無論你是否承認，21世紀以來，科學技術的不斷進步，似乎成了人類前行的無形推手，改變著我們的個人生活，企業的生產經營。而剛剛過去的2020年，也是讓無數企業難以忘懷的一年。進入后“疫情”時代，非接觸式生產，減少聚集等詞匯被越來越多的提起，生產方式的改變和升級也變得越來越迫切。而其中非常重要的話題，便是如何利用技術的進步，把工廠的運轉變得更加高效。
在工業生產與制造流程中，對于自動化的需求日益增長，這催生了對于視覺系統更高的需求。如今，智慧視覺系統不僅僅出現在消費電子，也越來越滲透于工業生產的流程。視覺系統能夠捕捉影像，作為一個龐大控制系統的一部分，具備與工廠中其他設備進行實時交換數據與通信的能力。另外，更加高效可靠的通信協議也正在嶄露頭角，多重新技術的相互配合，實現不同于傳統的工業生產系統。
工業4.0時代下生產制造的新需求
進入工業4.0時代，車間不再是一個簡單的流水線生產場所，而是漸漸發展成了一個相互配合的，具備強大邊緣計算、實時交互能力的龐大系統，不僅能提高產能、降低成本，還將催化大規模定制生產。要實現這樣的工作模式，便需要生產系統能夠融合機器學習能力，強大的視覺，工業級的實時通信以及精準的自動化控制。
非接觸式人機交互
首先是針對人機交互方面，要求系統具備接受非接觸式指令的能力，包括高效的人臉識別，手勢與動作識別等。
集中式工業控制網絡
另外，要求系統能夠在單路以太網電纜中支持多個應用，基于先進的通信協議，在復雜的工廠自動化系統中實現數據傳輸的無縫銜接，提高數據收發的實時性與帶寬的充分利用。
分布式驅動控制
當下的以太網技術已經能夠將可控的時延和信號抖動考慮在內，對系統進行精確的控制。對于分布式的多個設備實現電機控制。
恩智浦近日在官方網站發布了恩智浦技術展廳客戶體驗平臺，以更好的向客戶展示恩智浦所構想的基于旗下不同產品所搭建的未來城市解決方案。其中針對工業自動化領域，展廳清晰直白的演示了工業4.0背景下，融合了機器學習（Machine Learning）與時間敏感網絡（TSN）技術的智慧工廠運作模型。
智慧工廠場景下，首先需要一系列的機器時刻運作于待機狀態，等待操作員運送工件。機器集成了超低功耗的攝像頭模塊，實時監控著收件區域。一旦在監控區域范圍內檢測到了人臉，即有人進入監控區域范圍內，就會喚醒一系列牽涉到機器學習技術的識別流程，包括對于操作人員的人臉識別，對于所到工件的物體識別，手勢識別也相應被激活。
首先，機器識別人臉信息，進行操作員的認證，在確保該人員為工廠操作員后，激活手勢識別。在本次演示中，操作員離開推車，并將雙手高舉起來，表示工件已經順利運達指定區域，示意系統可以開始操作。接下來的流程將會由機器與系統配合進行，同時低功耗的攝像頭也會在此時再次進入待機狀態，等候下一次的工件運送。
接著我們的視線轉向集中工業網絡方面。時間敏感型網絡（time sensitive network，TSN）是目前國際產業界正在積極推動的全新工業通信技術。這一技術允許周期性與非周期性數據在同一網絡中傳輸。TSN的出現更好的服務時間敏感應用及系統，保證數據在準確的時間內以最小的時間抖動進行傳輸。這里借助時間敏感網絡（TSN）技術，利用以太網作為現場總線，實現高效的流量分配，對于高優先級的數據，系統能夠自發的進行傳輸，通過更精準的時間同步控制，最大程度利用總線帶寬。
我們再來近距離了解工業4.0背景下，生產系統中的生產設備。智慧工廠要求系統具備低延遲和高魯棒性的基本特點。對于電機控制也有更高的實時性要求。而TSN低延遲，高確定性，低抖動的特點能夠幫助實時數據和指令可靠的在同一個現場總線進行傳輸，帶來更好的電機控制整體表現。
縱覽智慧工廠的整個系統網絡，TSN不僅僅作用于智慧工廠的某一特定設備節點，也可能貫穿整個系統。利用TSN高等級的時鐘同步與多重數據同時傳輸的能力，在同一網絡中可能同時存在多個工業協議的通信過程。
智慧工業網絡如今面臨了前所未有的網絡化，標準化和網絡安全的要求。針對這些方面訴求，基于以太網的 OPC UA（Open Platform Communications – Unified Architecture，開放平臺通信 - 統一架構）通信標準正在快速發展。OPC UA提供完整的架構，讓數據采集、信息模型化以及工廠底層與企業層面之間的通訊更加安全、可靠。利用這一開放的平臺架構，進行智慧工廠監控，上至工廠下至現場設備，例如傳感器和驅動等，OPC UA提供了充分的透明度，使數據變得更安全。
恩智浦智慧工廠解決方案
時間敏感網絡，OPC UA發布，工業PLC
作為智慧工廠的“中樞”，恩智浦Layerscape LS1028A工業應用處理器基于強大的多核Cortex-A72，集成以太網控制器支持TSN，帶有豐富的工業接口以及可配置的加密分流引擎。另外還集成了GPU與LCD控制器滿足一定人機交互的需求，可應用于智慧工廠網絡管理，OPC UA客戶端。
此外，工業可編程邏輯控制器（PLC）作為智慧工廠典型的數字運算操作系統，要求強大的可編程邏輯執行能力，對于時間敏感網絡的響應支持等。LS1028A工業應用處理器也能夠很好的應用。
豐富的人機交互，機器學習
全新上市的i.MX 8M Plus應用處理器專注于機器學習和視覺、高級多媒體以及具有高可靠性的工業自動化，適用于智慧工廠的人機交互，圖像識別應用。
i.MX 8M Plus應用處理器基于強大的4核Cortex-A53，集成神經網絡加速單元，MIPI顯示與攝像頭接口，并集成了圖像處理單元（ISP）用于圖像處理與圖像增強，能夠勝任智慧工廠的動作識別，人臉識別，工廠實時監控系統等。同時，i.MX 8M Plus還支持h.265編解碼，集成3D/2D圖形加速及多種音頻功能，助力開發者基于該處理器設計工業人機交互界面與操作面板。
電機控制
同樣支持千兆以太網與TSN的工業級微控制器——i.MX RT1170為智慧工廠終端電機控制保駕護航。i.MX RT1170采用主頻達1GHz的Cortex-M7內核和主頻達400MHz的Arm Cortex-M4內核，自帶2MB SRAM，集成MIPI顯示與攝像頭接口，提供一定的實時監控與圖像捕捉能力。
隨著智慧工廠從概念到走向普及，工業4.0也在悄然發生變化。其中針對機器學習與人工智能的需求越來越強烈，對于工業網絡低延遲和魯棒性的要求越來越高，這一系列的進步都離不開全新的技術和產品的支持。恩智浦基于全新量產的數款微控制器，處理器產品，描繪了一個智慧工廠的藍本，也期待著智慧工廠的形態走向越來越多的生產車間，進一步提高整個社會的生產力水平與生產效率。