解析工業(yè)4.0中的硬件商機

    現在，以工業(yè)4.0為代表的智能制造正改變著(zhù)未來(lái)制造業(yè)的形態(tài)。在這新的制造體系中，數據是靈魂性的要素，位于核心地位。

    不過(guò)這并不意味著(zhù)硬件在工業(yè)4.0中會(huì )被邊緣化，畢竟數據還是需要透過(guò)硬件作為載體，進(jìn)而在現實(shí)世界中呈現其價(jià)值。因此，智能制造中“數據”的崛起，也會(huì )給硬件帶來(lái)了不少的商機。接下來(lái)，從工業(yè)4.0“數據流”的走向，可以更了解發(fā)掘出各個(gè)環(huán)節潛藏的硬件“錢(qián)途”。

傳感

    在工業(yè)控制系統中，傳感器是數據采集端，它們負責將工業(yè)現場(chǎng)的大量非電量的物化參數轉化成電信號，再由系統從中解讀出關(guān)鍵的數據信息，作為控制決策的依據。智能制造對數據的依賴(lài)必然會(huì )刺激對傳感器的需求，未來(lái)工業(yè)市場(chǎng)對壓力、位移、加速度、角速度、溫度、濕度、氣體、光敏等多種傳感器的需求，會(huì )呈現整體提升的態(tài)勢。

    另一個(gè)值得關(guān)注的部份，還有機器視覺(jué)核心部件的CMOS圖像傳感器市場(chǎng)。根據IC Insights預測，全球工業(yè)用CMOS圖像傳感器市場(chǎng)將從2015年的3.96億美元成長(cháng)到2020年的9.12億美元。此外，多目三維視覺(jué)在工業(yè)場(chǎng)景中的應用，可借助圖像傳感器收集的圖像數據也會(huì )更加豐富，作用也會(huì )更為顯著(zhù)。圖像傳感器也將成為工業(yè)傳感器市場(chǎng)中不容小視的一塊“蛋糕”。

互連

    智能制造系統生成的數據，需要經(jīng)由一個(gè)快速、穩定的網(wǎng)絡(luò )進(jìn)行傳輸和共享。德國的《工業(yè)4.0研發(fā)白皮書(shū)》中將無(wú)線(xiàn)技術(shù)視為工業(yè)4.0網(wǎng)絡(luò )通訊技術(shù)研究的重點(diǎn)項目。無(wú)線(xiàn)互連技術(shù)與傳統的有線(xiàn)工業(yè)通訊相比，優(yōu)勢顯著(zhù)：一、網(wǎng)絡(luò )建構與維護成本低，根據測試，使用無(wú)線(xiàn)的測控系統其安裝與維護成本可降低90%;二、提高生產(chǎn)線(xiàn)設備配置的靈活性，且更符合智能制造“大規模定制”愿景所需的“柔性”要求;三、可適應多樣性的組網(wǎng)應用場(chǎng)景需求，Mesh、星型等多種網(wǎng)絡(luò )的部署需求。

        因此，不論是工業(yè)領(lǐng)域原有的無(wú)線(xiàn)協(xié)議—如WIA-PA、Wireless HART和ISA，還是通用的無(wú)線(xiàn)協(xié)議—如Wi-Fi、Zigbee、NFC、Bluetooth、2G/3G/4G網(wǎng)絡(luò )通訊，都正影響、滲入工業(yè)領(lǐng)域。如何將NB-IoT等新興的LPWAN無(wú)線(xiàn)通信技術(shù)融合到工業(yè)應用中，也已被列入一些公司的考慮重點(diǎn)中。5G也在工業(yè)4.0的范疇，按照計劃2018年將實(shí)現公共5G網(wǎng)絡(luò )基礎設施的設計與標準，為工業(yè)提供廣域網(wǎng)服務(wù)。

        不過(guò)，工業(yè)應用對無(wú)線(xiàn)通信有更特殊的要求，特別是在可靠性和低延時(shí)等方面。因此，一些通用的無(wú)線(xiàn)技術(shù)短期內還是會(huì )用于設備和產(chǎn)品信息的采集、內部信息交互等非實(shí)時(shí)控制的場(chǎng)景，未來(lái)它們會(huì )與實(shí)時(shí)工業(yè)控制網(wǎng)絡(luò )形成復合的通訊系統，為數據架設高效可靠的管道。

        無(wú)線(xiàn)互連與傳感技術(shù)也在走向融合，具有無(wú)線(xiàn)數據通訊功能的無(wú)線(xiàn)傳感器也會(huì )成為一個(gè)新的市場(chǎng)增長(cháng)點(diǎn)。無(wú)線(xiàn)傳感器網(wǎng)絡(luò )可以擺脫傳統傳感器總線(xiàn)的束縛，讓數據匯聚的方式更為靈活，成本也更低。在此基礎上，傳感器產(chǎn)品還可加迭其他如能量采集等技術(shù)，形成更加多元化的產(chǎn)品，擴展應用版圖。

        無(wú)線(xiàn)互連的藍圖固然讓人興奮，但是在工業(yè)領(lǐng)域有線(xiàn)連接這樣的“老司機”同樣不可或缺，特別是對于需要大帶寬、高可靠、快速響應的工業(yè)數據通訊應用。因此，也催生了高性能、高可靠的工業(yè)連接器需求。面對此高附加值的市場(chǎng)，連接器廠(chǎng)商也正不遺余力地耕耘，例如現今的M8/M12連接器已可支持高達1Gbps的網(wǎng)速。

資料決策

        將資料匯集到云端進(jìn)行分析和處理，并與既有的數據庫進(jìn)行分析并提供決策建議，是工業(yè)4.0的核心關(guān)鍵。這會(huì )牽動(dòng)工業(yè)應用對數據中心的需求，不論是使用公有云，還是構建私有云，數據中心總量的增加是必然趨勢，預計到2019年全球數據中心基礎設備的市場(chǎng)規模將達到440億美元。

        未來(lái)面對日益繁重的數據處理任務(wù)，需要更強大的處理器做支撐，新型的異構式的處理器架構正在登上舞臺，以解決多核通用處理器遇到的運算瓶頸。開(kāi)發(fā)者們正在考慮CPU+GPU的模式，發(fā)揮GPU在浮點(diǎn)運算等能力的最大極限。同時(shí)，FPGA這種程序設計邏輯架構也備受矚目，FPGA與通用的處理器整合后有望成為未來(lái)數據中心服務(wù)器的主流架構。服務(wù)器處理器市場(chǎng)霸主Intel對全球第二大FPGA廠(chǎng)商Altera的收購，正印證了該趨勢。后續，高通也宣布與全球第一大FPGA廠(chǎng)商Xilinx，以及Mellanox結成同盟，與Intel形成市場(chǎng)對峙。

        值得注意的是，伴隨著(zhù)數據中心運算能力的飆升，其功耗也越來(lái)越可觀(guān)，根據2015年的統計資料，全球數據中心總量已超過(guò)300萬(wàn)座，其耗電量已占全球耗電總量的1.1%-1.5%。從單一數據中心運營(yíng)成本分析，電費支出達70%，已遠超過(guò)硬件基礎設備的成本，數據中心的節能需求極大。因此，數據中心的電源架構也正在改變，比如通過(guò)中央變壓器將交流電直接轉為380V的高壓直流，并通過(guò)高壓直流總線(xiàn)分配到各個(gè)用電單元，簡(jiǎn)化結構也提升效率。類(lèi)似的改變，也為與數據中心相關(guān)的電源管理組件提供了市場(chǎng)機遇。根據了解，2015年中國數據中心節能改造規模為30億元左右， 預計未來(lái)5年內該數值會(huì )持續上升。