機(jī)遇和挑戰(zhàn)并存！談?wù)劰I(yè)4.0如何影響半導(dǎo)體制造商

工業(yè)4.0指的是工業(yè)價(jià)值鏈及其產(chǎn)品轉(zhuǎn)向數(shù)字化與聯(lián)網(wǎng)的全球趨勢(shì)。在這一趨勢(shì)下，企業(yè)可能獲得什么樣的支持？半導(dǎo)體制造商面臨哪些挑戰(zhàn)？以及工業(yè)4.0會(huì)帶來(lái)哪些機(jī)會(huì)？以ADI為例，我們將在本文討論這些問(wèn)題。

為了找到以上問(wèn)題的答案，許多市場(chǎng)研究公司進(jìn)行了大量研究。他們都得出了同樣的結(jié)論：工業(yè)4.0將為中小企業(yè)提高附加值，它們應(yīng)該抓住相關(guān)機(jī)會(huì)以鞏固公司的成功。尤其是對(duì)半導(dǎo)體制造商來(lái)說(shuō)，研究結(jié)果可分為三個(gè)方面：新技術(shù)、新產(chǎn)品和新商業(yè)模式。所有這三個(gè)方面一起涵蓋了生產(chǎn)及其產(chǎn)品的整個(gè)價(jià)值鏈——從傳感器節(jié)點(diǎn)開始經(jīng)云端再到下游服務(wù)。

為實(shí)現(xiàn)智能工廠轉(zhuǎn)型，必須提供智能和節(jié)能產(chǎn)品，或者說(shuō)完全自主的系統(tǒng)，它們可以很簡(jiǎn)單地集成到現(xiàn)有生產(chǎn)結(jié)構(gòu)中（例如即插即用）。這些系統(tǒng)由各種半導(dǎo)體器件和傳感器組成，并與模擬和數(shù)字信號(hào)處理IC相結(jié)合。價(jià)值鏈從這些器件開始：首先，傳感器負(fù)責(zé)從真實(shí)的物理世界收集數(shù)據(jù)，之后將它們轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號(hào)，再在數(shù)字領(lǐng)域中進(jìn)行處理（見圖1）。

圖1. 智能工廠信號(hào)鏈

隨著價(jià)值鏈的發(fā)展，市場(chǎng)需求將需要改變。這就是為什么半導(dǎo)體制造商必須將自己的企業(yè)和產(chǎn)品適應(yīng)智能工廠的現(xiàn)實(shí)原因。技術(shù)趨勢(shì)正朝著智能節(jié)能產(chǎn)品以及集成安全安保功能和能源采集能力方向發(fā)展。在圖2中顯示了一個(gè)器件或者說(shuō)一個(gè)完整的系統(tǒng)，其中以ADI基于MEMS的加速度計(jì)ADXL356為例。

圖2. 基于MEMS的智能傳感器解決方案

ADXL356是一款低成本、低噪聲、3軸加速度計(jì)，測(cè)量范圍可達(dá)±40 g (FSR)。該器件的主要特性是超低失調(diào)漂移和低功耗。由于其密封封裝，ADXL356特別適合惡劣環(huán)境條件下的精確傾斜測(cè)量，高分辨率振動(dòng)測(cè)量，以及低電流或電池供電無(wú)線傳感器中的高性能（長(zhǎng)時(shí)間）測(cè)量，適用于結(jié)構(gòu)健康監(jiān)測(cè)(SHM)、姿態(tài)和航向參考系統(tǒng)(AHRS)或其他具有突然過(guò)大作用力的應(yīng)用等。

ADXL356是構(gòu)成一個(gè)系統(tǒng)的基礎(chǔ)，并且可以通過(guò)其他功能實(shí)現(xiàn)擴(kuò)展：利用模數(shù)轉(zhuǎn)換器、微控制器以及各種模擬、數(shù)字（部分隔離）或無(wú)線接口集成信號(hào)處理，支持以太網(wǎng)、6LpoWPAN或ADRadioNet等通信標(biāo)準(zhǔn)。

ADRadioNet是由ADI公司開發(fā)的通信標(biāo)準(zhǔn)，其特點(diǎn)是采用無(wú)線自愈式多跳頻的通信協(xié)議，具有高擴(kuò)展性，且內(nèi)存消耗低。此外，它還集成加密方法（例如AES-128和AES-256）可阻止可能的網(wǎng)絡(luò)攻擊，提高了安全性。最后但同樣重要的是，功能安全在這些系統(tǒng)的開發(fā)過(guò)程中起著重要作用，因?yàn)檫@對(duì)智能工廠而言也非常重要。

對(duì)于半導(dǎo)體制造商來(lái)說(shuō)，未來(lái)僅擴(kuò)充傳感器和其他半導(dǎo)體器件的品種是不夠的。為了成為市場(chǎng)上的全球性玩家，以及充分發(fā)掘工業(yè)4.0的潛力，其現(xiàn)有產(chǎn)品范圍必須通過(guò)通信和低功耗微處理器技術(shù)加以擴(kuò)展?？紤]到這一點(diǎn)，ADI公司已經(jīng)在其產(chǎn)品組合中提供了相關(guān)解決方案。例如在通信領(lǐng)域，有多種采用HART ?調(diào)制解調(diào)器的解決方案。通過(guò)使用現(xiàn)有基礎(chǔ)設(shè)施來(lái)實(shí)現(xiàn)新的節(jié)能技術(shù)，這些HART解決方案能夠以相當(dāng)簡(jiǎn)單的方式改進(jìn)傳統(tǒng)擁擠不堪的通信網(wǎng)絡(luò)。

市場(chǎng)研究還顯示，中小型企業(yè)希望得到制造商和供應(yīng)商的大力支持，以便更快更有效地將新產(chǎn)品集成到其系統(tǒng)中。通過(guò)這種方式，企業(yè)可以減少額外的工作量，繼續(xù)聚焦于其核心業(yè)務(wù)。具體說(shuō)來(lái)，供應(yīng)商和企業(yè)之間的合作或協(xié)同努力便屬于支持類型。

投資的主要障礙之一是企業(yè)還沒有認(rèn)識(shí)到智能工廠會(huì)帶來(lái)利益，故不愿付出相關(guān)成本。例如，由于缺乏貨幣化評(píng)估標(biāo)準(zhǔn)，目前要計(jì)算投資率仍然相當(dāng)困難。因此，半導(dǎo)體制造商必須提高客戶的意識(shí)，提供教育資料以說(shuō)明智能工廠的優(yōu)勢(shì)，同時(shí)指出投資智能工廠會(huì)獲得的價(jià)值。

但是，不僅僅是有興趣將自己的設(shè)施變成智能工廠的中小企業(yè)需要進(jìn)行投資，像半導(dǎo)體制造商之類的智能解決方案提供商也必須投資于自己的產(chǎn)品，可能的話還需要重組其各個(gè)業(yè)務(wù)部門。這些投資對(duì)于新技術(shù)和商業(yè)模式，以及開發(fā)和拓展?fàn)I銷活動(dòng)、資格認(rèn)定措施、銷售管理都是必要的。

隨著生產(chǎn)部門的轉(zhuǎn)型，數(shù)據(jù)和IT安全等領(lǐng)域會(huì)一再發(fā)揮重要作用。這些方面不僅僅是成功引入工業(yè)4.0的重要需求，而且還應(yīng)該作為關(guān)鍵的成功要素持續(xù)地貫徹到數(shù)字系統(tǒng)中。

對(duì)于企業(yè)來(lái)說(shuō)，重要的是要在開始實(shí)施工業(yè)4.0的早期階段制定基本戰(zhàn)略路線，收集相關(guān)技術(shù)經(jīng)驗(yàn)。然而，這個(gè)過(guò)程需要耐心，因?yàn)樵S多相關(guān)技術(shù)可能要經(jīng)過(guò)5年、10年甚至更長(zhǎng)時(shí)間才能充分展現(xiàn)其潛力。因此，工業(yè)4.0的實(shí)施過(guò)程將需要很長(zhǎng)時(shí)間。而且，由于缺乏明確的定義，工業(yè)4.0將于何時(shí)完全實(shí)現(xiàn)并沒有一個(gè)確切日期。與其談?wù)摗肮I(yè)革命”，不如使用“工業(yè)演進(jìn)”可能更有意義。

隨著生產(chǎn)環(huán)境的改變，新的參與者和競(jìng)爭(zhēng)者也將出現(xiàn)或影響市場(chǎng)。聯(lián)盟即將出現(xiàn)，并會(huì)對(duì)塑造生產(chǎn)形象產(chǎn)生重大影響。在未來(lái)的工業(yè)或企業(yè)廠房中，人會(huì)越來(lái)越少。軟件和服務(wù)業(yè)也將發(fā)揮重要作用，因?yàn)橹挥袑⑻摂M與現(xiàn)實(shí)世界聯(lián)系并融合起來(lái)才能提供巨大的生產(chǎn)潛力。

很明顯，對(duì)于企業(yè)來(lái)說(shuō)，正在加速當(dāng)前的發(fā)展步伐，如果錯(cuò)失機(jī)會(huì)，他們將很難趕上。

因此，企業(yè)不再相信工業(yè)4.0是暫時(shí)的炒作。與此同時(shí)，目前的市場(chǎng)清楚地顯示出工業(yè)4.0和智能工廠不可逆轉(zhuǎn)的發(fā)展趨勢(shì)。而對(duì)于缺少標(biāo)準(zhǔn)、缺乏安全性、知識(shí)不足等方面的最大問(wèn)題正在變得越來(lái)越小。此外，關(guān)于未來(lái)生產(chǎn)環(huán)境的困惑也在減少。

總之，工業(yè)4.0智能工廠的轉(zhuǎn)型以及其所需的技術(shù)，為半導(dǎo)體制造商創(chuàng)造了巨大的可能和成功。