近年來，隨著物聯(lián)網(wǎng)、云計算、大數(shù)據(jù)和人工智能為代表的新一代信息技術與傳統(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)，正推動全球工業(yè)體系的智能化變革。據(jù)中國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)濟發(fā)展報告(2020年)》預計，2020年工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)將成為國民經(jīng)濟中增長最為活躍的領域之一，預計全年中國工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)產(chǎn)業(yè)經(jīng)濟規(guī)模將達3.1萬億元。
毫無疑問，當前“新基建”熱潮將是促成中國工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)產(chǎn)業(yè)發(fā)展的重要動能。“有專家將“新基建”七大領域進一步解讀分類為信息網(wǎng)、交通網(wǎng)和能源網(wǎng)，但無論從何種角度來看，在‘新基建’的布局建設中數(shù)字化是核心關鍵要素，必將帶動其相關產(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)字化轉型中心舞臺的重要角色，連接了設備層和網(wǎng)絡層，為平臺層、軟件層和應用層奠定了堅實的基礎，將全面打通整個工業(yè)體系中的關鍵數(shù)據(jù)流。” ADI中國區(qū)工業(yè)自動化行業(yè)市場經(jīng)理于常濤（Roger）近日在接受媒體采訪時表示。
以數(shù)字化為導向，加速推動傳統(tǒng)工業(yè)向新型工業(yè)過渡升級
工業(yè)領域也一直被認為是物聯(lián)網(wǎng)最大的應用場景之一。工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)通過工業(yè)資源的網(wǎng)絡互連、數(shù)據(jù)互通和系統(tǒng)互操作，能夠實現(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，達到資源的高效利用，從而構建服務驅動型的新工業(yè)生態(tài)體系，其本身則是緊緊圍繞數(shù)字化來進行的。伴隨著數(shù)字化進程推進，工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)也可以為整個行業(yè)帶來兩個方面的根本轉變，包括傳統(tǒng)設備的數(shù)字化升級以及在升級的過程中產(chǎn)生出的新產(chǎn)品和新業(yè)務模式。
“事實上，工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)在傳統(tǒng)工業(yè)的基礎上進行了數(shù)字化、網(wǎng)絡化、智能化升級，其中最核心的仍然是數(shù)字化，網(wǎng)絡化和智能化則是作為數(shù)字化的提升。”于常濤強調道，“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、通信技術、信息處理技術三大技術的整合應用，我們可以很好的將其層面結構與ADI產(chǎn)品做關聯(lián)，將囊括ADI豐富全面的傳感器系列、有線與無線通信網(wǎng)絡技術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，從有線逐漸走向多元結合
工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)的優(yōu)勢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，而在整個工業(yè)自動化系統(tǒng)中，能否及時獲取和傳輸數(shù)據(jù)取決于網(wǎng)絡連接。為應對日益增長的數(shù)據(jù)量，網(wǎng)絡技術以及制造工藝流程和方法都必須不斷改進。智能、互聯(lián)的自動化環(huán)境需要數(shù)字連接控制系統(tǒng)、工業(yè)設備、產(chǎn)線機器人等，以創(chuàng)建和共享信息。這些機器采用的通信方式以及部署的工廠通信網(wǎng)絡是企業(yè)的核心，也是推動實現(xiàn)工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)的關鍵。
從傳輸網(wǎng)絡角度來看，通信方式無非是分為有線和無線，到目前為止工業(yè)現(xiàn)場還是以有線通信為主，無線通信方式在某些應用場景作為補充，工業(yè)以太網(wǎng)開始發(fā)揮越來越重要的作用。幾十年的發(fā)展歷程導致工業(yè)以太網(wǎng)協(xié)議和拓撲形式眾多，越來越多的工業(yè)自動化技術供應商和制造商都希望能獲得獨立于制造商的開放式通信平臺。因此，未來的工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)應用必須支持各種常見的網(wǎng)絡拓撲，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)狀拓撲和星形拓撲。于常濤詳細介紹道，ADI打造的fido5000系列產(chǎn)品是具有兩個以太網(wǎng)端口的實時以太網(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，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還支持時間敏感型網(wǎng)絡 (TSN)，未來基于TSN的工業(yè)以太網(wǎng)應用的需求將能夠滿足運動控制或安全等應用非常苛刻的實時要求。在工業(yè)環(huán)境中，即使一毫秒的通信延遲也可能會對制造商的產(chǎn)品質量、吞吐量和效率產(chǎn)生負面、成本高昂的影響。而ADI推出的新型ChronousTM系列工業(yè)以太網(wǎng)解決方案當中的ADIN1300，進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)，以確保實時可靠的工業(yè)通信，從而縮短工業(yè)以太網(wǎng)網(wǎng)絡周期時間。這是一款工業(yè)以太網(wǎng)物理層(PHY)產(chǎn)品，以幫助制造商應對關鍵的工業(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。
有線通信領域，包括RS-485在內的典型現(xiàn)場總線技術與傳統(tǒng)過程控制和電機控制網(wǎng)絡，ADI基于領先的模擬技術、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)場儀器儀表、高效伺服驅動系統(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)場可配置遠程I/O單元，將傳統(tǒng)的現(xiàn)場設備與網(wǎng)絡連接，實現(xiàn)傳統(tǒng)儀器儀表與高層級以太網(wǎng)網(wǎng)絡的融合。”于常濤舉例說明。
在工業(yè)環(huán)境中，低功耗、穩(wěn)定可靠的無線傳感器網(wǎng)絡由于部署與維護的便利性正在成為更多工業(yè)應用場景的網(wǎng)絡連接補充選項，ADI提供的2.4GHz頻段的SmartMesh IP網(wǎng)絡就是其中的卓越代表。這個網(wǎng)絡最大的特點是實現(xiàn)了達到99.999%的高數(shù)據(jù)傳輸可靠性Mesh網(wǎng)絡，并且功耗極低。同時，SmartMesh還是一個時間同步網(wǎng)絡，可以做到各個節(jié)點的時間精確同步，便于很多需要同步的場合。由于其高可靠性，非常適合于對網(wǎng)路傳輸可靠性要求很高且希望免維護使用的工業(yè)應用場合。對于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)絡目前已經(jīng)被應用于全球數(shù)據(jù)中心、工業(yè)自動化、風力發(fā)電、輸油管線、交通運輸?shù)阮I域。
工業(yè)設備智能化升級，從準確“問診”產(chǎn)線狀態(tài)入手
無論是工業(yè)以太網(wǎng)還是無線傳感器網(wǎng)絡，其最大的價值便是工業(yè)應用的落地，其中包括激增的高質量傳感器、可靠連接和數(shù)據(jù)分析的，不斷提高的智能節(jié)點自動化程度對傳感器進行精密數(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)測等，若干年前就已廣泛應用。近些年越來越多被提及的設備狀態(tài)監(jiān)測CBM（Condition Based Monitoring）則引入了以振動監(jiān)測為核心的技術，把旋轉設備的振動狀態(tài)采集分析以進行產(chǎn)品性能、生產(chǎn)效率與附加值的進一步提升，這是最具現(xiàn)實經(jīng)濟意義也最容易落地的應用。
例如參與工業(yè)設備維護的人都知道設備發(fā)出的振動是很重要的信息，通過振動可以判斷設備健康從而可以將維護成本大大降低。設備狀態(tài)監(jiān)測系統(tǒng)得以實現(xiàn)，依賴于ADI在工業(yè)應用中推出的多個系列高性能MEMS加速度計產(chǎn)品。于常濤表示：“ADXL100x系列單軸加速度計針對工業(yè)狀態(tài)監(jiān)控應用而優(yōu)化，測量帶寬高達50 kHz，g值范圍高達±100 g，并且擁有超低的噪聲性能，旋轉機械中發(fā)生的主要故障都在ADXL100x系列狀態(tài)監(jiān)控加速度計的測量范圍以內。而集成的模塊產(chǎn)品ADcmXL3021還將高性能振動檢測和各種信號處理功能相結合，可以跟蹤許多機器平臺上的振動信號，可簡化狀態(tài)監(jiān)測系統(tǒng)中的智能傳感器節(jié)點開發(fā)周期。”
ADI團隊不僅致力于將人類對振動的解讀用于工業(yè)設備監(jiān)測，還從設備的聲音中實現(xiàn)檢測異常行為并進行診斷。ADI的OtoSense體系結構就是一種設備健康監(jiān)測系統(tǒng)，支持我們所說的計算機聽覺，讓計算機能夠理解設備發(fā)出的聲音和振動主要指標，能夠在問題變得嚴重之前確定工廠機器或汽車發(fā)動機中的潛在問題。值得一提的是，為進一步加強基于狀態(tài)監(jiān)測的預測性維護解決方案，ADI還收購了專門從事電機和發(fā)電機預測性維護的公司Test Motors，將ADIf原有的工業(yè)狀態(tài)監(jiān)測解決方案技術，以及OtoSense的人工智能平臺傳感解譯軟件與Test Motors的監(jiān)控功能相結合，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器提供更先進、全面的健康狀況監(jiān)測。
集成化與定制化解決方案，高效助力工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)應用落地
“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)落地的機遇？近年來，隨著產(chǎn)品研發(fā)節(jié)奏與上市時間的縮短，客戶對于半導體元器件供應商的要求也越來越多，他們不再滿足于只提供相應元器件，而希望更高級別的支持方式，ADI在過往若干年也是按照這個邏輯在努力。例如基于傳統(tǒng)優(yōu)勢產(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于客戶系統(tǒng)的理解做的系統(tǒng)級解決方案中，大大縮短了客戶的研發(fā)風險和研發(fā)時間。
于常濤表示前面的工業(yè)狀態(tài)監(jiān)測模塊ADcmXL3021就為ADI的系統(tǒng)化設計支持提供了充分的詮釋。它采用了三顆在振動監(jiān)測中應用廣泛的加速度計ADXL1002，同時還用了一個低功耗的MCU，再加上一個很好、很完整的經(jīng)過測試和驗證過的機械結構進行模塊化封裝而成。作為一個系統(tǒng)化的解決方案，它完美的解決了客戶的應用落地的焦慮：選擇合適的傳感器芯片，要有相應的軟件算法的支持，同時一定要考慮機械結構的設計。ADcmXL3021內部三顆ADXL1002可以在X、Y、Z三軸檢測三個方向的振動，低功耗MCU集成了一些FFT的算法，可以傳輸一些時域或者頻域的數(shù)據(jù)，也可以傳輸一些原始的數(shù)據(jù)波形。其整個機械結構設計也非常小巧，并且經(jīng)過完整的產(chǎn)品級的認證和驗證。這都是ADI當前為客戶提供定制化與模塊化解決方案支持時的普遍做法。
“如今，或許我們無法訪問的工業(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，工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)部署日益普及，傳統(tǒng)工業(yè)轉型升級的挑戰(zhàn)將轉向如何高效采集設備運行數(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)來充分提升商業(yè)價值。”于常濤強調道，“ADI公司擁有深厚的工業(yè)領域專業(yè)知識、技術經(jīng)驗和廣泛的產(chǎn)品解決方案，將有效幫助您加速傳統(tǒng)工業(yè)向未來智能工廠的數(shù)字化升級過渡。”