的開發(fā)。里面用的4008處理器，是ADI專用于電機控制的RAM處理器，當(dāng)它達到240兆主頻時，可以遲滯三軸電機驅(qū)動。當(dāng)然，目前主要支持兩軸電機驅(qū)動，外加以太網(wǎng)的協(xié)議處理，配合處理器去實現(xiàn)它的功能。

“此外，它還有一個IO同步功能，比如說目前的方案指令發(fā)送周期都是1毫秒，實際到電機控制則需要10k，這會產(chǎn)生一個時間差。如果IO可以同步，其兩個之間的時間可以縮短至100微秒，跟電流周期做到完全一致，所有電機裝置上的IO狀態(tài)的反饋、控制都可以做到高實時性?！巴醴a充道。

在這個過程中，還有一個問題需要考慮，那就是平臺電池功能如何實現(xiàn)。對此，王帆表示：“通過ADI fido和處理器內(nèi)部的部分特殊單元，可以做一個始終同步，包括電流采樣、位置反饋、指令下傳等功能全部在同步周期內(nèi)實現(xiàn)，這需要軟硬件共同配合。在這方面，我們也基于LTC的電源模塊開發(fā)出一些芯片級電源方案，幫助客戶簡化開發(fā)過程。這個電源涉及的變壓器等產(chǎn)品，我們都會找相應(yīng)的供應(yīng)商來開發(fā)，我們主要為他們提供一些電源指標即可?！?/span>

另外，ADI也展示了基于AD4111的PLC/DCS系統(tǒng)模擬輸入解決方案。據(jù)ADI工程師現(xiàn)場介紹，AD4111集成了低噪聲、快速建立、24位Σ-Δ型模數(shù)轉(zhuǎn)換器(ADC)和模擬前端，支持全差分或單端、雙極性±10 V電壓輸入和單端20 mA輸入，用于工業(yè)自動化應(yīng)用的可編程邏輯控制器(PLC)和分布式控制系統(tǒng)(DCS)模塊。

在最后，ADI還展示了一款iCoupler隔離和HDMI收發(fā)器技術(shù)的工業(yè)視頻隔離系統(tǒng)。據(jù)ADI現(xiàn)場工作人員介紹，這款系統(tǒng)上有ADI最新推出的支持1.1G BPS帶寬的高速LVDS隔離器。主要針對一些需要做安規(guī)隔離的應(yīng)用，如醫(yī)療行業(yè)中的內(nèi)窺鏡應(yīng)用，它就可以用1.1G的LVDS，將HDMI信號通過轉(zhuǎn)換電路，轉(zhuǎn)換為可支持的LVDS信號，然后在輸出終點將信號恢復(fù)過來。對比可以發(fā)現(xiàn)，這種信號經(jīng)過隔離后投放出來的信號與未隔離播放的高清信號一樣，基本沒有受損，它的可靠性、實時性基本能滿足應(yīng)用的需求。

在這個過程中，ADI的iCoupler技術(shù)提供了很好的安規(guī)隔離功能，可以很好的滿足工業(yè)及醫(yī)療等領(lǐng)域?qū)β╇妵栏窨刂频男枨蟆?/span>

我們可以看到，目前智慧工廠雖然落地難度很大，但很多解決方案已經(jīng)先后涌現(xiàn)出來了。國內(nèi)制造業(yè)正處于“工業(yè)1.0”到“工業(yè)3.0”并存的現(xiàn)狀，完全進入工業(yè)4.0還需要很長的過渡期。在這過程中，還有很多基礎(chǔ)工作還待完成，比如先實施一些企業(yè)的數(shù)字化，在設(shè)備、產(chǎn)品設(shè)計和物料供應(yīng)等方面作出努力，才能真正實現(xiàn)傳統(tǒng)行業(yè)到智能制造轉(zhuǎn)型。

智慧工廠是處于不斷發(fā)展、變化的狀態(tài)，目前難以斷定智慧工廠未來會達到一個怎樣的高度，但可以肯定的是，智慧工廠將來會朝著更便捷、高效、智能的方向發(fā)展，對智慧工廠本身的生產(chǎn)體系來說，人員會更少，制造效率會更高，組織起來更便捷。