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——TI芯科技賦能中國新基建之工業互聯網 作者：德州儀器 如果說成為制造強國對于中國來說是別無選擇，那么被看成第四次工業革命重要基石的工業互聯網的建設則是必由之路。 產業的提升需要具體的路徑，工業互聯網的價值不僅在于通過基礎設施的建設來降低企業生產成本，更是在數字化轉型、網絡化協同、智能化生產中改變企業思路，邁向現代產業體系。從2012年“工業互聯網”概念首次被提出，到5年后國家出臺工業互聯網頂層規劃，之后2019年工業互聯網更是被寫入《政府工作報告》，2020年3月工信部則發布了20項措施推動工業互聯網加速發展，工業互聯網毫無懸念地成為新基建七大方向之一。 
隨著近幾年的不斷發展，工業互聯網的建設已經從最初發展基礎架構升級為圍繞業務場景，應用聚焦基于設備物聯的數據價值挖掘和特定場景深度優化。快速的發展并不能掩蓋背后的隱憂，德州儀器（TI） 區域銷售經理Vincent表示，對于大多數企業來說，主要仍面臨三方面的困難和一個方面的擔心。 首先是工業互聯網平臺的能力仍然不足，工業互聯網平臺需要高效的數據采集、分析、服務等多方面能力，且設備種類復雜、通信協議與數據格式各異，缺乏有效的降低接入成本的方法；其次，企業的資金投入能力不足，眾多企業尚處于低價同質化競爭階段，并不愿意下大成本進行信息化改造；再次，企業的意愿不足，目前由于工業互聯網的發展處于初期，效果和實際回報并不明顯。至于擔心則集中在互聯網數據安全方面，害怕財務數據以及生產運營和管理數據的泄露。 用戶的需求和遲疑給傳統工業基礎架構帶來眾多創新的同時，也帶來了更多設計挑戰，這需要集成電路供應商來幫助工程師在控制器、通信、感應等方面開發智能系統。 數據來源不再是痛 工業互聯網與現代化工業最大的不同，就是可以利用數據和機器學習推動更智能的系統，因此作為驅動制造業務最重要的數據來源，工業現場傳感器要更加準確及智能化。各種類型的傳感器因此層出不窮，而前幾年出現的CMOS毫米波雷達技術則炙手可熱。 毫米波雷達利用60GHz或77GHz高頻毫米波技術，可在檢測范圍內精確測量物體的距離、相對速度和接近角度。與基于視覺和激光雷達的傳感器相比，毫米波傳感器可以更好地抵御雨、塵、煙、霧或霜等環境影響，可在完全黑暗中或陽光直射下工作。因此十分適合工業等復雜的現場環境。支持安裝在無外透鏡、通風口或傳感器表面的塑料外殼內，更容易圍繞防護等級 (IP) 69K 標準進行設計，而且非常堅固耐用。與光學傳感器不同，毫米波傳感器不會收集任何個人身份信息，可以應用在隱私敏感區域。 毫米波雷達系統包括發送和接收射頻組件，天線以及時鐘等模擬組件和模數轉換器 (ADC)、微控制器單元 (MCU) 和數字信號處理器 (DSP) 等，TI IWRx 工業毫米波器件將以上組件全部集成，額外的數字處理資源還可用于聚合、跟蹤和分類等任務的數據后處理。并可直接在傳感器邊緣進行實時處理，通常無需額外的處理器。該產品系列品類齊全，涵蓋從高性能雷達前端到超高分辨率、低功耗小型單芯片雷達的所有產品。 業界仍在探索毫米波雷達在工業互聯網中的應用。 兩個潛在的應用是占用檢測和機器人技術。 對于占用檢測，雷達會計算一個區域內的人員數量，跟蹤他們的運動路徑，識別運動特征，例如一個人跌倒時的運動特征，甚至可以在一個人靜止不動時也可以檢測到更細微的動作，例如心跳和呼吸頻率。對于機器人技術，雷達可以幫助無人駕駛車輛和無人機檢測障礙物以幫助導航，或者在人和其他移動物體周圍實現更安全的操作。毫米波雷達等傳感器幫助我們與機器互動，減少事故發生，實現智能機械臂、協作機器人系統、無人工廠管理等應用。 忘記通信與處理的痛 隨著傳感器和執行器數量的不斷增加，需要優化整個工廠通信對于滿足各種規模系統的各種要求。同時，在高度自動化的工廠中，大型現場網絡（包括復雜系統、PLC和支持與外部網絡交互的網關）也隨著數據傳輸量的增加和復雜度的增加，而變得更加重要。顯然自動化設備之間有著非常之多的通信選擇。在網絡通信方面，TI產品支持廣泛的工業通信標準 -- 從串行接口 (IO-Link、CAN、RS-485) 到工業以太網，以及諸如具備時效性的網絡體系 (TSN) 和單對以太網 (SPE) 等新技術。對于基于視覺的工業系統，TI 的 V3link™ 串行器和解串器有助于通過單根超細線同時傳輸高分辨率視頻、控制信號和電源。 這些解決方案使設計師能夠擁有更高的連通性和可擴展性，以滿足當前行業趨勢的需求。 工業互聯網應用的設計人員必須確定要支持哪類工業以太網協議，以使其系統與多個現場總線環境兼容。傳統上，添加協議需要創建附加接口或插入到主板的可互換模塊，每個決策都涉及到額外的硬件設計、更大的材料清單以及更長的測試和認證周期。TI Sitara™處理器和微控制器無需添加硬件，即可提供支持多協議工業以太網的集成可編程實時單元和工業通信子系統(PRU-ICSS)。 TI最新推出的Sitara AM2x系列MCU結合了MCU和MPU的優勢，比如MPU中的高性能Arm® Cortex-R系列CPU內核，高性能的RAM以及高速的信號處理，以及高速實時工業通信總線接口，并且結合了MCU中的安全功能及實時外設等特性，通過將業界先進的處理性能、實時控制和高級網絡功能結合，從而使工廠自動化實現了低延遲實時處理和控制，并通過PRU-ICSS通信加速模塊簡化實現工業網絡。 未來的計算，尤其是與機器學習相關的計算，將越來越多地發生在邊緣。為了滿足這一要求，嵌入式系統需要具有更高的性能和性價比，同時降低功耗。 TI 的 Jacinto™ 7 SoC 集成了 A72 CPU、R5 MCU、多核 DSP 以及深度學習和視覺處理加速器，能夠以低功耗水平支持高實時計算吞吐量。客戶能夠使用行業標準的AI引擎，在 TI 高效的深度學習處理器上部署訓練有素的網絡模型。 需要選擇正確的合作伙伴落地 顯然，工業互聯網是一個非常復雜的系統，在傳感、網絡傳輸、執行、機電一體化和功能性安全以及電氣方面存在諸多設計挑戰。TI推出了一系列高性價比的模擬和嵌入式方案，一方面為工業互聯網提供靈活可靠的數據搜集、傳輸、處理、執行的基礎芯片，另一方面則是通過一站式的設計和參考資料，幫助中國客戶加速開發周期，盡早普及工業互聯網市場。 目前中國是全世界唯一擁有聯合國產業分類中所列全部工業門類41個工業大類、207個工業中類、666個工業小類的國家。“十四五計劃”和2035年遠景目標將“堅定不移建設制造強國、質量強國、網絡強國、數字中國”擺在重要位置。隨著《工業互聯網創新發展行動計劃》（2021~2023）的發布，標志著未來3年將是中國工業互聯網快速成長期的關鍵期。工信部數據顯示，截至2021年3月底，工業互聯網平臺連接工業設備總數達到7300萬臺，工業應用突破59萬個。 作為全球領先的半導體公司，TI提供系統級方案，既幫助提升工程師的設計效能，又加速產品驗證與量產。根據TI 2020財年業績報告，工業市場占比已超過35%，是五大細分市場的第一位。今年恰逢TI進入中國35周年，從進入中國伊始，TI一直持續深耕中國工業市場，隨著中國新基建的推進，TI始終如一，助力工業互聯網的騰飛。TI擁有品類齊全的模擬和嵌入式處理系列產品、強大的本地制造研發能力、遍布全國的產品分銷及銷售網絡的公司，顯然會成為中國工業數字化之旅的同行者。 |
