——訪安森美亞太區(qū)應(yīng)用工程技術(shù)總監(jiān) Hector Ng

當(dāng)前，工業(yè)自動(dòng)化正在向著數(shù)字化和智能化趨勢(shì)發(fā)展，即通過(guò)物聯(lián)網(wǎng)（IoT）技術(shù)，設(shè)備和系統(tǒng)能夠?qū)崿F(xiàn)互聯(lián)互通，數(shù)據(jù)可以實(shí)時(shí)采集和分析，從而提高生產(chǎn)效率和靈活性。那么，工業(yè)領(lǐng)域未來(lái)發(fā)展趨勢(shì)如何？作為半導(dǎo)體廠商，安森美半導(dǎo)體在工業(yè)領(lǐng)域方面有著怎樣的布局，將如何在這場(chǎng)工業(yè)浪潮中抓住機(jī)遇迎接挑戰(zhàn)？近日，中電網(wǎng)采訪了安森美亞太區(qū)應(yīng)用工程技術(shù)總監(jiān) Hector Ng，共同探討了工業(yè)領(lǐng)域中的“芯”機(jī)遇。

工業(yè)自動(dòng)化未來(lái)發(fā)展趨勢(shì)如何？將帶來(lái)哪些機(jī)遇和挑戰(zhàn)？

工業(yè)自動(dòng)化正在向智能化和互聯(lián)化方向發(fā)展：通過(guò)物聯(lián)網(wǎng)（IoT）技術(shù)，設(shè)備和系統(tǒng)能夠?qū)崿F(xiàn)互聯(lián)互通，數(shù)據(jù)可以實(shí)時(shí)采集和分析，從而提高生產(chǎn)效率和靈活性。此外，AI和機(jī)器學(xué)習(xí)技術(shù)在工業(yè)自動(dòng)化中的應(yīng)用越來(lái)越廣泛。這些技術(shù)可以幫助優(yōu)化生產(chǎn)流程、預(yù)測(cè)設(shè)備故障、提高產(chǎn)品質(zhì)量。

其中，機(jī)器視覺(jué)技術(shù)將扮演至關(guān)重要的角色。機(jī)器視覺(jué)技術(shù)在工業(yè)自動(dòng)化中的應(yīng)用將顯著提升質(zhì)量控制和檢測(cè)的效率和準(zhǔn)確性，通過(guò)高分辨率攝像頭和先進(jìn)的圖像處理算法，機(jī)器視覺(jué)系統(tǒng)可以實(shí)時(shí)檢測(cè)產(chǎn)品缺陷，確保產(chǎn)品質(zhì)量。機(jī)器視覺(jué)技術(shù)還將進(jìn)一步推動(dòng)自動(dòng)化生產(chǎn)線的發(fā)展，視覺(jué)系統(tǒng)可以用于物料識(shí)別、定位和跟蹤，從而實(shí)現(xiàn)更高效的自動(dòng)化操作，減少人工干預(yù)。在工業(yè)機(jī)器人領(lǐng)域，機(jī)器視覺(jué)技術(shù)將用于引導(dǎo)和控制機(jī)器人執(zhí)行復(fù)雜的任務(wù)，機(jī)器人可以更精確地完成裝配、搬運(yùn)和包裝等操作，提高生產(chǎn)效率。

在工業(yè)自動(dòng)化應(yīng)用中，除了要求高性能，人們還越來(lái)越重視減少碳足跡，更加關(guān)注在任何負(fù)載下實(shí)現(xiàn)更高的功率轉(zhuǎn)換效率。因此采用面向未來(lái)的高效率功率半導(dǎo)體技術(shù)對(duì)于此類應(yīng)用具有商業(yè)可行性和可持續(xù)性至關(guān)重要。作為集成和分立功率轉(zhuǎn)換半導(dǎo)體供應(yīng)商的行業(yè)領(lǐng)導(dǎo)者，安森美(onsemi)一直與合作伙伴合作，解決實(shí)現(xiàn)更高效率和性能的主要挑戰(zhàn)。我們提供多種拓?fù)?，包括升壓、反激和?zhǔn)諧振，可選擇單片 IC 或分立方案實(shí)現(xiàn)。如碳化硅（SiC）在電機(jī)驅(qū)動(dòng)中的應(yīng)用越來(lái)越廣泛。這些材料具有更高的開(kāi)關(guān)速度和更低的導(dǎo)通損耗，能夠顯著提高系統(tǒng)效率。

當(dāng)前工業(yè)自動(dòng)化向著數(shù)字化和智能化趨勢(shì)發(fā)展。集成了傳感器和控制算法的智能電機(jī)驅(qū)動(dòng)器能夠?qū)崟r(shí)監(jiān)測(cè)和調(diào)整電機(jī)運(yùn)行狀態(tài)，提高系統(tǒng)的可靠性和效率。數(shù)字信號(hào)處理器（DSP）和微控制器（MCU）的應(yīng)用使得電機(jī)驅(qū)動(dòng)控制更加精確和靈活，支持復(fù)雜的控制算法和通信協(xié)議。

工業(yè)自動(dòng)化發(fā)展至今如今面臨哪些問(wèn)題？

為了能推進(jìn)實(shí)時(shí)決策、提高生產(chǎn)效率和自動(dòng)化水平，各行各業(yè)都越來(lái)越關(guān)注裝備計(jì)算機(jī)視覺(jué)技術(shù)的應(yīng)用。工業(yè)圖像傳感器賦能機(jī)器超越人眼的視覺(jué)，使機(jī)器視覺(jué)更精準(zhǔn)、智能、高效，推進(jìn)工業(yè)自動(dòng)化的發(fā)展。要讓系統(tǒng)更精準(zhǔn)，需要考慮如何提高圖像傳感器的感光性能，降低噪聲，提高幀率和分辨率，增大動(dòng)態(tài)范圍，甚至直接使用圖像傳感器輸出3D信息和高光譜信息。功耗和成本也很重要。此外，需要確保圖像傳感器的性能穩(wěn)定，質(zhì)量可靠，以實(shí)現(xiàn)高效的工業(yè)系統(tǒng)。以安森美的圖像傳感器為例，由于采用了全像素架構(gòu)，安森美傳感器在所有光照條件下都能保留更多細(xì)節(jié)，即使在低光條件下也不例外。安森美圖像傳感器在HDR方面表現(xiàn)出色，能夠捕捉到高對(duì)比度場(chǎng)景的細(xì)節(jié)，即使在極端光照條件下也能提供清晰、豐富的圖像?？蓴U(kuò)展的產(chǎn)品系列能夠減少系統(tǒng)開(kāi)發(fā)成本和時(shí)間。

工業(yè)自動(dòng)化中，電機(jī)驅(qū)動(dòng)扮演著重要的角色，其能耗占據(jù)了工業(yè)應(yīng)用能耗的很大一部分。根據(jù)國(guó)際能源署（IEA）的數(shù)據(jù)，電機(jī)系統(tǒng)的能耗約占全球工業(yè)電力消耗的65%左右。相關(guān)法規(guī)越來(lái)越嚴(yán)格，市場(chǎng)對(duì)大幅降低工業(yè)電機(jī)驅(qū)動(dòng)器能耗的需求變得愈加迫切。例如交流電機(jī)通?？芍苯佑山涣麟娫打?qū)動(dòng)，為了提高能效和加強(qiáng)控制，可以采用變頻驅(qū)動(dòng)，根據(jù)負(fù)載需求調(diào)節(jié)電機(jī)的運(yùn)行速度，減少能源浪費(fèi)。而利用先進(jìn)的控制算法和智能化技術(shù)，如矢量控制、直接轉(zhuǎn)矩控制等，可以實(shí)現(xiàn)更精細(xì)的電機(jī)控制，提高能效。

新一代功率半導(dǎo)體器件支持更高的開(kāi)關(guān)頻率，實(shí)現(xiàn)更低的導(dǎo)通損耗和開(kāi)關(guān)損耗，提高了電機(jī)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的效率，如安森美近期新推出的采用了新的場(chǎng)截止第7代(FS7)絕緣柵雙極晶體管(IGBT)技術(shù)的1200V SPM31智能功率模塊，與市場(chǎng)上其他領(lǐng)先的解決方案相比，能效更高、尺寸更小、功率密度更高，因而總體系統(tǒng)成本更低，非常適合三相變頻驅(qū)動(dòng)應(yīng)用，如熱泵、商用暖通空調(diào)系統(tǒng)以及工業(yè)泵和風(fēng)扇。而第7代1200V 800A QDual3 IGBT功率模塊與其他同類產(chǎn)品相比，功率密度更高，且提供高10%的輸出功率，帶來(lái)業(yè)界領(lǐng)先的能效表現(xiàn)，有助于降低系統(tǒng)成本并簡(jiǎn)化設(shè)計(jì)，也非常適合用于大功率工業(yè)電機(jī)驅(qū)動(dòng)器。

工業(yè)應(yīng)用對(duì)半導(dǎo)體解決方案是否有特殊的要求？

工業(yè)應(yīng)用對(duì)半導(dǎo)體解決方案的要求有其獨(dú)特性，主要體現(xiàn)在以下幾個(gè)方面：

可靠性和耐久性。工業(yè)環(huán)境通常較為嚴(yán)苛，包括高溫、低溫、濕度、振動(dòng)和電磁干擾等。因此，芯片需要具備高可靠性和耐久性，以確保在各種極端條件下仍能穩(wěn)定運(yùn)行。安森美(onsemi)的產(chǎn)品遵循嚴(yán)格的質(zhì)量控制標(biāo)準(zhǔn)，確保每一個(gè)元件都具有高可靠性和長(zhǎng)壽命。安森美的解決方案還具備出色的耐高溫性能，產(chǎn)品設(shè)計(jì)考慮了抗干擾能力，確保信號(hào)傳輸?shù)姆€(wěn)定性和準(zhǔn)確性，而且所有產(chǎn)品在出廠前都經(jīng)過(guò)嚴(yán)格的測(cè)試，包括環(huán)境測(cè)試、壽命測(cè)試和性能測(cè)試，確保其在各種苛刻條件下的可靠性和耐久性。

散熱與熱管理。高功率電子器件在運(yùn)行過(guò)程中會(huì)產(chǎn)生大量熱量，如果散熱不良可能導(dǎo)致性能下降、壽命縮短甚至故障。設(shè)計(jì)有效的冷卻系統(tǒng)，結(jié)合被動(dòng)（如散熱片、液冷）和主動(dòng)（如風(fēng)扇、泵）冷卻技術(shù)，以及優(yōu)化電子封裝和布局，是確保系統(tǒng)穩(wěn)定工作的關(guān)鍵。如安森美的壓鑄模模塊比普通的凝膠填充模塊提高熱循環(huán)使用壽命10倍。

高效率與節(jié)能。隨著全球?qū)?jié)能減排的關(guān)注度提高，工業(yè)系統(tǒng)往往需要更加注重能效。安森美強(qiáng)調(diào)智能電源技術(shù)的重要性，這包括使用先進(jìn)的半導(dǎo)體材料如碳化硅來(lái)制造更高效的功率電子器件，這些器件能夠支持更高頻率的操作，減少損耗，提高電機(jī)整體系統(tǒng)效率。與此同時(shí)，功率因數(shù)校正PFC拓?fù)浼夹g(shù)將繼續(xù)發(fā)展，以減少電網(wǎng)諧波和提高系統(tǒng)的整體能效。

工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)關(guān)鍵技術(shù)有哪些？這些關(guān)鍵技術(shù)將如何實(shí)現(xiàn)？

工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)（IIoT）的關(guān)鍵技術(shù)包括以下幾個(gè)方面：

傳感器技術(shù)

傳感器是IIoT的基礎(chǔ)，負(fù)責(zé)采集各種物理量和環(huán)境參數(shù)，如溫度、濕度、壓力、振動(dòng)等。

邊緣計(jì)算

邊緣計(jì)算在靠近數(shù)據(jù)源的地方進(jìn)行數(shù)據(jù)處理，減少了數(shù)據(jù)傳輸?shù)难舆t，提高了實(shí)時(shí)性和響應(yīng)速度。

通信技術(shù)

可靠的通信技術(shù)是IIoT的核心，包括有線和無(wú)線通信技術(shù)，如低功耗藍(lán)牙、Wi-Fi、LoRa、NB-IoT和10Base-T1S以太網(wǎng)等，確保數(shù)據(jù)的實(shí)時(shí)傳輸和設(shè)備的互聯(lián)互通。

數(shù)據(jù)處理與分析

大數(shù)據(jù)技術(shù)和人工智能（AI）用于處理和分析從傳感器和設(shè)備收集的大量數(shù)據(jù)，提供有價(jià)值的洞察和決策支持。

此外，云計(jì)算提供了強(qiáng)大的計(jì)算和存儲(chǔ)能力，支持?jǐn)?shù)據(jù)的集中管理和分析，提升了系統(tǒng)的靈活性和可擴(kuò)展性。IIoT系統(tǒng)需要強(qiáng)大的網(wǎng)絡(luò)安全措施來(lái)保護(hù)數(shù)據(jù)和設(shè)備免受網(wǎng)絡(luò)攻擊，包括加密技術(shù)、身份驗(yàn)證和訪問(wèn)控制等。通過(guò)這些關(guān)鍵技術(shù)的應(yīng)用，工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)能夠?qū)崿F(xiàn)設(shè)備的智能化、生產(chǎn)的自動(dòng)化和管理的精細(xì)化，推動(dòng)工業(yè)領(lǐng)域的數(shù)字化轉(zhuǎn)型。

工業(yè)4.0主要解決了哪些問(wèn)題，工業(yè)4.0的到來(lái)，對(duì)制造業(yè)帶來(lái)哪些影響？

工業(yè)4.0通過(guò)自動(dòng)化和智能化技術(shù)顯著提高了生產(chǎn)效率，減少了人工干預(yù)和錯(cuò)誤，使得生產(chǎn)系統(tǒng)更加靈活，能夠快速響應(yīng)市場(chǎng)需求的變化，實(shí)現(xiàn)定制化生產(chǎn)。通過(guò)數(shù)據(jù)分析和智能管理，工業(yè)4.0優(yōu)化了資源的使用。智能傳感器和數(shù)據(jù)分析技術(shù)使得質(zhì)量控制更加精準(zhǔn)。

此外，工業(yè)4.0通過(guò)物聯(lián)網(wǎng)和大數(shù)據(jù)技術(shù)，實(shí)現(xiàn)了供應(yīng)鏈的透明化和高效管理，減少了庫(kù)存和物流成本。通過(guò)預(yù)測(cè)性維護(hù)技術(shù)，工業(yè)4.0能夠提前發(fā)現(xiàn)設(shè)備故障，減少停機(jī)時(shí)間和維護(hù)成本。工業(yè)4.0利用大數(shù)據(jù)和人工智能技術(shù)，支持企業(yè)進(jìn)行數(shù)據(jù)驅(qū)動(dòng)的決策，提高了決策的科學(xué)性和準(zhǔn)確性。通過(guò)解決這些問(wèn)題，工業(yè)4.0推動(dòng)了制造業(yè)的轉(zhuǎn)型升級(jí)，提高了企業(yè)的競(jìng)爭(zhēng)力和市場(chǎng)響應(yīng)能力。

在逐漸邁向工業(yè) 4.0的過(guò)程中，對(duì)于人機(jī)交互的需求日益增加，機(jī)器人技術(shù)也亟待改進(jìn)。智能機(jī)器人與傳統(tǒng)工業(yè)機(jī)器人的不同之處在于，前者使用了大量不同的傳感器、AI 和先進(jìn)算法來(lái)與環(huán)境交互，檢測(cè)障礙物，并與人類和其他機(jī)器協(xié)作。目前，智能機(jī)器人主要用于倉(cāng)庫(kù)和生產(chǎn)工廠等受控環(huán)境，但應(yīng)用于戶外作業(yè)的趨勢(shì)日益明顯。

安森美在工業(yè)控制方面的布局？如何助力智能工業(yè)發(fā)展？

安森美在工業(yè)控制方面有著廣泛的布局，其智能傳感和智能電源技術(shù)致力于提供高性能、高可靠性和高效能的解決方案。特別是在相關(guān)的電源管理、傳感器技術(shù)以及電機(jī)驅(qū)動(dòng)控制和接口通信等方面提供一些關(guān)鍵技術(shù)解決方案。

安森美提供各種電源管理解決方案，包括高效的電源轉(zhuǎn)換器、穩(wěn)壓器和電源管理IC。這些產(chǎn)品能夠確保工業(yè)控制系統(tǒng)在各種工作條件下穩(wěn)定運(yùn)行。安森美的傳感器產(chǎn)品線涵蓋了位置傳感器、圖像傳感器、溫度傳感器等多種類型，這些傳感器能夠?qū)崟r(shí)監(jiān)測(cè)工業(yè)環(huán)境中的各種參數(shù)，為控制系統(tǒng)提供準(zhǔn)確的數(shù)據(jù)支持。特別值得一提的是，安森美的圖像傳感器系列集高性能、緊湊像素和低功耗等特性于一體，它提供多種分辨率，從30萬(wàn)至 4500 萬(wàn)像素不等，適用于廣泛的應(yīng)用，有效為智能工業(yè)發(fā)展提供助力。安森美的NCS32100雙電感旋轉(zhuǎn)位置傳感器能在 6,000 RPM 轉(zhuǎn)速時(shí)實(shí)現(xiàn) ±50 角秒的位置精度，在犧牲些許精度的情況下，轉(zhuǎn)速高達(dá) 45,000 RPM。

在電機(jī)控制方面，安森美提供了多種驅(qū)動(dòng)器和控制器，支持各種類型的電機(jī)，包括直流電機(jī)、步進(jìn)電機(jī)和交流電機(jī)。這些產(chǎn)品能夠?qū)崿F(xiàn)高效、精確的電機(jī)控制，廣泛應(yīng)用于工業(yè)自動(dòng)化設(shè)備中。安森美也提供各種用于變頻驅(qū)動(dòng)的MOSFET、IGBT、二極管、模塊和柵極驅(qū)動(dòng)器、運(yùn)放等器件，以提高能效和加強(qiáng)控制。

工業(yè)控制離不開(kāi)各種通信方案和接口，安森美的接口和通信解決方案包括各種總線接口、無(wú)線通信模塊和有線通信模塊。這些產(chǎn)品能夠確保工業(yè)控制系統(tǒng)與其他設(shè)備和系統(tǒng)之間的可靠通信。布線是在工業(yè)環(huán)境中部署傳統(tǒng)以太網(wǎng)的另一個(gè)障礙。標(biāo)準(zhǔn)以太網(wǎng)線纜有四對(duì)電線，不僅增加了成本，而且也難以安裝。10BASE-T1S 專為使用單對(duì)電線而開(kāi)發(fā)，因此更小巧、更易使用，成本也明顯更低。安森美的10BASE-T1S以太網(wǎng)控制器產(chǎn)品組合處于發(fā)展前沿，能夠?yàn)橐罂量痰墓I(yè)環(huán)境提供更優(yōu)異的可靠性和性能表現(xiàn)。安森美推出了一系列符合10BASE-T1S標(biāo)準(zhǔn)的以太網(wǎng)控制器和收發(fā)器，包括NCN26010 (MAC/PHY) 和NCN26000 (PHY)控制器專為工業(yè)多點(diǎn)網(wǎng)絡(luò)而設(shè)計(jì)，有助于減少機(jī)柜內(nèi)的布線，同時(shí)可增加帶寬。

此外，安森美還提供了一系列安全和保護(hù)解決方案，包括過(guò)壓保護(hù)、過(guò)流保護(hù)和熱保護(hù)等。這些產(chǎn)品能夠提高工業(yè)控制系統(tǒng)的安全性和可靠性，防止意外故障和損壞。通過(guò)這些布局，安森美在工業(yè)控制領(lǐng)域提供了全面的解決方案，幫助客戶提高生產(chǎn)效率、降低能耗和提升系統(tǒng)可靠性。