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在5G和AI成為熱議焦點(diǎn)之前，工業(yè)自動(dòng)化已經(jīng)奔跑在4.0的路上，其復(fù)雜場景的需求為5G和AI這些新技術(shù)落地催生出大量的機(jī)遇紅利。從系統(tǒng)平臺(tái)來看，這些場景會(huì)最大限度地利用可擴(kuò)展的硬件和軟件解決方案來進(jìn)行設(shè)計(jì)，處理系統(tǒng)的集成度不斷提高——包括已增強(qiáng)的安全和安保功能。在性能上，實(shí)時(shí)處理、分析和通信能力是主要需求，而在數(shù)據(jù)處理上，則需要可擴(kuò)展的解決方案來有效管理從傳感器到云和邊緣計(jì)算的數(shù)據(jù)。還有一個(gè)很大的需求是通信系統(tǒng)的升級(jí)，需要在各種設(shè)置中能夠支持有線和無線連接的技術(shù)。

處理系統(tǒng)的挑戰(zhàn)

得益于工廠自動(dòng)化，處理器的升級(jí)需求帶來機(jī)遇，比如傳統(tǒng)MCU就越來越像CPU。“工廠自動(dòng)化需要強(qiáng)大的通信體系的部署，要滿足不同傳感器和機(jī)器之間的互聯(lián)互通，”TI處理器業(yè)務(wù)部經(jīng)理 Sameer Wasson說，“AI技術(shù)和實(shí)時(shí)控制這類技術(shù)將支撐邊緣處理，另外，精確指令十分重要，傳感精度要求很高，這與其他IoT的場景要求不同。”

通常，在工廠自動(dòng)化體系中，標(biāo)準(zhǔn)和行業(yè)組織會(huì)保證不同單元之間的互聯(lián)互通，在通信、控制和傳感這些基礎(chǔ)技術(shù)上，則會(huì)強(qiáng)調(diào)專用性。另外，諸如保護(hù)和隔離、電源、安全和功能安排等配套技術(shù)都是工廠智能化的關(guān)鍵。但這個(gè)過程充滿挑戰(zhàn)，主要集中在數(shù)據(jù)和技術(shù)的專有權(quán)分散，需要系統(tǒng)化統(tǒng)籌來提高效率，對(duì)智能單元要進(jìn)行合理布局以及要建設(shè)安全和支持時(shí)間敏感型(TSN)的網(wǎng)絡(luò)。而目前，一個(gè)更為緊迫的挑戰(zhàn)是如何改造現(xiàn)有的生產(chǎn)系統(tǒng)——畢竟工廠自動(dòng)化是一個(gè)逐漸升級(jí)而非推倒重來的過程。

“有兩個(gè)方式可以解決新老互通的問題，”Wasson說，“一是通過采用支持所有通信協(xié)議的系統(tǒng)來實(shí)現(xiàn)新老設(shè)備連接，二是設(shè)計(jì)專用路由器來實(shí)現(xiàn)新老互通。”Sitara AM6x處理器的特性可以解釋W(xué)asson的說法，這是TI為千兆位工業(yè)以太網(wǎng)設(shè)計(jì)的一款網(wǎng)絡(luò)處理器，其內(nèi)置可擴(kuò)展的四核和雙核ARM Cortex-A53和Cortex-R5F處理器，利用充足的ECC片上存儲(chǔ)器實(shí)現(xiàn)可靠運(yùn)行，并具有增強(qiáng)的安全功能。該處理器集成了鎖步MCU子系統(tǒng)和診斷庫等附加功能，這有助于實(shí)現(xiàn)功能安全系統(tǒng)。

高級(jí)集成的挑戰(zhàn)

除了處理系統(tǒng)的挑戰(zhàn)，工廠自動(dòng)化也是一個(gè)基于感測的尖端智能系統(tǒng)的高級(jí)集成，這個(gè)智能化集成系統(tǒng)需要具備更多的決策能力，要在工廠產(chǎn)線復(fù)雜環(huán)境中準(zhǔn)確檢測物體、人和運(yùn)動(dòng)并避免誤報(bào)，要滿足所有環(huán)境中實(shí)現(xiàn)更智能和更精確的傳感。“邊緣側(cè)的決策和處理能力十分重要，”TI中國區(qū)業(yè)務(wù)拓展總監(jiān)吳健鴻說，“感測單元需要集成精確的傳感和實(shí)時(shí)決策及處理能力，同時(shí)，要能夠判斷人體運(yùn)動(dòng)和機(jī)械運(yùn)動(dòng)以減少誤報(bào)。”

這些需求為60GHz毫米波雷達(dá)提供了機(jī)遇——能夠檢測玻璃、木材和樹脂玻璃等材料并通過它們傳感，能夠不受灰塵、煙霧和雨水等惡劣環(huán)境的干擾——這些特性使得毫米波雷達(dá)非常適用于工廠，剩下的就是要針對(duì)需要密切人機(jī)交互的工業(yè)環(huán)境進(jìn)行優(yōu)化。IWR6843的特性體現(xiàn)了60GHz毫米波雷達(dá)在工業(yè)應(yīng)用中的適用性——低功耗、自監(jiān)控、超精確。該器件是TI針對(duì)工業(yè)應(yīng)用設(shè)計(jì)的MMIC，基于FMCW雷達(dá)技術(shù)，采用TI的低功耗45nm RFCMOS工藝和AoP封裝天線技術(shù)，其帶寬達(dá)到4GHz，能夠以高于24GHz窄頻達(dá)16倍的準(zhǔn)確度來偵測物體和動(dòng)作。

圖：IWR6843采用AoP封裝天線技術(shù)，模塊、開發(fā)套件和芯片體積都非常小。

機(jī)器人演進(jìn)的挑戰(zhàn)

在工業(yè)自動(dòng)化進(jìn)程中，機(jī)器人的演進(jìn)代表著智能化的方向。不同于傳統(tǒng)工業(yè)機(jī)器人系統(tǒng)，今天最新的機(jī)器人已演進(jìn)為協(xié)作型（cobots），這類機(jī)器人依賴機(jī)器學(xué)習(xí)能夠更自主地做出實(shí)時(shí)決策，與人互動(dòng)合作,而無需用安全欄進(jìn)行隔離。當(dāng)機(jī)器學(xué)習(xí)成為現(xiàn)代機(jī)器人技術(shù)的重要組成部分時(shí)，機(jī)器人就能夠?qū)崿F(xiàn)諸如嵌入式、實(shí)時(shí)響應(yīng)和決策、傳感和驅(qū)動(dòng)以及智能化邊緣處理這類功能。

工業(yè)車輛是一個(gè)例子，過去ADAS技術(shù)已經(jīng)集合了很多AI類技術(shù)，但工業(yè)級(jí)ADAS的要求更多，包括環(huán)繞監(jiān)測系統(tǒng)（傳感和避免）、懸崖檢測和陡坡緩降控制（地面速度測量）、車輛占用檢測（人員占用率）、SIL2合規(guī)性（與人類密切互動(dòng)）和高程平面中的角度信息（從高處檢測物體）。總之，工業(yè)車輛中的ADAS要對(duì)復(fù)雜環(huán)境進(jìn)行感測和決策，不僅是物體檢測，這個(gè)系統(tǒng)必須支持室內(nèi)不同車輛，如叉車、AGV、物流機(jī)器人，要適用于密切人機(jī)交互的SIL合規(guī)性，系統(tǒng)的體積夠小，以便集成到較小的機(jī)器人中。此外，系統(tǒng)中需要使用基于光的傳感器，以檢測其他類型傳感難以檢測的玻璃和塑料等材料。

的確，工業(yè)4.0正在積極部署的進(jìn)程中，如果能夠解決自動(dòng)化系統(tǒng)間的協(xié)同處理、復(fù)雜的人機(jī)環(huán)境的感測和邊緣決策以及不斷升級(jí)的工業(yè)機(jī)器人的演進(jìn)所帶來的挑戰(zhàn)，就能夠分享這一進(jìn)程所帶來的紅利。

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