实时控制、安全和安保如何推动未来工厂的技术创新

日益扩大的繁荣与传感器和广泛的云连接的激增相结合，以加快工厂系统和设备的变革步伐。

面对强大的经济和技术力量，工厂的运作方式正在迅速变化。最敏捷的工厂设备制造商将在这个快速变化的环境中蓬勃发展，因为他们开发了越来越互联和智能的系统，帮助工厂变得更加灵活和安全，同时在扩展连接时保持安全性。增加自动化和自主系统的使用将减少工厂对重复或复杂手动操作的劳动力的依赖。

半导体将成为新一代工业自动化设备的核心，提供在互联环境中有效运行所需的处理、控制和传感功能。

ADI公司（ADI）一直茁壮成长于模拟和数字世界的交汇处，它近距离观察了新型工厂自动化设备所要求的技术变革。其在传感、信号调理、数字信号处理、有线和无线连接以及软件领域的专业知识使其能够接近其工业客户面临的挑战，使其能够开发面向应用的解决方案，从而加快 OEM 的上市时间。ADI的目标是帮助客户通过技术进行创新，为未来做好准备，同时通过提供工业部件的长期可用性来继续支持传统系统。

未来带来的是深刻的颠覆，其根源在于一个受欢迎的趋势：繁荣的全球传播。

日益扩大的繁荣

本世纪，世界上传统上被视为发展中国家的地区可支配收入显著增加。因此，全球对制成品的需求正在增长，这给制造商带来了扩大生产的压力，同时提供越来越多样化的产品配置，以满足区域和国家的需求变化。

与此同时，全球繁荣的增长正在减少廉价、非熟练体力劳动的供应。在过去30年中，制造商从将生产外包到中国等低成本地区所获得的一次性推动力正在消失，因为这些地区的工资上涨，现在受过良好教育的劳动力失去了以低工资执行重复性手工操作的兴趣。未来，制造商将寻求通过部署自动化技术来提高竞争力，而不是搬到新的低成本地点。

智能互联工厂

新的技术能力也帮助制造商从工厂自动化设备的支出中获得额外的价值。

微型高性能半导体传感器的激增以及无处不在的连接性正在产生大量关于机器和过程性能的数据。现在，数据分析的丰富新应用比以往任何时候都更有潜力，例如机器健康监控和预防性维护。同时，可编程硬件和软件定义电子功能的使用越来越多，可以快速重新配置工厂流程和工具。

因此，未来的工厂将更加敏捷，对需求的反应更加迅速，更加自动化，更加可靠。它将需要更少的人工操作，并且由于计划外维护而面临的中断更少。

那么，模拟和数字半导体领域的哪些技术将实现这种新的工厂自动化模式呢？

传感器——机器健康监测的关键

MEMS传感器技术正在推动开发小型、坚固且能够精确测量振动和运动的新型传感器。例如，低噪声、宽带宽加速度计提供识别机器振动特征细微变化所需的高精度和准确度。结合传感器分析软件，这些设备使设备操作员能够在潜在故障发生之前很久就查明其来源，并及时采取预防性维护措施。

机器健康监测是一种不局限于传统工厂设置的应用。移动或远程工业设备可以使用无线连接向中央控制器报告诊断信息和操作状态。这种应用使用电池电源或间歇性电源（如太阳能）运行，需要非常低功率的传感解决方案。

工厂车间的高速连接

传感器在工厂和加工厂中的激增正在产生大量的实时数据流。传感器节点和 PLC 之间的传统通信协议（例如 4 mA 至 20 mA 控制回路）正在让位于以太网协议的超快工业变体，从而能够越来越多地将工厂中的操作技术 （OT） 基础设施与企业的信息技术 （IT） 集成在一起。

为了满足工厂对高速数据传输的新需求，OEM厂商需要使其系统实现面向未来，以便他们不仅支持当今使用的工业以太网协议，还支持以太网的新兴时间敏感网络（TSN）变体，这很可能成为实时工业通信的标准有线网络技术。为了支持这种过渡，ADI提供了一个以太网平台，使系统能够从一种以太网协议交换到另一种以太网协议，而无需重新设计硬件。

还需要强大的无线传感器网络技术来连接物理布线难以到达的位置的传感器节点。SmartMesh和WirelessHART等无线网络技术专为在恶劣的物联网应用中运行而设计，提供了一种经过验证的高性能方法，无需电线即可连接工业自动化设备。®

自主机器安全系统

自动驾驶汽车和协作机器人为扩大自动化在工厂和仓库中的应用提供了巨大的空间。工业面临的挑战是保证安全，确保自主机器完全具有环境意识。先进的雷达和激光雷达技术正在提高物体和接近检测以及 3D 测绘应用的精度和精度标准。

保护工厂免受在线攻击

随着连接性的增长，黑客攻击的风险也随之增加，黑客意图向工厂运营商勒索付款，或者国家支持的攻击者的任务是破坏高价值工业系统。

随着工厂运营商将越来越多的节点连接到云，他们为黑客开辟了新的入口点。基于半导体的连接系统需要针对嵌入式系统优化的强大安全性。ADI公司正在开发新的解决方案，以应对工业系统面临的新安全威胁，从而帮助客户打造面向未来的工业基础设施。

可配置的生产流程

未来的工厂必须能够快速适应新的需求和新的工作流程;关键是在架构级别为工业自动化技术产品构建灵活性。一种可以支持这种灵活性需求的方法是软件定义的I/O，它可以配置为模拟或数字，以及输入或输出，而无需改变接线。

为了突破当今技术的界限，ADI已经提供了稳健灵活的工业输出解决方案，可实现模拟输出的完全软件可配置性，以支持各种工业标准。

集成模拟、数字和软件

工业自动化设备的开发和生产正成为一项越来越高科技的工作，其驱动力是满足最终用户对更高吞吐量、更多可配置性、更安全的操作和更多云集成的需求。与此同时，通过新的、更复杂的设计快速进入市场的压力继续加剧。

ADI公司的响应是为客户提供集成产品，为机器健康监测、高速连接以及安全和安保系统等应用提供以市场为导向的解决方案。它将通过将模拟、混合信号和数字组件与固件和软件相结合来实现这一目标，以解决客户面临的最紧迫的开发问题，使他们能够快速有效地应对当今和未来日益严峻的技术和经济挑战。

审核编辑：郭婷