实时控制、安全和安保技术对未来工厂技术 创新的推动作用

Brendan O’Dowd ADI公司工业自动化事业部总经理

经济的普遍繁荣、传感器的普及与无处不在的云连接已开始形成合力，共同加速推动工厂系统和设备的变革步伐。

面对强大的经济和技术力量，工厂的运作方式也正在快速变化。在这个瞬息万变的环境中，善于应变的工厂设备制造商将取得蓬勃发展，因为他们能开发出联网和智能化水平不断提高的系统，增进工厂的灵活性和安全性，并在扩大联网范围的同时，继续为整个体系提供安全保障。自动化系统和自主式系统的广泛使用将降低工厂对重复性劳动或复杂人工操作的依赖性。

半导体将成为新一代工业自动化设备的核心，提供必要的处理、控制和检测功能，确保这些设备能在联网环境中有效地运行。

ADI公司始终在模拟和数字世界的交汇处茁壮成长，对新型工厂自动化设备的技术变革需求有着切身的认识。凭借在检测、信号调理、数字信号处理、有线和无线连接以及软件领域的深厚专业知识，ADI公司能够有效地解决工业客户面临的挑战，能开发出面向应用的解决方案，缩短OEM制造商产品的上市时间。ADI的目标是帮助客户通过技术进行创新，为未来的发展做好准备，同时通过保障工业零部件的长期供货，为传统系统提供持续性的支持。

未来将带来深层次的颠覆性变化，这一切均源于一个广受欢迎的趋势：全球的普遍繁荣。

全球经济的普遍繁荣

本世纪，在传统上被视为发展中国家的部分地区的可支配收入显著增长。结果，全球对制成品的需求不断增长，迫使制造商扩大生产，同时提供越来越多样化的产品配置，以满足地区和国家需求的变化。

与此同时，全球经济繁荣的增长正在减少廉价的、非熟练体力劳动力的供应量。在过去30年中，制造商通过将生产外包到中国等低成本地区而获得的一次性红利逐渐消失，因为这些地区的工资水平上涨；如今，受过良好教育的劳动力逐渐失去对低薪重复性体力劳动的兴趣。未来，制造商将通过部署自动化技术而非转向新的低成本地点来提高竞争力。

智能互联工厂

新的技术能力也有助于制造商从对工厂自动化设备的投入中获得额外的价值。

微型高性能半导体传感器的普及以及无处不在的联网设备产生了大量的机器和工艺特性数据。现在，数据分析技术在丰富的新型应用中表现出前所未有的潜力，如设备健康监测、预防性维护等。与此同时，可编程硬件和软件定义电子功能的普遍应用为工厂流程和工具的快速再配置创造了可能。

由此可见，未来的工厂将更加敏捷，能更及时地响应需求，自动化程度会进一步提高，可靠性也可随之增加。其对操作员的需求将会减少，因计划外维护造成的停机事件也会减少。那么，模拟和数字半导体领域有哪些技术将为实现这种新的工厂自动化模式创造可能呢？

传感器——设备健康监测的关键

MEMS传感器技术为新型传感器的开发提供了可能，此类传感器体积小巧、性能可靠且能精确测量振动和运动。例如，低噪声、宽带宽加速度计具有超高的精度和准确度，能识别机器振动特征的细微变化。与传感器分析软件相结合，这些器件能帮助设备操作员在发生故障之前，提前确定潜在故障的来源，及时采取预防性维护措施。

作为一种应用，设备健康监测并不局限于传统工厂环境。移动或远程工业设备可以使用无线连接来向中央控制器报告诊断信息和运行状态。使用电池供电或间歇性电源（如太阳能），这类应用需要超低功耗的传感解决方案。

高速工厂车间连接解决方案

随着工厂和加工厂里传感器的快速增多，结果会产生海量的实时数据。传感器节点与PLC之间的传统通信协议（如4 mA至20 mA控制回路）将让位于各种版本的超高速以太网协议，为工厂操作技术(OT)基础设施与企业信息技术(IT)基础设施的高度集成创造条件。

为了满足工厂对高速数据传输的这一新需求，OEM制造商需要部署具有未来升级能力的系统，这类系统不仅能支持当前使用的工业以太网协议，还能支持新兴的以太网变体--时间敏感网络(TSN)，它很可能成为实时工业通信的有线联网技术标准。为了支持这种转变，ADI推出了一个以太网平台，使系统能从一种以太网协议切换到另一种以太网协议，而无需重新设计硬件。

在物理布线难以到达的位置连接传感器节点也需要性能可靠的无线传感器网络技术。面向要求苛刻的物联网应用的SmartMesh®、WirelessHART等无线网络技术，为工业自动化设备提供了一种有效的高性能无线连接方式。

自主式机器安全系统

自动驾驶汽车和协作机器人为扩大自动化技术在工厂和仓库中的应用提供了巨大的空间。工业界面临的挑战是如何确保安全性，保证自主式机器具有全面的环境感知能力。先进的雷达和激光雷达技术提高了物体和近距检测以及3D绘图应用的准确度和精度标准。

保护工厂免受网络攻击

随着联网设备的增加，黑客为勒索工厂运营方而实施攻击的风险，以及背后由国家支持、以破坏高价值工业系统为目的的攻击者实施攻击的风险都会增大。

随着工厂运营方将越来越多的节点接入云端，他们实际上为黑客开辟了新的攻击入口。基于半导体的连接系统需要部署针对嵌入式系统优化的强大安保机制。ADI公司正在开发新的解决方案，以应对工业系统面临的新型安全威胁，从而为客户的工业基础设施提供未来适应能力。

可配置的生产流程

未来的工厂必须能快速适应新的需求和新的工作流程；关键在于从架构层将灵活性构建到工业自动化技术产品中。可以满足这种灵活性需求的一种办法是软件定义I/O，该解决方法可以在不改变布线的情况下，配置为模拟或数字、输入或输出。

为推动当今技术的发展，ADI公司已推出强大而灵活的工业输出解决方案，可通过软件全面配置模拟输出，并且支持各种工业标准。

集成模拟、数字和软件

工业自动化设备的开发和生产正在发展成为高科技含量不断提高的事业，需要满足最终用户对更高吞吐量、更高可配置能力、更高操作安全性和更高云集成度的需求。与此同时，制造商还面临另外一种压力，需要以新的、更复杂的设计迅速将产品推向市场。

面对这种需求，ADI公司为客户推出了一款集成式的产品，可为设备健康监测、高速连接、安全、安保系统等多种应用提供以市场为导向的解决方案。该产品将模拟、混合信号和数字组件与固件及软件相结合，解决客户面临的最紧迫的开发问题，使客户能够快速有效地应对当前和未来日益严峻的技术和经济挑战。

作者简介

Brendan O’Dowd拥有30多年的工业行业经验，他曾就职于Tellabs、Apple和ADI公司。他目前是ADI公司工业自动化事业部的总经理。联系方式：brendan.odowd@analog.com。