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隨著物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的迅猛發(fā)展,后工業(yè)時(shí)代不斷發(fā)展,甚至呈現(xiàn)出加速演變的趨勢。未來,無人工廠將會是智能升級的一個(gè)重要方向,不僅能讓人從簡單的、繁復(fù)的、危險(xiǎn)的工作中解脫出來,還能極大地提高成產(chǎn)效率。在這種情況下,工業(yè)自動化將面臨哪些新的挑戰(zhàn)?又有哪些機(jī)會?
近日,在深圳舉行的工廠自動化和機(jī)器人技術(shù)創(chuàng)新的媒體見面會上,德州儀器處理器部門負(fù)責(zé)人Sameer Wasson、德州儀器中國區(qū)業(yè)務(wù)拓展總監(jiān)吳健鴻針對智慧工廠的發(fā)展趨勢和面臨的挑戰(zhàn)進(jìn)行了深入的探討,并分享了TI在工業(yè)領(lǐng)域的最新技術(shù)產(chǎn)品和解決方案。
德州儀器處理器部門負(fù)責(zé)人Sameer Wasson
無人工廠容錯(cuò)率低,對數(shù)據(jù)采集、傳輸、處理能力要求極高
工業(yè)自動化的最終目的是降低人工成本,提高生產(chǎn)效率,打造無人工廠。而無人工廠的容錯(cuò)率較低,一旦工廠里面的人手越來越少,其自動化的部分要實(shí)現(xiàn)機(jī)器自動運(yùn)行,不允許出現(xiàn)差錯(cuò)。目前,工業(yè)領(lǐng)域涉及數(shù)據(jù)采集、數(shù)據(jù)傳輸、數(shù)據(jù)處理等各個(gè)層面,存在和其他行業(yè)不同的問題,比如:如何避免數(shù)據(jù)因采集和傳輸環(huán)節(jié)出錯(cuò)造成停產(chǎn)問題?如何保證工廠自動運(yùn)行的時(shí)候不會誤傷周邊工人?
無人工廠往往需要采集和獲取很多環(huán)境數(shù)據(jù),因此,數(shù)據(jù)采集和傳輸是智慧工業(yè)中一個(gè)很重要的環(huán)節(jié)。一旦一個(gè)傳感器傳送了錯(cuò)誤的數(shù)據(jù)或者沒有成功傳輸數(shù)據(jù),都會對工廠的生產(chǎn)帶來很大的影響,甚至造成重大損失。
和消費(fèi)電子等領(lǐng)域相比,工業(yè)傳感器在精度、穩(wěn)定性、抗震動和抗沖擊性方面有更苛刻的要求,需要從穩(wěn)定性、精度、運(yùn)行安全等多方面考慮,不管是簡單的溫度、濕度的傳感器,甚至是更復(fù)雜的有距離要求的傳感器,比如激光雷達(dá)。
不同的傳感應(yīng)用,需要把采集到的數(shù)據(jù)傳送到終處理器里,幫助做實(shí)時(shí)的判斷。此時(shí),通訊技術(shù)為數(shù)據(jù)傳輸起到很重要的作用。工業(yè)應(yīng)用對4G、5G、WiFi、藍(lán)牙等短距離通訊技術(shù)有一定的需求,但工廠涉及到大量的設(shè)備,這些設(shè)備里是需要有去做實(shí)時(shí)控制的部分。特別是現(xiàn)在很多工廠采購的設(shè)備都是從不同的公司買來的,如何實(shí)現(xiàn)設(shè)備的互聯(lián)互通成了一個(gè)擺在面前的難題,這需要有標(biāo)準(zhǔn)的工業(yè)通信的來滿足,確保每一個(gè)系統(tǒng)都是采用了相同的通信協(xié)議,最終實(shí)現(xiàn)互聯(lián)互通。
在工廠設(shè)備從原來的單打獨(dú)斗變成互聯(lián)互通的情況下,數(shù)據(jù)的安全和保密工作需要高度重視。如果沒有進(jìn)行數(shù)據(jù)保密,很容易被黑客破解系統(tǒng),甚至造成了重大的災(zāi)難。設(shè)計(jì)工業(yè)自動化的過程中,需要考慮周邊人員的安全。目前的無人工廠并非完全無人,哪怕有一個(gè)人在工廠里工作,也要確保自動化系統(tǒng)里與足夠的安全措施,保證不傷害工人的性命。
這方面要求自動化工廠有很快的響應(yīng)速度,有實(shí)時(shí)處理的功能。在這樣的情況下,云端服務(wù)器不一定是最好的解決方案,反而本地運(yùn)算和云端相結(jié)合會是更好的方法。
Sameer Wasson說:“以前工廠的更多的是MCU,現(xiàn)在都用比較大的AM處理器解決實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)處理的問題。這些數(shù)據(jù)一方面會在本地去做運(yùn)算,另一方面也有很多的數(shù)據(jù)要傳送到云端,特別是有一些比如需要根據(jù)工廠業(yè)務(wù)的情況才決定去投入什么樣的生產(chǎn)線,去做什么樣的產(chǎn)品,這樣的應(yīng)用需要本地運(yùn)算和云端服務(wù)進(jìn)行結(jié)合才能發(fā)揮最好的能效。至于設(shè)備如何跟云端連接,怎么樣利用所謂的Gateway去做連接,邊緣計(jì)算的權(quán)重多少比較合適都是需要考慮的問題。”
統(tǒng)一的處理器平臺才能集中解決分散的需求
目前很多工業(yè)應(yīng)用都是零星分散的,不同的應(yīng)用情景用不同的平臺進(jìn)行研發(fā),不僅人力成本高,研發(fā)的時(shí)間和金錢成本也高。工業(yè)自動化的需求紛繁復(fù)雜,不僅要求要有強(qiáng)大處理能力的平臺,還要有統(tǒng)一的平臺來進(jìn)行研發(fā)。
Sameer Wasson表示,“從整個(gè)工廠來說,我們是看到越來越多從整個(gè)系統(tǒng)去考慮,不管這個(gè)工廠里邊的PLC、CNC,還是簡單的控制機(jī)器手臂,所有的設(shè)備都是需要有互聯(lián)互通的部分。當(dāng)中可能需要有一個(gè)相對比較強(qiáng)的網(wǎng)絡(luò)處理器或者相對比較強(qiáng)的邊緣計(jì)算處理器,所以TI在Sitara系列,Sitara就是TI的AM,有可能是AM單核的,有可能是多核的AM,有可能是AM加DSP的控制器有一個(gè)AM6系列的產(chǎn)品,是很適合做工業(yè)傳感、工業(yè)通信還有工業(yè)控制的功能,包括了安全性的部分,這些功能都集成在處理器里面。另外,工人的人身安全部分需要有一些工業(yè)安全的標(biāo)準(zhǔn)來滿足,比如說IEC61508就是工業(yè)的安全標(biāo)準(zhǔn)。在這方面,我們的產(chǎn)品也可以做到功能安全的基本保護(hù)。”
此外,針對如何掌握整個(gè)產(chǎn)線來進(jìn)行實(shí)時(shí)調(diào)整的問題,TI也有相應(yīng)的措施。Sameer Wasson補(bǔ)充說,“工業(yè)自動化在實(shí)時(shí)監(jiān)控部分需要很精準(zhǔn)的數(shù)據(jù),不管是溫度也好,濕度也好。剛才提到Sitara AM6部分,我們在很多不同應(yīng)用里,在全世界各地已經(jīng)是有很多,雖然這個(gè)產(chǎn)品相對比較新,但已經(jīng)有很多不同的應(yīng)用,包括了工業(yè)機(jī)器人,我們一體性的機(jī)器人,比較長的GPU,可以看到有很多AM6已經(jīng)在做。另外來說有很多IPC的HMI應(yīng)用可以看到有越來越多的客戶會更希望去到X86平臺里在AM部分也有更多的選擇。還有在訪問的控制或者邊緣設(shè)備的控制,工廠的保護(hù),還有很多的運(yùn)動攻擊,這些支付在醫(yī)療部分,醫(yī)療監(jiān)控這些應(yīng)用都會看到我們AM6系列很適合做的應(yīng)用。”
TI在工業(yè)自動化領(lǐng)域的殺手锏——毫米波方案
在處理器方面,工業(yè)自動化領(lǐng)域里目前看到好的技術(shù)是毫米波雷達(dá)。一般來說,毫米波雷達(dá)更多的是出現(xiàn)在汽車應(yīng)用里,比如77G雷達(dá)。而應(yīng)用在工業(yè)領(lǐng)域的一般的標(biāo)準(zhǔn)是以60G頻率為主的。吳健鴻表示,TI去年開始有一些新的60G的毫米波雷達(dá)出來,是專門針對工業(yè)應(yīng)用為主去做的。
德州儀器中國區(qū)業(yè)務(wù)拓展總監(jiān)吳健鴻
TI的60-GHz毫米波傳感器克服了與射頻設(shè)計(jì)相關(guān)的傳統(tǒng)挑戰(zhàn),體積非常小,也能為客戶降低成本,提供高達(dá)4GHz的超寬帶寬。其毫米波傳感器能在單芯片上集成精確的傳感和實(shí)時(shí)決策以及處理,可以在復(fù)雜的環(huán)境下檢測物體的速度、角度和距離,也能提供高級算法的片上處理功能。客戶通過這個(gè)毫米波傳感器,能讓機(jī)器實(shí)現(xiàn)的獨(dú)特?cái)?shù)據(jù)集與片上處理功能,減少工廠在自動化設(shè)計(jì)和運(yùn)作時(shí)的錯(cuò)誤檢測。
結(jié)語
工業(yè)自動化正基于物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)往智能化方向發(fā)展,使得工廠的設(shè)備能夠快速實(shí)現(xiàn)內(nèi)部聯(lián)通、接收及理解信息,并做出實(shí)時(shí)決策。這一智能化趨勢不僅推動著智慧工業(yè)的創(chuàng)新,也為半導(dǎo)體技術(shù)的發(fā)展帶來新機(jī)遇。
TI有整個(gè)系列的產(chǎn)品,能集中解決各種問題,覆蓋低端、中端到高端市場,有大內(nèi)核和多內(nèi)核的,也有AM和DSP,有很多不同類型的產(chǎn)品能滿足各種各樣的需求。更重要的是,TI能通過提供一整個(gè)系列的產(chǎn)品給客戶,讓他們可以在一個(gè)處理器平臺根據(jù)不同的應(yīng)用選擇所需的產(chǎn)品。