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工业4.0之组件篇 全面感知+数字控制,组件成长动能再起

时间:2016-05-11 12:10来源:Compotechasia 作者:任苙萍 点击:
号称第四波工业革命的4.0,主要要求为:统合所有工业相关技术、销售与产品体验,建立具有适应性、资源效率及符合人因工程的智能工厂 (Smart Factory),并以虚实整合系统(又称「信息物理系统」,简称 CPS)、物联网 (IoT) 及无线感测网络 (WSN) 为基础,将上游供货商和下游客户纳进商业价值系统中,可望点燃制造业者升级既有设备或汰旧换新的动力,也为半导体组件及关键零组件供货商创造绝佳机遇。
 
Linear:工业环境严苛,可靠度至上
模拟组件对于智能工厂来说,无疑是第一线耳目。模拟组件大厂凌力尔特 (Linear) Dust Networks 产品部总裁Joy Weiss表示,智慧工厂需要在基础设施嵌入智能设计以自我监视并最大化能见度,才能掌握工厂一切运作。有了这些数据供分析,可协助工厂管理以获得营运启发并进行量化管理。智能工厂中的每个元素都应可被分析并沟通彼此状态,以便基于时间信息为相关组成份子修正运作,将可极大化前所未见的制程效率及安全性、极小化停机维修成本,实时改善达成「零瑕疵」交货,而高质量、高可靠度的组件及解决方案,将是实现这一切的基础。
 

照片人物:Linear Dust Networks 产品部总裁Joy Weiss
 
Weiss 介绍,Linear 可为智能工厂提供多元电源管理、数据转换器与低功率无线网络组件,以克服工业环境挑战。例如,即使在操作温度宽广、最严苛的工业环境下,SmartMesh 无线传感器网络的可靠度仍高于 99.999%,可布署在工厂中的任何角落供撷取资料之用。产品设计首重客户端应用,诸如工业与汽车等专精市场不宜一概而论,而消费类则是变动迅速,半导体供货商在面向不同市场时,必须有所调整。她强调,Linear 工业应用产品均经严格测试且不断与时俱进,以应对各种严苛条件,这份专注与承诺对智慧工厂的基础架构十分重要。
 

图1:为确保端到端运作顺畅,Linear不仅与许多解决方案供货商合作,也参与产业标准制订和推动
 
瑞萨:工业换机潮催旺MCU与「模拟组件数字化」市场
瑞萨 (Renesas) 从工业感测、运算到控制,皆有完整布署。该公司营销事业部经理黎柏均表示,随着工业4.0风行草偃,制造业者为贴近市场、持续获利,着重全球运筹、实时监控与客制化制造的智能工厂已成显学;而网络带宽、控制系统与 M2M 通讯工程的持续演进——例如:EtherCAT 和 CC-Link 等开放架构的工业现场总线协议,以及美国 HART 无线通信技术的渐次发展,可望引动工业换机潮。其中,微控制器 (MCU) 角色将日益吃重,且有从8或16位提升至32位之势。
 

照片人物:Renesas营销事业部经理黎柏均
 
EtherCAT 是专为自动化应用而生的 IEEE 802.3 工业以太网络 (CAT 即为「控制自动化技术」缩写),其分布式时钟机制,让主站设备可以软件实现以太网媒体访问控制 (MAC),有助于不同操作系统的程序代码及开源/共享件的交流;若在节点配置 MCU,更可提高带宽利用率及整体网络效能,将为相关供货商带来新商机。CC-Link是Control & Communication Link 简称,主要用于机器设备/程控等跨平台通讯,其「主机广播轮询」方式可避免通讯冲突,具有 RAS 特点——有效性 (Reliability)、可靠性 (Availability)、可维护性 (Serviceability)。
 
CC-Link 能自动识别连网设备状态,不需额外组态设定,除了有四种专用通讯协议外,另有对应工业以太网的版本「CC-Link IE」。HART 协议则是模拟转向数字的过渡性产物,采用半双工通讯,可在现有模拟讯号传输线实现数字化,并非真正现场总线,而是以混合协议呈现控制系统讯息,共有三种通讯模式:单点传输、多点通讯与阵发模式。瑞萨在工控领域共有三大家族产品:高效能的RX MCU家族、可支持多重传输协议的R-IN通讯芯片,以及内建驱动器及R-in通讯的RZ/T双核处理器,可提供一体化、易于开发的解决方案。
 

图2:瑞萨「R-IN32M4-CL2」CC-Link IE的数字I/O模块
 
黎柏均说明,为提高利润,知名自动化大厂都会在通用协议之上,另加入独有规格、升级为「通讯协议堆栈」(Protocol Stack,又称「协议栈」);有鉴于此,瑞萨R-IN通讯芯片可支持西门子 (Siemens)、洛克威尔 (Rockwell) 等大厂的通讯协议,为用户省下复杂的平台选择成本。他并指出,以往工业计算机市场多由 Wintel 架构独占,但受惠单一应用产线的自动化需求兴起,系统商及设备商为使产品差异化,让 ARM 与 Linux 得以有机会争食工控大饼;传输率若在 50 Mbps 以下,ARM+Linux 系统其实足以应付,且已形成特有生态圈。
 
Linux 是免授权费的开源软件,可降低中小型企业智慧化的门坎;但也意味相对缺乏支持套件及技术团队,因此意外催生许多专门提供 built-in 收费服务的供货商。黎柏均透露,未来传感器将整合通讯功能,朝IP化方向前进,瑞萨亦拟于明后年推出相关解决方案。特别一提的是,其实工控市场同样介意组件体积与功耗问题,并非只有消费电子有此顾虑;黎柏均解释,因为体积越小、越能紧挨着受测物,且补偿和加工程序较单纯,而这正是瑞萨优势所在,无论在材料、制程和工作电压表现皆极为出色。
 
结语
除了关键零组件,电路保护组件亦在模拟组件数字化工程中居功厥伟。利特 (Littelfuse) 资深技术营销工程师游恭豪表示,效率、成本与环保是智慧工厂必备特质;数据取得与指令收发的正确与否,将影响一连串布署成败。机电整合可能增加工厂电路环境的复杂性,加之不论是工业计算机或机械手臂/机器人、无人搬运车 (AGV),都需要良好的「机器视觉」辅助,才不致「误动作」引发悲剧;这些皆需要更多抗干扰、防静电、自我保护和调整机制从中协助,为此,Littelfuse 除既有保护组件及马达、电源等工控核心可因应,还进一步扩增传感器产品线。
 

照片人物:Littelfuse资深技术营销工程师游恭豪
 
在组件商磨刀霍霍抢进智慧工厂之际,「程泰机械」总经理许福助却提到一个耐人寻味现象:尽管工业4.0议题让人目眩神迷,但实务上,客户多半不清楚自己真正想要的是什么?即使备有需求建议供参考,制造业者不时还会似懂非懂地另行列表,然后再掺杂别人的作法;在价值 vs. 价格考虑下,若要在设备四周都装置传感器,售价很容易超出客户的接受度,因此只好自行开发传感器,只挑重点应用下手、而非照单全收,成本约是市售传感器的 1/4 至 1/3。这股系统整合商的「自制」风潮是否越演越烈?是否会牵动国际大厂的策略布局?值得留意。
(责任编辑:helen)
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