繼蒸汽機的面世、工業生產大規模化和工業自動化之后，隨著物聯網和智能制造的逐步成型，“工業4.0”時代正悄然來襲。“工業4.0”項目主要分為兩大主題，一是“智能工廠”，重點研究智能化生產系統及過程，以及網絡化分布式生產設施的實現；二是“智能生產”，主要涉及整個企業的生產物流管理、人機互動以及3D技術在工業生產過程中的應用等。本文將分別從最具代表性的數字和模擬廠商，賽靈思（Xilinx）和美信（Maxim），挖掘智能工廠在工業4.0時代下的發展趨勢及深藏于其背后的巨大商機。

　　智能化工廠是部分國家實現高度自動化生產之后，提出的新概念，它的理念優勢在于推動工業生產智能化，從而實現科幻般的工業生產模式。工業生產系統及過程、網絡化分布式生產設施的實現、生產物流管理、人機互動、新技術的使用以及使用嵌入式傳感器來監測有關的環境參數和生產等都需要智能化設備的支持。

　　智能工廠前景可期 FPGA成攻城利器

　　
圖 賽靈思ISM市場營銷經理林逸芳表示，智能化工廠與智能化自動產線是兩個由科技帶動發展的未來趨勢。

　　智能化產線，比方說工業自動化就是智能化工廠更精細的分項。智能化工廠也包含廠房管理、有效能源運用、安全防護、網絡、監控和安全分析，并可確保工廠的整整運作可順暢安全。智能化自動生產線可監控設備總和效率（Overall Equipment Effectiveness），促使其達到最高的質量與效率，并可將停機時間降到最低。

　　賽靈思的元件廣泛應用于許多市場與應用，其中工業市場更是我們非常重要的市場，尤其是賽靈思的Zynq系列產品。 工業市場的客戶對產品的可靠性、靈活性與整合度很看重，尤其完成現場部署后，產品靈活的升級功能，而且可以隨著適應各種通訊協議、功能的改變極為重要。

　　現代化的工廠為了生產更多的產品，開始在生產線中部署靈活度更高的機器設備。為此，工廠得為機器提供更大的空間，因其移動的范圍可能都會為整個生產線帶來顯著的變化。而當產品愈多，安全籠就顯得限制過多，無法適應機器的移動范圍。

　　FPGA在智能化工廠領域的成長非常值得期待。由于感應器輸入資料量增加，以及監控系統日益復雜，簡單的軟件再也無法解決效能上所面臨的挑戰，許多應用因此產生效能瓶頸。此外，許多采用PC的解決方案，現在已移轉用嵌入式方法，以減少尺寸和降低碳排放量。傳統的嵌入式元件 （MCU） 所面臨的挑戰是即時運算的效能不足；而Zynq系列產品則能同時滿足這兩方面的要求，在單一芯片中整合了軟件和硬件，為智能化工廠的設計提供極大的靈活度。

　　與此同時，為確保工人的安全，同時避免制約自動化工廠生產線的活動范圍，愈來愈多企業開始使用賽靈思Smarter Vision技術建立一個安全系統。有人預測在未來的10年內，Smarter Vision技術將被大幅運用在汽車、工廠自動化、醫療、監控、消費類、航空航天和軍用產品，豐富人們的生活。

　　智能化工廠與產線的運作牽涉極為復雜的邏輯設計，并受限于過高的運轉成本、設計的運算限制與網絡頻寬，而擁有高效能的FPGA最能滿足這類的需求。在工業自動化領域中，一個靈活性高的平臺可以快速整合與控管各種生產技術，進而大幅提升整整生產力。林逸芳強調，通過FPGA，工程師可以建構一個高靈活性的基礎建設，并賦予系統許多功能，包括打造一個更多元高效能的界面、提高資料處理速度，以及降低建置成本。

　　模擬整合引領工廠整合之巔 Maxim公司脫穎而出

　　圖 Maxim公司終端應用市場經理John Mossman認為，Maxim一直秉持模擬整合，正由此推動工廠整合產線的建設和發展。

　　FPGA已然成為攻取智能工廠灘頭陣地的堅船利炮，智能化系統的搭建更離不開高度模擬整合的鼎力相助。工廠整合包括：提高機器智能化程度，實現機器之間（M2M）的通信和生產線自主化，而不僅僅是機器自主化。自主生產線通過以太網進一步將通信整合至工廠高層架構，進而實現物聯網（IoT）以及工廠控制系統與業務系統或IT的整合。

　　當然，以太網加速導入工廠網絡中，網絡遭受攻擊的風險也大為增加了。John表示，Maxim在提供基于嵌入式硬件的安全方案方面擁有豐富經驗，并在金融終端和自動取款器（ATM）等領域經過廣泛驗證。這些方案可直接用于為易遭受電子和物理攻擊的智能工業設備間的通信提供安全保護。

　　據了解，在過去幾年，Maxim更新了多條工業產品線，增加了面向工業市場的新技術，其中包括：數字輸入串行器；數字輸出驅動器；低功耗、高效率、高壓buck轉換器；極低功耗、超高性能ADC和DAC；以及其它先進技術。利用這些功能模塊，如電源、通信、模擬信號處理和數字信號處理等，研發出多款子系統參考設計，有效幫助客戶從尋找兼容器件以實現最優性能的繁重工作中解放出來。

　　鑒于智能工廠對IC的特殊需求，用于智能工廠的IC必備的關鍵特性包括：小尺寸、低熱耗、高精度以及能夠承受惡劣工作環境的高可靠性。John透露，PLC/PAC （可編程邏輯控制器/可編程自動控制器）、智能傳感器和現場儀表是Maxim重點關注的領域。

　　展望未來 智能工廠商機時不我待

　　現代化工廠已經開始使用一種全新的智能的途徑來生產產品了，相信未來的生產工廠相比將會智能很多。這一智能將通過使用微型化處理器、存儲裝置、傳感器和發送器來實現，這些裝置將被嵌入至幾乎所有可想象的機器、 未加工產品、材料、智能工具類型和用于組織數據流的新型軟件。所有這些創新將使產品和機器能夠相互通信并交換命令。換言之，未來工廠將可以從很大程度自行 優化和控制其制造流程。盡管在這之前還有很長一段路要走，然而這絲毫不會影響到未來智能化的趨勢方向。當然，隨著智能化工廠與產線愈來愈普及，如何提升整整制造產能、良率和穩定性也成為各大廠商最關注的議題。若能掌握這些關鍵優勢，就能在競爭激烈的市場中把握重要商機。

　　——本文選自電子發燒友網09月技術特刊《智能工業特刊》，轉載請注明出處，違者必究！