【導(dǎo)讀】近年來(lái)，隨著物聯(lián)網(wǎng)、云計(jì)算、大數(shù)據(jù)和人工智能為代表的新一代信息技術(shù)與傳統(tǒng)產(chǎn)業(yè)加速融合，全球新一輪科技變革和產(chǎn)業(yè)革命正蓬勃興起，一系列新的生產(chǎn)方式、組織方式和商業(yè)模式不斷涌現(xiàn)，正推動(dòng)全球工業(yè)體系的智能化變革。據(jù)中國(guó)信息通信研究院近日發(fā)布的《工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)產(chǎn)業(yè)經(jīng)濟(jì)發(fā)展報(bào)告(2020年)》預(yù)計(jì)，2020年工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)將成為國(guó)民經(jīng)濟(jì)中增長(zhǎng)最為活躍的領(lǐng)域之一，預(yù)計(jì)全年中國(guó)工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)產(chǎn)業(yè)經(jīng)濟(jì)規(guī)模將達(dá)3.1萬(wàn)億元。
毫無(wú)疑問，當(dāng)前“新基建”熱潮將是促成中國(guó)工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)產(chǎn)業(yè)發(fā)展的重要?jiǎng)幽堋?ldquo;有專家將“新基建”七大領(lǐng)域進(jìn)一步解讀分類為信息網(wǎng)、交通網(wǎng)和能源網(wǎng)，但無(wú)論從何種角度來(lái)看，在‘新基建’的布局建設(shè)中數(shù)字化是核心關(guān)鍵要素，必將帶動(dòng)其相關(guān)產(chǎn)業(yè)的新一輪發(fā)展，尤其工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)（IIOT）的加速發(fā)展使其成為工業(yè)制造數(shù)字化轉(zhuǎn)型中心舞臺(tái)的重要角色，連接了設(shè)備層和網(wǎng)絡(luò)層，為平臺(tái)層、軟件層和應(yīng)用層奠定了堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)，將全面打通整個(gè)工業(yè)體系中的關(guān)鍵數(shù)據(jù)流。” ADI中國(guó)區(qū)工業(yè)自動(dòng)化行業(yè)市場(chǎng)經(jīng)理于常濤（Roger）近日在接受媒體采訪時(shí)表示。
以數(shù)字化為導(dǎo)向，加速推動(dòng)傳統(tǒng)工業(yè)向新型工業(yè)過渡升級(jí)
工業(yè)領(lǐng)域也一直被認(rèn)為是物聯(lián)網(wǎng)最大的應(yīng)用場(chǎng)景之一。工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)通過工業(yè)資源的網(wǎng)絡(luò)互連、數(shù)據(jù)互通和系統(tǒng)互操作，能夠?qū)崿F(xiàn)制造原料的靈活配置、制造過程的按需執(zhí)行、制造工藝的合理優(yōu)化和制造環(huán)境的快速適應(yīng)，達(dá)到資源的高效利用，從而構(gòu)建服務(wù)驅(qū)動(dòng)型的新工業(yè)生態(tài)體系，其本身則是緊緊圍繞數(shù)字化來(lái)進(jìn)行的。伴隨著數(shù)字化進(jìn)程推進(jìn)，工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)也可以為整個(gè)行業(yè)帶來(lái)兩個(gè)方面的根本轉(zhuǎn)變，包括傳統(tǒng)設(shè)備的數(shù)字化升級(jí)以及在升級(jí)的過程中產(chǎn)生出的新產(chǎn)品和新業(yè)務(wù)模式。
“事實(shí)上，工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)在傳統(tǒng)工業(yè)的基礎(chǔ)上進(jìn)行了數(shù)字化、網(wǎng)絡(luò)化、智能化升級(jí)，其中最核心的仍然是數(shù)字化，網(wǎng)絡(luò)化和智能化則是作為數(shù)字化的提升。”于常濤強(qiáng)調(diào)道，“工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)背后的產(chǎn)業(yè)邏輯也是日趨成熟的傳感器技術(shù)、通信技術(shù)、信息處理技術(shù)三大技術(shù)的整合應(yīng)用，我們可以很好的將其層面結(jié)構(gòu)與ADI產(chǎn)品做關(guān)聯(lián)，將囊括ADI豐富全面的傳感器系列、有線與無(wú)線通信網(wǎng)絡(luò)技術(shù)以及基于云端軟件算法的研究。”
部署工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)通信網(wǎng)絡(luò)，從有線逐漸走向多元結(jié)合
工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)的優(yōu)勢(shì)是能夠充分利用傳感器采集的不斷增加的數(shù)據(jù)做出更好的決策，而在整個(gè)工業(yè)自動(dòng)化系統(tǒng)中，能否及時(shí)獲取和傳輸數(shù)據(jù)取決于網(wǎng)絡(luò)連接。為應(yīng)對(duì)日益增長(zhǎng)的數(shù)據(jù)量，網(wǎng)絡(luò)技術(shù)以及制造工藝流程和方法都必須不斷改進(jìn)。智能、互聯(lián)的自動(dòng)化環(huán)境需要數(shù)字連接控制系統(tǒng)、工業(yè)設(shè)備、產(chǎn)線機(jī)器人等，以創(chuàng)建和共享信息。這些機(jī)器采用的通信方式以及部署的工廠通信網(wǎng)絡(luò)是企業(yè)的核心，也是推動(dòng)實(shí)現(xiàn)工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)的關(guān)鍵。
從傳輸網(wǎng)絡(luò)角度來(lái)看，通信方式無(wú)非是分為有線和無(wú)線，到目前為止工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)還是以有線通信為主，無(wú)線通信方式在某些應(yīng)用場(chǎng)景作為補(bǔ)充，工業(yè)以太網(wǎng)開始發(fā)揮越來(lái)越重要的作用。幾十年的發(fā)展歷程導(dǎo)致工業(yè)以太網(wǎng)協(xié)議和拓?fù)湫问奖姸?，越?lái)越多的工業(yè)自動(dòng)化技術(shù)供應(yīng)商和制造商都希望能獲得獨(dú)立于制造商的開放式通信平臺(tái)。因此，未來(lái)的工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用必須支持各種常見的網(wǎng)絡(luò)拓?fù)?，如PROFINET、EtherNet/IP®、EtherCAT®、POWERLINK®等常用工業(yè)以太網(wǎng)協(xié)議，以及線狀和環(huán)狀拓?fù)浜托切瓮負(fù)洹Ｓ诔敿?xì)介紹道，ADI打造的fido5000系列產(chǎn)品是具有兩個(gè)以太網(wǎng)端口的實(shí)時(shí)以太網(wǎng)、多協(xié)議 (REM) 交換芯片，是可編程的 IEEE 802.3 10 Mbps/100 Mbps 以太網(wǎng)互聯(lián)網(wǎng)協(xié)議版本 6 (IPv6) 和互聯(lián)網(wǎng)協(xié)議版本 4 (IPv4) 交換機(jī)，可虛擬支持任意 2 層或 3 層協(xié)議。另外，它可以連接任何主機(jī)處理器，這讓開發(fā)人員可以使用自己的處理器和他們首選的開發(fā)環(huán)境。
值得一提的是，fido5000還支持時(shí)間敏感型網(wǎng)絡(luò) (TSN)，未來(lái)基于TSN的工業(yè)以太網(wǎng)應(yīng)用的需求將能夠滿足運(yùn)動(dòng)控制或安全等應(yīng)用非常苛刻的實(shí)時(shí)要求。在工業(yè)環(huán)境中，即使一毫秒的通信延遲也可能會(huì)對(duì)制造商的產(chǎn)品質(zhì)量、吞吐量和效率產(chǎn)生負(fù)面、成本高昂的影響。而ADI推出的新型ChronousTM系列工業(yè)以太網(wǎng)解決方案當(dāng)中的ADIN1300，進(jìn)一步致力于解決部署具有低延遲和較小封裝尺寸的工業(yè)以太網(wǎng)連接方面的重要挑戰(zhàn)，以確保實(shí)時(shí)可靠的工業(yè)通信，從而縮短工業(yè)以太網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)周期時(shí)間。這是一款工業(yè)以太網(wǎng)物理層(PHY)產(chǎn)品，以幫助制造商應(yīng)對(duì)關(guān)鍵的工業(yè)4.0和智能工廠在通信上的挑戰(zhàn)，包括數(shù)據(jù)集成、同步、終端連接和系統(tǒng)互操作性。
有線通信領(lǐng)域，包括RS-485在內(nèi)的典型現(xiàn)場(chǎng)總線技術(shù)與傳統(tǒng)過程控制和電機(jī)控制網(wǎng)絡(luò)，ADI基于領(lǐng)先的模擬技術(shù)、隔離產(chǎn)品以及處理器等的開發(fā)，提供了廣泛的軟件可配置IO、現(xiàn)場(chǎng)儀器儀表、高效伺服驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)等方案。“例如ADI最新推出的四通道、軟件可配置輸入/輸出套件AD74413R與AD74412R，將有助于開發(fā)現(xiàn)場(chǎng)可配置遠(yuǎn)程I/O單元，將傳統(tǒng)的現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備與網(wǎng)絡(luò)連接，實(shí)現(xiàn)傳統(tǒng)儀器儀表與高層級(jí)以太網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)的融合。”于常濤舉例說(shuō)明。
在工業(yè)環(huán)境中，低功耗、穩(wěn)定可靠的無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)由于部署與維護(hù)的便利性正在成為更多工業(yè)應(yīng)用場(chǎng)景的網(wǎng)絡(luò)連接補(bǔ)充選項(xiàng)，ADI提供的2.4GHz頻段的SmartMesh IP網(wǎng)絡(luò)就是其中的卓越代表。這個(gè)網(wǎng)絡(luò)最大的特點(diǎn)是實(shí)現(xiàn)了達(dá)到99.999%的高數(shù)據(jù)傳輸可靠性Mesh網(wǎng)絡(luò)，并且功耗極低。同時(shí)，SmartMesh還是一個(gè)時(shí)間同步網(wǎng)絡(luò)，可以做到各個(gè)節(jié)點(diǎn)的時(shí)間精確同步，便于很多需要同步的場(chǎng)合。由于其高可靠性，非常適合于對(duì)網(wǎng)路傳輸可靠性要求很高且希望免維護(hù)使用的工業(yè)應(yīng)用場(chǎng)合。對(duì)于SmartMesh IP，ADI不僅提供高性能的芯片和產(chǎn)品化的模組，甚至可以為客戶提供全套解決方案。SmartMesh網(wǎng)絡(luò)目前已經(jīng)被應(yīng)用于全球數(shù)據(jù)中心、工業(yè)自動(dòng)化、風(fēng)力發(fā)電、輸油管線、交通運(yùn)輸?shù)阮I(lǐng)域。
工業(yè)設(shè)備智能化升級(jí)，從準(zhǔn)確“問診”產(chǎn)線狀態(tài)入手
無(wú)論是工業(yè)以太網(wǎng)還是無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)，其最大的價(jià)值便是工業(yè)應(yīng)用的落地，其中包括激增的高質(zhì)量傳感器、可靠連接和數(shù)據(jù)分析的，不斷提高的智能節(jié)點(diǎn)自動(dòng)化程度對(duì)傳感器進(jìn)行精密數(shù)據(jù)捕捉與位置跟蹤要求也與日俱增。傳感器在工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)可分很多種類型，例如大家熟知的溫度、壓力、流量、液位監(jiān)測(cè)等，若干年前就已廣泛應(yīng)用。近些年越來(lái)越多被提及的設(shè)備狀態(tài)監(jiān)測(cè)CBM（Condition Based Monitoring）則引入了以振動(dòng)監(jiān)測(cè)為核心的技術(shù)，把旋轉(zhuǎn)設(shè)備的振動(dòng)狀態(tài)采集分析以進(jìn)行產(chǎn)品性能、生產(chǎn)效率與附加值的進(jìn)一步提升，這是最具現(xiàn)實(shí)經(jīng)濟(jì)意義也最容易落地的應(yīng)用。
例如參與工業(yè)設(shè)備維護(hù)的人都知道設(shè)備發(fā)出的振動(dòng)是很重要的信息，通過振動(dòng)可以判斷設(shè)備健康從而可以將維護(hù)成本大大降低。設(shè)備狀態(tài)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)得以實(shí)現(xiàn)，依賴于ADI在工業(yè)應(yīng)用中推出的多個(gè)系列高性能MEMS加速度計(jì)產(chǎn)品。于常濤表示：“ADXL100x系列單軸加速度計(jì)針對(duì)工業(yè)狀態(tài)監(jiān)控應(yīng)用而優(yōu)化，測(cè)量帶寬高達(dá)50 kHz，g值范圍高達(dá)±100 g，并且擁有超低的噪聲性能，旋轉(zhuǎn)機(jī)械中發(fā)生的主要故障都在ADXL100x系列狀態(tài)監(jiān)控加速度計(jì)的測(cè)量范圍以內(nèi)。而集成的模塊產(chǎn)品ADcmXL3021還將高性能振動(dòng)檢測(cè)和各種信號(hào)處理功能相結(jié)合，可以跟蹤許多機(jī)器平臺(tái)上的振動(dòng)信號(hào)，可簡(jiǎn)化狀態(tài)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)中的智能傳感器節(jié)點(diǎn)開發(fā)周期。”
ADI團(tuán)隊(duì)不僅致力于將人類對(duì)振動(dòng)的解讀用于工業(yè)設(shè)備監(jiān)測(cè)，還從設(shè)備的聲音中實(shí)現(xiàn)檢測(cè)異常行為并進(jìn)行診斷。ADI的OtoSense體系結(jié)構(gòu)就是一種設(shè)備健康監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，支持我們所說(shuō)的計(jì)算機(jī)聽覺，讓計(jì)算機(jī)能夠理解設(shè)備發(fā)出的聲音和振動(dòng)主要指標(biāo)，能夠在問題變得嚴(yán)重之前確定工廠機(jī)器或汽車發(fā)動(dòng)機(jī)中的潛在問題。值得一提的是，為進(jìn)一步加強(qiáng)基于狀態(tài)監(jiān)測(cè)的預(yù)測(cè)性維護(hù)解決方案，ADI還收購(gòu)了專門從事電機(jī)和發(fā)電機(jī)預(yù)測(cè)性維護(hù)的公司Test Motors，將ADIf原有的工業(yè)狀態(tài)監(jiān)測(cè)解決方案技術(shù)，以及OtoSense的人工智能平臺(tái)傳感解譯軟件與Test Motors的監(jiān)控功能相結(jié)合，創(chuàng)建更優(yōu)化的解決方案，通過捕獲更廣泛的潛在故障為機(jī)器提供更先進(jìn)、全面的健康狀況監(jiān)測(cè)。
集成化與定制化解決方案，高效助力工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用落地
“新基建”部署正在加速，如何抓住“新基建”下工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)落地的機(jī)遇？近年來(lái)，隨著產(chǎn)品研發(fā)節(jié)奏與上市時(shí)間的縮短，客戶對(duì)于半導(dǎo)體元器件供應(yīng)商的要求也越來(lái)越多，他們不再滿足于只提供相應(yīng)元器件，而希望更高級(jí)別的支持方式，ADI在過往若干年也是按照這個(gè)邏輯在努力。例如基于傳統(tǒng)優(yōu)勢(shì)產(chǎn)品，ADI不光可以提供芯片本身，還把芯片集成到基于我們對(duì)于客戶系統(tǒng)的理解做的系統(tǒng)級(jí)解決方案中，大大縮短了客戶的研發(fā)風(fēng)險(xiǎn)和研發(fā)時(shí)間。
于常濤表示前面的工業(yè)狀態(tài)監(jiān)測(cè)模塊ADcmXL3021就為ADI的系統(tǒng)化設(shè)計(jì)支持提供了充分的詮釋。它采用了三顆在振動(dòng)監(jiān)測(cè)中應(yīng)用廣泛的加速度計(jì)ADXL1002，同時(shí)還用了一個(gè)低功耗的MCU，再加上一個(gè)很好、很完整的經(jīng)過測(cè)試和驗(yàn)證過的機(jī)械結(jié)構(gòu)進(jìn)行模塊化封裝而成。作為一個(gè)系統(tǒng)化的解決方案，它完美的解決了客戶的應(yīng)用落地的焦慮：選擇合適的傳感器芯片，要有相應(yīng)的軟件算法的支持，同時(shí)一定要考慮機(jī)械結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)。ADcmXL3021內(nèi)部三顆ADXL1002可以在X、Y、Z三軸檢測(cè)三個(gè)方向的振動(dòng)，低功耗MCU集成了一些FFT的算法，可以傳輸一些時(shí)域或者頻域的數(shù)據(jù)，也可以傳輸一些原始的數(shù)據(jù)波形。其整個(gè)機(jī)械結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)也非常小巧，并且經(jīng)過完整的產(chǎn)品級(jí)的認(rèn)證和驗(yàn)證。這都是ADI當(dāng)前為客戶提供定制化與模塊化解決方案支持時(shí)的普遍做法。
“如今，或許我們無(wú)法訪問的工業(yè)信息和洞察數(shù)據(jù)孤島還仍然存在，但隨著‘新基建’政策的加速推動(dòng)，工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)部署日益普及，傳統(tǒng)工業(yè)轉(zhuǎn)型升級(jí)的挑戰(zhàn)將轉(zhuǎn)向如何高效采集設(shè)備運(yùn)行數(shù)據(jù)，在數(shù)據(jù)傳輸過程中確保其安全性，以及如何利用這些數(shù)據(jù)來(lái)充分提升商業(yè)價(jià)值。”于常濤強(qiáng)調(diào)道，“ADI公司擁有深厚的工業(yè)領(lǐng)域?qū)I(yè)知識(shí)、技術(shù)經(jīng)驗(yàn)和廣泛的產(chǎn)品解決方案，將有效幫助您加速傳統(tǒng)工業(yè)向未來(lái)智能工廠的數(shù)字化升級(jí)過渡。”
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