为您揭秘如何构建智慧工厂

现如今, 信息化浪潮席卷全球，信息通信技术与制造技术、新能源技术等交叉融合，人类社会正在进入万物互联、虚实结合、智能计算、开放共享的新时代。不久前，e星球发布了2019年的未来汽车、智慧工厂、+AI、IoT+、首发基地与中国力量这6大关键词，其中，智慧工厂是制造业创新驱动发展的主战场，以智慧工厂为最终目标的传统工厂新一轮产业革命是扭转制造业低质低效，实现新旧动能转换的关键所在，正如猛虎之势席卷全球。

从狭义上看，智慧工厂是移动通信网络、数据传感监测、信息交互集成、高级人工智能等相关技术、产品及系统在工厂层面的具体应用，以实现生产系统的数字化、网络化、智能化、柔性化和绿色化。从广义上看，智能工厂是以制造为基础，向产业链上下游同步延伸，涵盖了产品全生命周期智能化实施与实现的组织载体。作为智能制造重要的实践领域，如何加快迈入智慧工厂全新模式已引起了制造企业的与电子IC大厂的广泛关注。

智能化改造第一步：如何采集生产数据？

相较传统工厂，智慧工厂可以实现跨设备的数据收集和分析，更加灵活高效地生产出低价高质的商品，这将反馈提高生产效率、转变经济发展模式、促进工业增长，最终提升企业和地区的竞争力。因此，对工厂内部的生产数据、人员数据、设备数据等进行实时监控并采集，存储于数据库中，通过图表或报表的样式进行展现，以分析和优化生产工艺流程，是实现传统工厂智能化改造的第一步，也是现场生产执行层与管理层之间的信息纽带，能够实现异常数据实时反馈、管理推送可视化、现场监控远程化、过程管控集成实时化，最终实现工厂的数字化管控。

全球传感器行业巨头博世（2019年慕尼黑上海电子展，展位号：E4.4500）便致力于通过各种传感器让任意设备成为数据采集、生产的工具。据博世集团董事会成员 Markus Heyn博士近日在CES 2019上透露，利用其自有的物联网云平台，博世已经开展和实施了 270 多个物联网项目，涵盖包括智慧工厂、智慧城市等多个领域。目前，博世的物联网套件已经实现了与 850 万个传感器和设备的互联互通，这一数字较去年增长近 40%。

同样在工业制造领域，艾迈斯（2019年慕尼黑上海电子展，展位号：E4.4524）传感器可用于广泛的成像技术部署，实现更小的外形尺寸以及更高的光学性能，新的CSK14K面阵扫描传感器可以提供更出色的图像质量和更高的吞吐量，让机器视觉设备在物体以更高速度在产线移动的时候能够抓取到更清晰、更准确的图像。此外，艾迈斯的智慧工厂解决方案还可推动工厂自动化增强现实，使人机连接更具活力，让机器人应用更加安全和智能。

艾迈斯半导体在德国慕尼黑电子展上进行演示

不难看出，信息化和数字化是当前制造升级的核心标志和主要途径。以智能传感为起点，大量设备互联产生的数据从多方位改变着我们对制造内涵的认知，并引发对生产流程和技术服务的再思考。同样作为领先的工业传感器制造商之一，倍加福（2019年慕尼黑上海电子生产设备展，展位号：E1.1556）推出的“SmartBridge智慧桥梁”的概念，是在“工业4.0”的道路上迈出的坚实的第一步。它的作用是将传感器直接通过无线形式连接到智能手机或平板电脑上，与此同时，传统的信号输出不受任何影响，可直接被控制系统采集。通过该连接，就能达到对传感器设备的在线管理, 如获取设备诊断信息，调试信息以及故障探测。借助双向确认的链接形式，蓝牙技术不易受任何安全漏洞的威胁，病毒无法通过其在传感器及控制端之间传输。

应用于IO-Link设备的SmartBridge技术，图片来源：倍加福

传统工厂变革智慧工厂的关键：设备间的互联互通

在各设备都拥有了数据采集与简单的自主决策能力外，网络化则是迈入智慧工厂下一阶段的关键步骤，因为工业4.0的本质就是实现机器间的相互连接，网络通信在智慧工厂中发挥着至关重要的作用，不同的厂商也相继推出各自的解决方案。

先进嵌入式系统解决方案的领导者赛普拉斯（2019年慕尼黑上海电子展智慧工厂科技园）近日宣布与 Semtech 公司合作，助力 Onethinx 公司开发出了基于LoRaWAN的小型双芯片模组。这款高度集成的Onethinx 模组整合多个传感器，能够在复杂的射频环境下工作，因此可以完美用于各类智慧工厂与智慧城市应用。该模组整合了赛普拉斯PSoC 6 MCU中的硬件安全单元，以及Semtech的LoRa 器件和无线射频技术，拥有多层安全架构，能够实现对信任锚的隔离，以严格保护设备到云端的连接。此外，PSoC6 MCU 集成了低能耗蓝牙（BLE）连接，可以提供简单、低功耗的带外（out-of-band）控制通道。

使用Cypress PSoC 6和Semtech LoRaWAN 的 Onethinx 模组 图片来源：Cypress

全球模拟芯片巨头ADI（2019年慕尼黑上海电子展智慧工厂科技园）则认为，要实现智能工厂转型，必须提供智能和节能产品，或者说完全自主的系统，它们可以很简单地集成到现有生产结构中（例如即插即用），这些系统由各种半导体器件和传感器组成，并与模拟和数字信号处理IC相结合。价值链从这些器件开始：首先，传感器负责从真实的物理世界收集数据，之后将它们转换成数字信号，再在数字领域中进行处理。随着价值链的发展，市场需求将改变。这就是为什么半导体制造商必须将自己的企业和产品适应智能工厂的现实原因。技术趋势正朝着智能节能产品以及集成安全安保功能和能源采集能力方向发展。

ADI 致力于帮助客户向工业 4.0 过渡的领域，图片来源：ADI

下图显示了一个器件或者说一个完整的系统，其中以ADI公司基于MEMS的加速度计ADXL356为例。ADXL356是构成一个系统的基础，并且可以通过其他功能实现扩展：利用模数转换器、微控制器以及各种模拟、数字（部分隔离）或无线接口集成信号处理，支持以太网、6LpoWPAN或ADRadioNet等通信标准。ADRadioNet是由ADI公司开发的通信标准，其特点是采用无线自愈式多跳频的通信协议，具有高扩展性，且内存消耗低。此外，它还集成加密方法（例如AES-128和AES-256）可阻止可能的网络攻击，提高了安全性。最后但同样重要的是，功能安全在这些系统的开发过程中起着重要作用，因为这对智能工厂而言也非常重要。

ADI眼中的智能工厂信号链，图片来源：ADI

此外，在现代的工业生产中，由于大型企业普遍存在着生产设备设施部署离散、各个生产检测点实时监测难且存在安全隐患的情况。在没有一个统一中心的情况下，如何实施有效的监测确保安全生产呢？对此，霍尼韦尔（2019年慕尼黑上海电子展，展位号：E4.4559）就提出了一个“智慧互联”的整体解决方案，以气体检测为例，霍尼韦尔利用华为先进的eLTE无线网络，为整个厂区打造一个无缝信号覆盖，使它成为了一个完整的大区域；在设备离散、无中心的情况下，以此实现大区域内的业务协作和通信系统建设。其次，基于华为专为霍尼韦尔设计的一款芯片，霍尼韦尔将成为全球首家连入华为eLTE网络的气体检测设备生产商。利用先进的便携式气体检测设备及其他轻量级设备，接入区域内的eLTE网络，将厂区内需监测的视频、音频或者气体及其他需检测的各项信息通过网络实现实时回传。最终实现全区域、远距离、大范围的数据监控及交互。

霍尼韦尔互联工业，图片来源：霍尼韦尔

在这套整体解决方案中，霍尼韦尔通过eLTE无线网络采用标准协议与企业现有应用平台进行对接，在授权与非授权频谱上，融合宽带窄带的物联方案，将厂区内各个生产环节通过数字化的通信系统、运行系统整合在同一平台上，以此实现全厂区的数据交互；并利用多种抗干扰技术保证了企业的数据安全性、可靠性。

可以预见的是，智能制造作为全球工业行业苏醒的至关点之一，在5G、AI、物联网等技术的快速发展下，迎来了冬天的第一缕阳光。据研究机构预测，中国智能制造行业的市场规模2019年也将突破19,000亿元。在此大背景下，2019年慕尼黑上海电子展特别打造“智慧工厂科技园”，汇集上下游解决方案提供商，以专业的视角，全面呈现Digital Twin、AI+等智慧工厂技术亮点，加速中国制造智能化转型。点击阅读原文，完成展会预登记，届时直接入园参观。