工业4.0对电子行业有多重要

当前行业向数字化转型如火如荼。几乎每个人都在使用（工业）物联网、智能工厂或信息物理（生产）系统等流行语。在德国，最强大的国际产业之一，它被称为工业4.0，在其他部分被称为工业4.0。

然而，似乎没有人确切知道它的含义——有各种不同的解释，但没有明确的定义。对于许多人来说，向工业4.0的转变已经成为日常生活的一部分，随着重复，新奇的概念也受到侵蚀。数字化和网络成为常用的流行语对此无济于事。

专注于工业4.0，特别是在德国，该行业的大部分是由政治塑造的。然而，其他国家已经认识到对本国经济和竞争力的积极影响，鼓励他们进一步创新。在这种情况下，政治官员正在推动一种双重战略，该战略结合了供应商的观点和用户公司的观点，主要是在工业自动化部门和机械或设备工程领域。一方面，对于制造商来说，在自己的生产过程中使用新的、高效的、智能的技术是很重要的。另一方面，他们必须将这些技术和产品推向市场。

相比之下，每个人都同意工业4.0不仅推动新技术和智能产品，而且还有助于扩大生产部门。这也为掌握现有和新市场不断增长的动态和复杂性创造了条件。能够在多个领域发挥作用的公司似乎有一个特别好的起点。

这尤其适用于半导体行业的公司。像ADI公司这样的半导体制造商已经在处理这个复杂的概念，将自己的生产线转变为全自动智能工厂。该公司还为制造业的公司提供创新技术，帮助他们将制造设施转变为智能工厂。但是，要从这种转变开始，重要的是要认识到附加值，因为它也意味着必须通过提高生产率来摊销大量的努力，并相应地降低成本。

工业4.0不仅意味着生产的变化和技术的扩展，还意味着越来越需要创造新的商业模式。工业4.0是一个讨论很多且解释非常不同的术语，其结果大致可分为三个领域：新技术，新产品和新商业模式。这三个领域共同涵盖了生产及其产品的整个价值链——从传感器节点开始，通过云，一直到下游服务。

通常有一个节点带有某种形式的传感器或执行器，它同时建立了与真实物理世界的链接。进出这些设备的信号通常非常低，并且来自嘈杂、恶劣的环境。它们必须经过处理、转换并转发到信号链中的下一个环节。

由于该信号链存在问题，必须对信号链进行更改。最初，纯数据传输到云中，越来越多的数据处理已经在节点上进行。

这种数据处理在节点上生成更多的洞察力和知识，将数据转化为信息。这种智能智能传感技术降低了整体功耗，减少了带宽浪费，并实现了从无反应式IIoT到预测性和实时IIoT的转变。

这就是技术发挥作用的地方。许多半导体制造商已经将它们列为其核心竞争力之一，并且需要不断改进。

此外，能源效率也起着重要作用。鼓励半导体制造商利用他们的专业知识不仅进一步开发他们的产品，而且进一步开发他们自己的设计和工艺技术，因为与网络的连接是IIoT整体解决方案的重要组成部分。无论是有线还是无线，这两种技术在未来的需求都将越来越大，并且必须将它们包含在产品组合中。

如果您更深入地了解系统级别并专注于垂直细分市场，则可以为客户提供更完整的系统。就完整的硬件平台而言，该节点可以与相应的软件包一起提供。这还可能包括相关算法来分析节点中已有的数据，最终仅将结果作为数据密集度较低的信息传递给网络（云）。

尽管工业4.0是一个有趣且重要的话题，但半导体制造商在选择过程中必须非常谨慎。整个市场仍处于一个阶段，在这个阶段中，有必要意识到在哪里以及如何以正确的方式应用自己的优势和技术，以满足客户或应用的真正需求。

IIoT市场有哪些新要求？

考虑到产业价值链，市场需求将 未来改变。除其他原因外，这就是为什么半导体 制造商必须适应自己的企业，以及他们的 产品，走向现实的智能工厂。技术趋势是 转向智能和极其高效的产品，并在可能的情况下，具有集成的安全和安保功能以及能量收集 能力。显示了这样的设备或更确切地说是完整的系统的外观 图3中，使用ADI基于MEMS的示例 加速度计，ADXL356。

图3.基于MEMS的智能传感器解决方案。

ADXL356是一款低功耗、低噪声、3轴加速度计，具有极低的失调漂移。由于采用密封封装，ADXL356特别适合恶劣环境条件下的精确倾斜测量，以及低功耗或电池供电无线传感器网络中的高性能（长期）测量。这就是预测性维护和状态监测发挥作用的地方。两者都与工业4.0密切相关。在这些程序中，确定驱动元件的损坏程度很重要;例如，通过永久或定期进行振动诊断。

对于这样的智能传感器解决方案，如图2所示，加速度计构成了整个系统的基础。它通过其他功能进行了扩展：通过模数转换器、微控制器以及各种模拟和数字接口（部分隔离或无线）进行集成信号处理。无线接口支持以太网、6LoWPAN 或无线 HART 等通信标准，具有最高的可靠性。特别是对于后两个标准，像SmartMesh IP™和SmartMeshWirelessHart这样的无线通信网络带来了非常好的解决方案。前者符合6LoWPAN标准，为每个节点提供原生IPv6寻址能力，并使传感器数据易于云访问。后者符合WirelessHART标准（IEC 62591），该标准专为工业应用而设计，可与其他供应商的WirelessHART设备进行互操作。两者都通过AES 128位端到端加密提供极其可靠和安全的数据传输，并可扩展到50，000个节点。®

最后，在这些系统的开发过程中，不能忽视功能安全。因此，为了能够将客户安全作为完整系统解决方案的一部分，半导体制造商还应投资于网络安全解决方案（CSS）和加密等技术。

如图3所示的系统的结果是，芯片级可用的标准产品更少，因为将来它们可以在板级集成。标准产品的集成已经作为系统级封装（SiP）直接在硅片或外壳中进行。这意味着制造商必须在芯片级别或至少在板级以及相应的生态系统方面拥有深入的知识。因此，客户可以更多地关注自己的应用，从而将自己与竞争对手区分开来。

像ADI公司这样的供应商必须考虑使用或集成来自其他市场的成熟技术。这可能有助于降低高成本并延长生命周期。在其他产品中成功实施技术的一个例子是MEMS。MEMS技术从来不打算制造加速度计以外的部件，但现在它被用于像ADGM1304这样的极快开关。这款集成驱动器的单刀四掷 （SP4T） 开关的工作频率范围为 0 Hz/dc 至 14 GHz，是各种射频应用或继电器替代品的理想开关解决方案。

这种技术组合不仅有助于为个人服务，还有助于为制造商提供不同的市场，有时甚至是新的市场。在许多情况下，它们广泛的技术可以很容易地以这种方式组合在一起，以创建新的、高效的应用程序。

然而，半导体制造商仅仅扩大其传感器和其他半导体器件的范围是不够的。为了继续被视为市场上的全球参与者，并充分利用工业4.0的潜力，他们的产品组合也应该在通信技术领域扩大。例如，在工业自动化领域，可以看到向以太网或确定性以太网的明显转变。因此，ADI最近收购了Innovasic，这是一家面向确定性以太网的半导体和软件解决方案供应商。通过此次收购，ADI增加了在高度同步网络中实现可靠、实时连接的专业知识，从而通过独特的软件解决方案扩展了其产品组合。因此，即使在数字化趋势的盛行下，许多半导体制造商的目的也是从模拟技术转向垂直系统领域，以提供完整的系统解决方案，形成物理世界和数字世界之间的接口。

但是，为了引起客户对此类系统的兴趣，许多因素可能很重要。不仅适当的软件，而且围绕软件的工具和适当的生态系统，都将为客户增加价值。因此，将来还需要用于分析生成数据的新服务和算法。

未来对客户的附加值意味着什么？

如今，客户的资源越来越多地被引导到软件中。这对整个半导体行业来说是一个一定的挑战，意味着必须为客户提供越来越高效的开发工具，而且还要提供培训可能性、文档和支持;直接，通过生态系统，或可能通过分销商。当然，仅仅因为技术上可行，就开发所有这些具有工业4.0功能的产品和系统是没有任何意义的。相反，必须为客户带来显著的附加值。基本必要条件是使相应的客户能够看到和获得这种附加值，以证明购买和运行工业4.0应用程序所产生的额外费用是合理的。通常，可以将与客户相关的附加值分配给以下概述中列出的三个因素：

通过节省时间、资源和金钱来提高运营效率。

通过分析使用数据提高客户满意度和忠诚度。

通过扩展或新的业务模式创造额外的收入来源

智能产品的成功与附加值的认可直接相关。最终，它们规定了与实施相关的所有技术和商业参数。因此，应该对它们进行详细分析。分析的结果也可能是产品创意在经济上不可行，或者至少现在还不可行。为了使开发更加可行，并更快、更有效地集成到系统中，制造商的支持将发挥重要作用。制造商将把他们的专业知识带入客户的开发过程中。这减少了客户的额外工作量和成本。此外，制造商可以继续专注于他们的核心业务，他们不需要浪费宝贵的时间来学习新技术。相反，伙伴关系和其他合作努力可以帮助支持持续增长。

然而，由于工业4.0及其技术的诸多优势，问题来了，为什么许多企业还没有投资自己的智能工厂？

犹豫的原因

其中一个主要障碍是智能工厂的最小收益及其相关成本。例如，由于缺乏货币评估标准，计算投资回报率（ROI）目前仍然相当困难。因此，半导体制造商必须提高客户的意识，并提供教育材料，展示智能工厂的优势，并指出投资的价值。投资对于新技术和商业模式以及营销活动、资格措施和销售管理的开发和扩展是必要的。

随着生产部门的转型，数据和IT安全等问题发挥着越来越重要的作用。这些主题不仅是成功引入工业4.0的重要要求，还必须作为关键的接受和成功因素实施到数字系统中。

此外，对于企业来说，在实施工业4.0的早期阶段就制定其基本战略路线以积累相应技术的经验非常重要。然而，这个过程需要耐心，因为许多相关技术在10到4年甚至更长时间内不可能充分发挥其潜力。此外，由于缺乏明确的定义，工业0.<>完全实施的确切日期没有。与其谈论工业革命，不如使用“工业进化”一词更有意义。

随着生产环境的变化，新的参与者和竞争对手也将出现在或更确切地说是影响市场。联盟将出现，并在很大程度上塑造生产形象。企业的未来，在工厂大厅里将越来越没有决心。此外，软件和服务部门将发挥重要作用，因为只有将虚拟与现实世界联系起来并融合在一起，才能确保制造商发挥其最大的生产潜力。

尽管如此，半导体制造商不应忽视过去已经成功或仍然成功的现有业务或产品。这些主要产品应进一步开发，并应通过保持适当的制造能力在未来继续得到支持。尽管当今的数据转换器架构非常稳定，并将继续成为未来的基础，但有必要基于其基本架构进行改进。例如，此类产品使用较小的工艺，这并不容易实现相同甚至更好的性能。

新市场趋势的温和增长

近年来的巨额交易导致了半导体市场的整合。销售和分销正在从组件销售转变为系统销售。要想在未来取得成功，就要认识到工业4.0中颠覆性技术和新市场的潜力，重新定位自己或公司。企业必须始终如一地利用半导体行业中为数不多的有机增长来源。不幸的是，半导体行业的年销售额增长在30%到40%之间的增长热潮已成为过去 - 这些增长速度现在似乎已经结束。2015年至2020年间，预计年均增长率仅为3.4%。企业必须问自己一个根本的战略问题：未来的增长从何而来？

以下增长来源可能至关重要：由碳化硅（SiC）制成的功率半导体目前作为未来新增长的产品来源进行交易。与由普通硅制成的半导体产品相比，它们被认为是颠覆性的市场破坏者，因为它们更快、更强大、更高效。由于对混合动力和电动汽车以及再生发电和某些工业应用的需求不断增加，SiC技术及其姊妹技术氮化镓（GaN）将在未来几年占据主导地位。

结论

作为更大的物联网（也称为万物互联）的一部分，工业4.0具有巨大的潜力。未来几十年，市场价值预计将在数万亿范围内。任何在工业4.0的帮助下提高生产力的东西都将引起各种规模的公司的巨大兴趣。

要充分利用物联网市场的全部潜力，需要的不仅仅是硬件。它需要一个由硬件、软件和服务组成的生态系统。在这种新环境中，鼓励小型、敏捷的公司与大公司合作并发展合作。

然而，半导体制造商不应忽视当前趋势和围绕工业4.0的嗡嗡声之外的发展。还有一些技术传统上属于一个市场，但最终也会影响其他市场;例如，5G。传统上，5G是一种用于移动设备和基础设施的通信技术。但在未来，推动5G需求的市场之一是汽车市场。与其他系统的通信对于自动驾驶尤为重要。每辆车都成为复杂生态系统的一部分，其中通信起着关键作用。除了汽车之间的数据交换外，该生态系统还包括路边基础设施、5G 网络和大型数据中心。此外，车辆依靠摄像头或激光雷达等传感器和雷达技术来获取有关其环境的必要信息。整个通信系统必须协同工作。鉴于自动驾驶需要处理的大量数据具有更高的速度、更低的延迟和超强的可靠性，5G似乎是目前最有前途的通信标准。

总之，工业4.0，向智能工厂的转型及其所需技术为半导体制造商及其公司的成功提供了巨大的潜力

审核编辑：郭婷