當(dāng)前，全球制造業(yè)格局面臨重大調(diào)整：新一代信息技術(shù)與制造業(yè)深度融合，正在引發(fā)影響深遠(yuǎn)的產(chǎn)業(yè)變革，形成新的生產(chǎn)方式、產(chǎn)業(yè)形態(tài)、商業(yè)模式和經(jīng)濟(jì)增長點(diǎn)。對提供底層技術(shù)的半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)來說，由于涉及自動(dòng)機(jī)器人、物聯(lián)網(wǎng)以及大數(shù)據(jù)分析技術(shù)等，所以，在工業(yè)的生產(chǎn)制造、倉儲(chǔ)、物流，甚至產(chǎn)品設(shè)計(jì)流程進(jìn)行改造時(shí)，就需要廣泛采用微電子產(chǎn)品(如處理器、傳感器和微控制器等)。而全新市場需求必將推動(dòng)各種微電子產(chǎn)品在技術(shù)層面的改變，進(jìn)而驅(qū)動(dòng)半導(dǎo)體企業(yè)在產(chǎn)業(yè)層面做出調(diào)整。在為半導(dǎo)體業(yè)提供市場機(jī)會(huì)的同時(shí)，也重塑著半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)。

 

　　全球產(chǎn)業(yè)競爭格局正在發(fā)生重大調(diào)整，而我國自國務(wù)院印發(fā)《中國制造2025》發(fā)展規(guī)劃之后，一場中國的工業(yè)4.0變革也在醞釀啟動(dòng)。這是一個(gè)巨大的而且難得的市場機(jī)遇，搶占制造業(yè)新一輪競爭制高點(diǎn)。盡管中國集成電路產(chǎn)業(yè)起步較晚，與國際先進(jìn)水平有顯著差異，中國半導(dǎo)體企業(yè)仍應(yīng)當(dāng)抓住這個(gè)難得的時(shí)間窗口，在技術(shù)與企業(yè)運(yùn)營層面做出相應(yīng)調(diào)整，而不應(yīng)錯(cuò)失發(fā)展機(jī)遇。

 

　　而在新需求之下，形成技術(shù)趨勢：工業(yè)4.0環(huán)境下的這樣一種“云網(wǎng)端”系統(tǒng)結(jié)構(gòu)的搭建，無疑會(huì)對底層的半導(dǎo)體技術(shù)形成新的更高要求?？偨Y(jié)起來，大致包括幾個(gè)重要趨勢：首先，工業(yè)以太網(wǎng)的建設(shè)需要支持多協(xié)議的通信芯片。具體而言，包括生產(chǎn)設(shè)備聯(lián)網(wǎng)實(shí)現(xiàn)自律協(xié)調(diào)作業(yè)的M2M，通過網(wǎng)絡(luò)獲取大數(shù)據(jù)的應(yīng)用、開發(fā)、銷售、ERP、PLM、SCM等業(yè)務(wù)管理系統(tǒng)與實(shí)際生產(chǎn)過程之間的協(xié)同。因?yàn)楝F(xiàn)代智能工廠有四大關(guān)鍵點(diǎn)：一是要連接所有網(wǎng)絡(luò)以拿到數(shù)據(jù);二是要有智能機(jī)器;三是大數(shù)據(jù)，將所有設(shè)備、所有人連接后，所有數(shù)據(jù)都大批量傳送到智能終端上;四是分析，得到數(shù)據(jù)后從中抓取出對應(yīng)的趨勢來，提高設(shè)備狀態(tài)的檢測和預(yù)測。要確保上述要點(diǎn)的實(shí)現(xiàn)，有專家認(rèn)為：“高速傳輸、大數(shù)據(jù)、保證實(shí)時(shí)性安全性和節(jié)能均十分關(guān)鍵。而這正是工業(yè)以太網(wǎng)構(gòu)建的要旨。”然而，不同廠商支持的工業(yè)以太網(wǎng)標(biāo)準(zhǔn)各不相同，這就需要開發(fā)同時(shí)支持多協(xié)議的通信芯片，當(dāng)然開發(fā)過程中需要考慮以太網(wǎng)協(xié)議的實(shí)現(xiàn)、應(yīng)用開發(fā)、硬件開發(fā)、一致性測試等，從開發(fā)到量產(chǎn)需要很長時(shí)間。

 

　　其次，端一級的智能機(jī)床、機(jī)器人等，需要高性能、低功耗、安全性的芯片產(chǎn)品支持。在工業(yè)4.0中，連接到網(wǎng)絡(luò)的設(shè)備無所不在。一方面，巨大的網(wǎng)絡(luò)和大量的聯(lián)網(wǎng)設(shè)備必然產(chǎn)生巨大的能耗;另一方面，高度智能化環(huán)境下的數(shù)據(jù)和信息安全是物聯(lián)網(wǎng)發(fā)展的基本底線，物聯(lián)網(wǎng)環(huán)境下敏感數(shù)據(jù)量越大，風(fēng)險(xiǎn)就越大，比如數(shù)據(jù)、ID、IP被盜用，數(shù)據(jù)被偽造或篡改，設(shè)備、服務(wù)器和網(wǎng)絡(luò)被惡意操縱。因此，能效和安全是決定工業(yè)4.0實(shí)施能否成功的關(guān)鍵因素。

 

　　最后，高集成度也是應(yīng)對工業(yè)4.0時(shí)代的必備條件，比如越來越多的半導(dǎo)體供應(yīng)商開始將MCU與傳感器加以整合。在工業(yè)自動(dòng)控制系統(tǒng)中，傳感器當(dāng)處系統(tǒng)之首。類似于感官系統(tǒng)的傳感器能快速、精確地獲取信息并經(jīng)受嚴(yán)酷環(huán)境的考驗(yàn)，是自動(dòng)控制系統(tǒng)達(dá)到高水平的保證?？梢哉f，沒有眾多質(zhì)優(yōu)價(jià)廉的工業(yè)傳感器，就沒有現(xiàn)代化工業(yè)的生產(chǎn)體系，更別談工業(yè)4.0體系的構(gòu)建。此外，具有低能耗、低成本、易使用和泛在感知等特性的無線傳感器網(wǎng)絡(luò)正在快速崛起，使傳統(tǒng)實(shí)踐中因成本等因素未能實(shí)現(xiàn)在線檢測的某些重要工業(yè)過程參數(shù)的測量成為可能。

 

　　總而言之，工業(yè)4.0帶來的技術(shù)發(fā)展勢必讓半導(dǎo)體企業(yè)在企業(yè)架構(gòu)上做出一系列新調(diào)整，以適應(yīng)新的市場形勢。這對于電子廠商來說，未來的挑戰(zhàn)會(huì)更大!但是，機(jī)遇也是更大!

 

　　工業(yè)4.0鬧革命：將如何影響行業(yè)與人?

 

　　人類一思考上帝就發(fā)笑，預(yù)言未來就像是盲人摸象，雖然不知道它的全部但是總能猜中其中之一。

 

　　在過去的一年里，世界依然保持飛速發(fā)展。人們盡享網(wǎng)絡(luò)時(shí)代帶來的便利，基于互聯(lián)網(wǎng)，每件新鮮事，從流行的口頭禪到新誕生的時(shí)代領(lǐng)袖都成為朋友圈里人們津津樂道的話題。然而在日新月異的發(fā)展中，信息時(shí)代所孕育的科技爆炸，已悄然推動(dòng)人類邁入一個(gè)嶄新時(shí)代的大門。

 

　　德國已經(jīng)開始升級工業(yè)革命4.0

 

　　工業(yè)革命4.0(Industry4.0)首次提出是在2011年的漢諾威工博會(huì)上。工業(yè)革命4.0，簡單說即是利用網(wǎng)絡(luò)和云科技，將更為龐大的機(jī)器群連接起來，讓機(jī)器之間自相控制，自行優(yōu)化，智能生產(chǎn)，大大減少從事重復(fù)勞動(dòng)和經(jīng)驗(yàn)工作的人力數(shù)量，使生產(chǎn)質(zhì)量和效率提升到一個(gè)新階段。具體的實(shí)現(xiàn)方法是基于信息物理生產(chǎn)系統(tǒng)(CPPS)和它的五級結(jié)構(gòu)(5C)，即連接(Connection)，轉(zhuǎn)換(Conversion)，中樞處理(Cyber)，認(rèn)知(Cognition)和構(gòu)建(Configuration)。

 

　　連接(Connection)是實(shí)現(xiàn)整個(gè)生產(chǎn)結(jié)構(gòu)變化的第一步。通過把數(shù)量龐大的機(jī)器和嵌入式系統(tǒng)進(jìn)行全面無縫連接，達(dá)到機(jī)器向控制中心反饋，或者機(jī)器對機(jī)器(M2M)交換數(shù)據(jù)的目的。而要為基數(shù)龐大且不斷增加的機(jī)器群建立物聯(lián)網(wǎng)(IoT)，則需要網(wǎng)絡(luò)科技和設(shè)備制造工業(yè)的協(xié)同變革。就網(wǎng)絡(luò)而言，原始采用的互聯(lián)網(wǎng)協(xié)議(IPv4)數(shù)量遠(yuǎn)遠(yuǎn)不能滿足，需要過渡為地址資源更加豐富的物聯(lián)網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)協(xié)議(IPv6)。硅谷早在2009年就已經(jīng)提倡世界范圍的網(wǎng)絡(luò)協(xié)議升級，目前這一計(jì)劃在諸多國家進(jìn)展順利，為工革4.0打下了堅(jiān)實(shí)基礎(chǔ)。

 

　　另一方面，制造業(yè)需要進(jìn)行機(jī)器革命，為機(jī)器和設(shè)備植入合適的傳感元件來幫助完成機(jī)器之間的生存感知和信息傳遞。蘋果為了給其移動(dòng)設(shè)備添加支付功能Applepay，在iPhone和iWatch內(nèi)植入的近場通信技術(shù)(NFC)感應(yīng)卡就是一種低成本、且完全滿足其功能特點(diǎn)的傳感元件。相應(yīng)地，實(shí)現(xiàn)M2M需要為每臺(tái)機(jī)器甚至機(jī)器的每個(gè)關(guān)鍵部件都植入既滿足鏈接功能，又兼顧安裝及運(yùn)行成本的可讀或讀寫功能傳感器。要帶動(dòng)這一大規(guī)模的機(jī)器革命，尤其需要機(jī)械與自控界旗艦企業(yè)(如西門子、通用電氣)的大力支持和倡導(dǎo)。

 

　　實(shí)現(xiàn)了IoT意味著高度自動(dòng)化的到來，機(jī)器(已可稱為機(jī)器人)之間可以直接傳達(dá)命令甚至多級別命令來達(dá)到自相控制。這樣一來，曾經(jīng)的中間媒介——人，就可以脫離接受一臺(tái)機(jī)器信息，分析決策然后為下一臺(tái)機(jī)器進(jìn)行相關(guān)操作的勞動(dòng)環(huán)節(jié)，而將更多以遠(yuǎn)程化、分散化監(jiān)控的形式存在。人在接受和分析信息的過程中容易出現(xiàn)偏差和錯(cuò)誤，建立機(jī)器之間的直接傳遞還可以避開這一環(huán)節(jié)。當(dāng)然機(jī)器間傳遞必須準(zhǔn)確，不僅僅是簡單的數(shù)據(jù)交換，還要有通過數(shù)信轉(zhuǎn)換(Conversion)將數(shù)字轉(zhuǎn)為有意義的信息，使得控制、設(shè)備與智能生產(chǎn)應(yīng)用之間相互理解。既然如此，選擇和使用通用的信息交流標(biāo)準(zhǔn)也就成為這一結(jié)構(gòu)的關(guān)鍵。現(xiàn)行技術(shù)中，08年開放的MTconnect已經(jīng)作為信息交流標(biāo)準(zhǔn)被制造業(yè)廣泛應(yīng)用了，也就是說這一過程已經(jīng)有了實(shí)現(xiàn)方法。

 

　　除去一般操作的全面自動(dòng)化，工革4.0的另一大特點(diǎn)是設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)數(shù)據(jù)將以經(jīng)驗(yàn)的形式存儲(chǔ)于中樞系統(tǒng)(Cyber)中，而云端則擁有更多同類設(shè)備的歷史記錄。通過大數(shù)據(jù)分析，中樞系統(tǒng)可以建立設(shè)備裝置的經(jīng)驗(yàn)運(yùn)行模型，從而完成過程模擬、以及更為高級的設(shè)備行為預(yù)測。不僅僅是問題的實(shí)時(shí)通報(bào)，計(jì)算機(jī)可以做到根據(jù)細(xì)微變化而自行完成健康監(jiān)測，包括諸如老化、零件磨蝕等維護(hù)和經(jīng)驗(yàn)問題的預(yù)判。

 

　　同時(shí)，中樞系統(tǒng)還將不斷向人類或自身進(jìn)行經(jīng)驗(yàn)學(xué)習(xí)，自我豐富知識(shí)。CPPS會(huì)通過認(rèn)知(Cognition)過程對獲得的數(shù)據(jù)信息和模擬決策結(jié)果進(jìn)行評估，然后以合適的方式呈現(xiàn)給具有專業(yè)經(jīng)驗(yàn)的人或設(shè)計(jì)者，經(jīng)由人判斷后做出選擇支持計(jì)算機(jī)的結(jié)論或?yàn)樗聠栴}分析標(biāo)準(zhǔn)。人機(jī)交互結(jié)果反饋回到中樞系統(tǒng)，再由中樞積累這些反饋的信息，進(jìn)行自我構(gòu)建(Configuration)，自我完善后的系統(tǒng)會(huì)越來越精準(zhǔn)地完成將來的工作。

 

　　機(jī)器自相控制管理、自動(dòng)化與自優(yōu)化大大強(qiáng)化了資源的有效利用，從而打破傳統(tǒng)工廠集中控制的生產(chǎn)結(jié)構(gòu)。在自動(dòng)生產(chǎn)前提下，具有高效和節(jié)能優(yōu)勢的微型反應(yīng)器、微型生產(chǎn)裝置將得以充分利用(細(xì)化生產(chǎn)規(guī)模)。例如，龐大數(shù)量的微型反應(yīng)器(MicroReactor)可以取代單個(gè)大體積反應(yīng)器，這樣做的優(yōu)勢是微量反應(yīng)相比大范圍粗糙接觸反應(yīng)將進(jìn)行得更加徹底，更加高效，降低投入、減少浪費(fèi)，提高生產(chǎn)力。同時(shí)，細(xì)化生產(chǎn)規(guī)模還可以讓生產(chǎn)更快地適應(yīng)市場，根據(jù)市場需求量精確地調(diào)整生產(chǎn)量，最大程度消除生產(chǎn)過剩。另一方面，人機(jī)交互的遠(yuǎn)程化和分散化也方便用戶更近地參與生產(chǎn)，使得訂單更加精確，并可以根據(jù)用戶自定義參數(shù)而進(jìn)行調(diào)整，變得富有個(gè)性化。相信不久的將來，人們便可以通過APP客戶端選擇模型或輸入簡易的構(gòu)建程式來生產(chǎn)符合自己訂制的產(chǎn)品。

 

　　最終，生產(chǎn)規(guī)模細(xì)化和精確生產(chǎn)，促使大型工廠將轉(zhuǎn)化為更多更加靈活的小型自控工廠。借助網(wǎng)絡(luò)和云技術(shù)則可以實(shí)現(xiàn)跨越地區(qū)對這些散布開來的不同工廠進(jìn)行生產(chǎn)同步調(diào)整，這樣的跨越甚至是可以跨越國家界限和公司界限的，工廠內(nèi)部不再集中大量的工人，員工也可以分散在世界各地直接根據(jù)自己的權(quán)限對工廠進(jìn)行操作。這些新的“無人作業(yè)工廠”被稱為智能工廠(SmartFactory)和全球工廠(GlobalFactory)。笨重臃腫的集中控制被靈活精準(zhǔn)的智能自控取代，生產(chǎn)集中轉(zhuǎn)為生產(chǎn)分散，生產(chǎn)資料重新分配并帶來了社會(huì)結(jié)構(gòu)和社會(huì)產(chǎn)業(yè)資源比重的調(diào)整。