產(chǎn)業(yè)規(guī)模已突破萬億元，巨頭們?nèi)绾螢楦咚侔l(fā)展的工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)提供技術(shù)支撐？

• 2023年6月19日 來源：互聯(lián)網(wǎng) 548 30
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近日,《工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)平臺選型要求》、《工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)平臺 微服務(wù)參考框架》和《工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)平臺 開放應(yīng)用編程接口功能要求》3項工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)平臺領(lǐng)域國家標(biāo)準(zhǔn)正式發(fā)布,不難看出在工業(yè)經(jīng)濟(jì)向數(shù)字經(jīng)濟(jì)轉(zhuǎn)型過渡的當(dāng)下,制造業(yè)作為全球經(jīng)濟(jì)發(fā)展的主導(dǎo)力量,其數(shù)字化轉(zhuǎn)型的受關(guān)注程度。要知道工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)已連續(xù)六年寫入政府工作報告,自2023年1月以來,25個省級政府工作報告中再次提及工業(yè)互聯(lián)網(wǎng),22個省級政府工作報告對工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)2023年規(guī)模發(fā)展做出政策部署。

圖源:工聯(lián)院、中商產(chǎn)業(yè)研究院

政策的積極影響也讓市場對工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)領(lǐng)域保持著高度的熱情與專注。工聯(lián)院、中商產(chǎn)業(yè)研究院整理數(shù)據(jù)顯示,截止2022年我國工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)產(chǎn)業(yè)增加值規(guī)模達(dá)到4.45萬億元,預(yù)計2023年工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)產(chǎn)業(yè)增加值規(guī)模將達(dá)到4.79萬億元。并且,目前已有32家重點工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)平臺工業(yè)設(shè)備連接總數(shù)為8049.60萬臺,工業(yè)模型數(shù)量合計85.16萬個,工業(yè)APP數(shù)量29.33萬個,共服務(wù)企業(yè)765.96萬家次。在政策與市場的雙重加持下,整個工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)發(fā)展活力進(jìn)一步釋放,相關(guān)體系建設(shè)進(jìn)程加速,底層關(guān)鍵技術(shù)也在不斷創(chuàng)新迭代。

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工業(yè)傳感器的正確用法:從數(shù)據(jù)采集到預(yù)測性維護(hù)

制造業(yè)智能化的抓手無疑是數(shù)據(jù),而傳感器是網(wǎng)絡(luò)互聯(lián)數(shù)據(jù)產(chǎn)生的根源,是工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)的神經(jīng)末梢,為工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)全生態(tài)構(gòu)建提供最基礎(chǔ)的數(shù)據(jù)支撐。其通過“望、聞、聽、切”來感知產(chǎn)品、設(shè)備和工業(yè)環(huán)境的各種狀態(tài)信息。例如常見的視覺/紅外傳感器,其基于機器視覺充當(dāng)生產(chǎn)設(shè)備賦能工業(yè)制造已經(jīng)得到廣泛應(yīng)用,通過代替人眼進(jìn)行識別、非接觸檢測、測量,機器視覺能夠帶來高效低成本的效益。

在這方面,全球優(yōu)秀的光學(xué)解決方案提供商艾邁斯歐司朗推出的新型Mira220圖像傳感器,其擁有高量子效率,堆式芯片設(shè)計采用了艾邁斯歐司朗先進(jìn)的背照技術(shù),將封裝尺寸縮小到僅為5.3mm x 5.3mm,為空間受限的產(chǎn)品制造商提供更大的設(shè)計靈活性,由于尺寸極小,可低功耗運行,非常適合無人機、機器人以及移動和可穿戴設(shè)備中的主動立體視覺或3D結(jié)構(gòu)光系統(tǒng)。

圖源：艾邁斯歐司朗

Mira220的分辨率+封裝尺寸的優(yōu)勢能夠適配不同應(yīng)用對模組整體大小的要求,其近紅外增強性能大大提高系統(tǒng)信噪比和整體功耗效能,使得處理器搭配雙目3D硬件模組為自動化機器視覺等應(yīng)用提供一個完整的視覺及深度圖的解決方案,縮短了開發(fā)過程,從而大大加速了最終應(yīng)用落地。

除了賦能生產(chǎn)制造外,對設(shè)備本身的健康狀況進(jìn)行監(jiān)測也是工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)中基于傳感器的另一個重要應(yīng)用。目前工業(yè)制造正變得更高效,但設(shè)備本身的維護(hù)工作卻仍存巨大挑戰(zhàn)。國際自動化學(xué)會ISA曾有數(shù)據(jù)顯示,全球制造商每年因設(shè)備故障停機遭受的損失高達(dá)6470億美元。為了防止生產(chǎn)設(shè)備出現(xiàn)計劃外的停機,如何更快實現(xiàn)預(yù)測性維護(hù)是行業(yè)當(dāng)前的重要發(fā)展方向。

要實現(xiàn)預(yù)測性維護(hù)的廣泛落地,需要解決準(zhǔn)確預(yù)測與有效診斷兩大核心問題,而龐大的高精度實時數(shù)據(jù)積累采集硬件方案,以及先進(jìn)的分析技術(shù)、設(shè)備數(shù)字化模型與診斷算法都是剛需,傳感技術(shù)的進(jìn)步以及人工智能技術(shù)的引入也為此提供了重要的作用加快發(fā)展進(jìn)程。ADI打造高性能預(yù)測性維護(hù)方案SMS,其主要由固定于電機散熱片上的數(shù)據(jù)采集及通訊硬件、基于云端的軟件與算法以及客戶端的應(yīng)用程序構(gòu)成,通過與Android或iOS移動應(yīng)用一起使用,可輕松設(shè)置傳感器,提供對部署數(shù)據(jù)的可見性,其突出優(yōu)勢除了能對電機的開關(guān)機次數(shù)、運行時間、轉(zhuǎn)速、電流、輸出力矩/功率等運行狀態(tài)進(jìn)行實時監(jiān)測外,還能診斷出行業(yè)最多的9種電機異常,讓設(shè)備運維變得更智能更方便。

SMS解決方案嵌入了5個高性能的傳感器,包括兩個振動傳感器ADXL1002、兩個溫度傳感器ADT7420以及ADI定制的磁傳感器——ADXL1002具有超低噪聲,支持高寬帶運行,在相位響應(yīng)、耐沖擊性和恢復(fù)性上具有卓越性能;兩個溫度傳感器分別用于檢測環(huán)境與電機表面的溫度差異;ADI定制的磁傳感器則通過檢測電機轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動產(chǎn)生的磁場場強,能間接計算出電機的部分電流信號。得益于監(jiān)測電機運行狀況與SMS云端AI引擎數(shù)據(jù)分析的準(zhǔn)確性,SMS解決方案能夠為客戶提供可靠的狀態(tài)數(shù)據(jù)監(jiān)測并反饋基于診斷結(jié)果的維護(hù)建議。

RFID技術(shù)為萬物互聯(lián)打上“補丁”

工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)的核心是將一個工廠所有的對象通過通信技術(shù)實現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)互聯(lián)。為了實現(xiàn)各個組成部分在生產(chǎn)過程中能自行發(fā)揮控制作用,需要相應(yīng)的技術(shù),比如無線射頻識別(RFID)技術(shù)。RFID的優(yōu)勢是能助力生產(chǎn)流程透明和可靠控制,要知道工業(yè)環(huán)境下并非所有的元件與設(shè)備都能夠與機器進(jìn)行,這與工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)的理念相悖。對此,RFID標(biāo)簽的出現(xiàn)為這項挑戰(zhàn)帶來了轉(zhuǎn)機,RFID即使安置在金屬物上也能保證可靠工作。很多情況下,RFID標(biāo)簽同時還可作為銘牌來使用,所以必須十分堅固和耐用,能夠耐受各種氣候和使用環(huán)境條件。

目前市場上提供的RFID標(biāo)簽具有足夠大的帶寬。通過合適的咨詢和客戶現(xiàn)場的過程分析之后,每個企業(yè)都能選擇適合自己的產(chǎn)品,為其生產(chǎn)的儀器裝置安設(shè)一個RFID主標(biāo)簽。在過程鏈中由此帶來了諸多優(yōu)點:除了實現(xiàn)靈活生產(chǎn)外,在各個不同的加工單元上還能夠?qū)崿F(xiàn)智能化流程控制和自動采集裝配通道中各個單元的信息。同樣,這個標(biāo)簽還能進(jìn)行一些功能擴(kuò)展,并應(yīng)用在最終檢驗處、物品出口處和物流鏈中,以及銷售商或技術(shù)服務(wù)單位等各個環(huán)節(jié)。

恩智浦一直在關(guān)注改領(lǐng)域的發(fā)展,前不久宣布推出新款芯片UCODE 9xm,兼具靈活的大容量存儲器及先進(jìn)的讀/寫性能。UCODE 9xm旨在提高整個系統(tǒng)的可靠性和準(zhǔn)確性,使客戶能夠利用更小的標(biāo)簽天線,對更小的物體進(jìn)行單獨標(biāo)記,并將其集成到智能制造過程、供應(yīng)鏈管理和追蹤應(yīng)用中。用戶可以憑借該產(chǎn)品靈活地標(biāo)記多種類型的對象,從而獲得更完整的供應(yīng)鏈視圖。

據(jù)了解,UCODE 9xm具備領(lǐng)先性能,靈敏度較以往恩智浦UCODE存儲器IC提升三倍以上,客戶可選配存儲器,標(biāo)記的物品更加多樣化,精確呈現(xiàn)供應(yīng)鏈詳情。RAIN RFID標(biāo)簽已成為自動化工業(yè)流程中的至關(guān)重要的組成部分。然而,支持自動化流程所需存儲器的標(biāo)簽通常讀寫性能會低于存儲容量較低的標(biāo)簽,造成無法標(biāo)記所有必要的項目,從而降低了系統(tǒng)效率。UCODE 9xm結(jié)合了靈活的大容量存儲器選項與先進(jìn)的讀寫性能,解決了該問題,同時易于部署,可提高系統(tǒng)整體性能。

另一邊,工業(yè)自動化領(lǐng)域的諸多制造商都有推相關(guān)的解決方案,例如易福門推出適應(yīng)中國市場需求的 RFID UHF 緊湊型設(shè)備,帶有 IO-Link 接口,以提供最佳性能和個性化解決方案。該方案集天線、估算單元和開關(guān)信號于一身,能夠減少安裝時間,并且在長達(dá)3米的范圍內(nèi)讀取多達(dá)16個標(biāo)簽,防護(hù)等級達(dá)IP67,可安裝在金屬或潮濕環(huán)境。此外,還配備現(xiàn)場總線接口、數(shù)字量輸入/輸出或IO-Link接口, 降低布線復(fù)雜度。霍尼韋爾則針對專門定制RFID標(biāo)簽的客戶推出了PX240S RFID打印機,其標(biāo)簽兼容性十分卓越,最小標(biāo)簽高度擴(kuò)大至12.5mm,支持最小16mm的芯片間距,可打印的RFID標(biāo)簽厚度可達(dá)1.5mm,可兼容Impinj、NXP、Alience進(jìn)口芯片及部分國產(chǎn)芯片,還支持柔性抗金屬標(biāo)簽的打印。

加速智能化進(jìn)程,MCU助力工控性能升級

在工業(yè)領(lǐng)域,自動化,智能化發(fā)展進(jìn)程少不了MCU技術(shù)的支持。例如工業(yè)控制、人機交互和工業(yè)以太網(wǎng)等應(yīng)用都離不開MCU,以工控的主要應(yīng)用場景——工業(yè)機器人為例,為了實現(xiàn)工業(yè)機器人所需的復(fù)雜運動,工業(yè)機器人單機就將至少使用十余顆MCU產(chǎn)品,對電機的位置、方向、速度和扭矩進(jìn)行高精度控制時,MCU則執(zhí)行電機控制所需的復(fù)雜、高速運算。

隨著工業(yè)控制市場的持續(xù)向好,催漲MCU需求。根據(jù)Prismark統(tǒng)計,2020年全球工業(yè)控制的市場規(guī)模為2310億美元,預(yù)計至2023年全球工業(yè)控制的市場規(guī)模將達(dá)到2600億美元,年復(fù)合增長率約為3%。根據(jù)賽迪顧問的數(shù)據(jù),2020年中國工業(yè)控制市場規(guī)模達(dá)到2321億元,同比增長13.1%。2021年市場規(guī)模約達(dá)到2600億元。面對龐大的市場需求,全球各大主要的半導(dǎo)體企業(yè)都積極參與其中,分別在各項關(guān)鍵功能和性能上提出有效的解決方案。例如深耕工業(yè)領(lǐng)域的意法半導(dǎo)體近日推出兩款主要用于工業(yè)控制領(lǐng)域的MCU,分別是適用于工業(yè)類應(yīng)用中有更高性能要求和信息安全要求的STM32H5,和具有超高性價比的工業(yè)級通用MPU產(chǎn)品STM32MP13。

圖源：意法半導(dǎo)體

其中STM32H5 MCU基于Cortex-M33內(nèi)核,主頻高達(dá)250MHz,從STM32F4 (Cortex-M4@180MHz)到STM32H5,性能提升20%左右。此外,STM32H5中增加了FMAC與Cordic兩個數(shù)學(xué)加速器,還增加了開關(guān)模式電源的選項,能夠在 250MHz 運行過程中做到66微安,實現(xiàn)優(yōu)化成本/性能之間的平衡。另一款STM32MP13內(nèi)置Cortex-A7,最高主頻可以達(dá)到1GHz,DRAM支持533MHz時鐘,最寬的結(jié)溫范圍是-40至+125度。STM32MP13具有三大特點:易用、安全、低功耗。

另一邊,全球半導(dǎo)體解決方案供應(yīng)商瑞薩電子也在近日宣布了面向電機控制應(yīng)用領(lǐng)域發(fā)布三個全新MCU產(chǎn)品群,其中超過35種來自于RX和RA家族的新產(chǎn)品。這些新款MCU擴(kuò)充了瑞薩包括多種MCU與MPU、模擬和電源解決方案、傳感器、通信設(shè)備、信號調(diào)節(jié)器等的卓越電機控制產(chǎn)品組合。

圖源：瑞薩電子

其中RA4T1產(chǎn)品群可提供100 MHz性能,以及高達(dá)256KB的閃存和40KB的SRAM;全新RA6T3產(chǎn)品群工作頻率為200MHz,同時提供256KB的閃存和40KB的SRAM。兩個全新產(chǎn)品群均以電機控制應(yīng)用為目標(biāo)應(yīng)用,具備一系列卓越特性與功能,包括用于加速的三角函數(shù)單元(TFU)、帶有集成PGA的先進(jìn)ADC,以及包括CAN FD在內(nèi)的多種通信接口選擇。瑞薩靈活配置軟件包(FSP)均可支持這些新產(chǎn)品,可輕松移植其它RA產(chǎn)品的設(shè)計。另外的RX26T產(chǎn)品群具有高達(dá)512KB的閃存和64KB的SRAM。它們不僅可支持5V電源,提供高抗噪能力和控制精度,而且還能夠提供TFU、片上定時和中斷控制功能。據(jù)悉使用熱門產(chǎn)品RX24T MCU的用戶,可輕松將其設(shè)計擴(kuò)展至全新的RX26T產(chǎn)品,以充分發(fā)揮現(xiàn)有設(shè)計軟件的優(yōu)勢,同時實現(xiàn)性能與控制效率的雙重提升。

隨著技術(shù)的進(jìn)步,基于大規(guī)模智能化設(shè)備的工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)正在加速整個制造業(yè)轉(zhuǎn)型升級進(jìn)程。目前工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)已經(jīng)全面融入45個國民經(jīng)濟(jì)大類,跨行業(yè)跨領(lǐng)域平臺達(dá)28家,標(biāo)識解析體系全面建成,安全技術(shù)服務(wù)體系日益完善。在此背景下,為進(jìn)一步助力工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)行業(yè)的創(chuàng)新發(fā)展,2023慕尼黑上海電子展將憑借行業(yè)的先進(jìn)技術(shù)與產(chǎn)品,以新產(chǎn)品發(fā)布、新技術(shù)演示為目的,助推工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)走向縱深。

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