半導(dǎo)體助推工業(yè)設(shè)備創(chuàng)新-解決制造業(yè)難題的IoT和AI解決方案

制造業(yè)的DX（數(shù)字化轉(zhuǎn)型）將為制造業(yè)帶來(lái)巨大變革。其中尤為引人注目的是智能工廠。通常，智能工廠給人的印象是一種近未來(lái)的形象：引進(jìn)協(xié)作機(jī)器人或AMR（自主移動(dòng)機(jī)器人），結(jié)合AI技術(shù)和大量分析數(shù)據(jù)，實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化和省人化（節(jié)省人力）。其實(shí)，只需在現(xiàn)有系統(tǒng)中嵌入使用傳感器和無(wú)線通信的簡(jiǎn)單IoT（物聯(lián)網(wǎng)）技術(shù)，也可以讓工廠變?yōu)橹悄芄S。

實(shí)現(xiàn)智能工廠不僅可以提高生產(chǎn)力、品質(zhì)和安全性，還可降低成本、減輕環(huán)境負(fù)荷，同時(shí)，通過(guò)為設(shè)備或裝置另行配備AI芯片，還可實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)故障預(yù)測(cè)、深度修理和更換、降低生產(chǎn)線停轉(zhuǎn)風(fēng)險(xiǎn)。ROHM不僅擁有應(yīng)用了傳感器和無(wú)線通信技術(shù)的機(jī)器健康相關(guān)產(chǎn)品陣容，還擁有無(wú)需無(wú)線通信即可獨(dú)立工作的基于設(shè)備端學(xué)習(xí)AI芯片的機(jī)器健康解決方案。

智能工廠

●什么是智能工廠？

智能工廠是集物理制造流程與先進(jìn)的數(shù)字技術(shù)于一體的制造系統(tǒng)。通過(guò)利用通信技術(shù)收集公司內(nèi)外的制造相關(guān)數(shù)據(jù)，并利用模數(shù)融合技術(shù)來(lái)實(shí)現(xiàn)從產(chǎn)品設(shè)計(jì)到制造、檢驗(yàn)、以及配送的所有流程相互聯(lián)動(dòng)，可以大幅提高效率。通過(guò)融合自動(dòng)化、數(shù)據(jù)分析、IoT、AI等技術(shù)，可以協(xié)助解決工廠中的諸多課題。

●智能工廠的優(yōu)勢(shì)和未來(lái)的可能性

對(duì)于制造業(yè)而言，智能工廠能夠?yàn)槠鋷?lái)諸多好處，其中包括提高生產(chǎn)力和安全性、降低制造成本以及改善品質(zhì)管理等。通過(guò)實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)分析和遠(yuǎn)程操作，可以打造更加高效和可持續(xù)發(fā)展的生產(chǎn)體系。目前，勞動(dòng)力短缺是制造業(yè)面臨的一大課題，而智能工廠的自動(dòng)化和省人化則可以解決該課題。

智能工廠的技術(shù)要素

●IoT在智能工廠中的作用

智能工廠的核心要素是融合了先進(jìn)感測(cè)和無(wú)線通信技術(shù)的IoT（物聯(lián)網(wǎng)）技術(shù)。

針對(duì)利用感測(cè)技術(shù)收集到的數(shù)據(jù)，有效運(yùn)用融入了無(wú)線通信技術(shù)的IoT技術(shù)，可使制造業(yè)的生產(chǎn)管理更容易，并大幅提高生產(chǎn)力。

利用連接了各種傳感器的IoT設(shè)備，可以實(shí)時(shí)監(jiān)控生產(chǎn)線的整體情況，并根據(jù)需要進(jìn)行精密調(diào)整。這不僅會(huì)提高生產(chǎn)力和品質(zhì)，還能減少錯(cuò)誤的發(fā)生。

●智能工廠不僅僅是“機(jī)器人”

智能工廠并不是僅有最先進(jìn)的機(jī)器人和AMR就能實(shí)現(xiàn)的。通過(guò)在現(xiàn)有制造設(shè)備中嵌入各種傳感器和無(wú)線通信技術(shù)，即可享受智能工廠的好處，比如提高生產(chǎn)力和安全性、節(jié)省人力、降低制造成本、改善品質(zhì)管理等。

■ 加速度傳感器

加速度傳感器可以檢測(cè)傾斜、沖擊和振動(dòng)。ROHM的加速度傳感器具有檢測(cè)范圍寬（～64g）、支持的溫度范圍寬（－40～105℃）和小型封裝（2mm×2mm）三大特點(diǎn)，非常適用于工業(yè)設(shè)備應(yīng)用。另外，還與同等的主流通用產(chǎn)品兼容，支持在工業(yè)設(shè)備所要求的更寬頻段范圍的應(yīng)用。

■ 顏色傳感器

通過(guò)識(shí)別產(chǎn)品、材料、液體等的顏色，自動(dòng)分類(lèi)并檢測(cè)異常。例如，在工廠中，可以使用顏色傳感器來(lái)判定旋轉(zhuǎn)泵內(nèi)液體的顏色、水槽內(nèi)水的濁度。

■ 電流傳感器

通過(guò)測(cè)量電機(jī)的電流并進(jìn)行高效的控制以及對(duì)過(guò)電流等進(jìn)行監(jiān)測(cè)，來(lái)提高電源管理和控制系統(tǒng)的安全性和效率。

■ 照度傳感器

用來(lái)測(cè)量光的亮度和照度的傳感器裝置。有助于優(yōu)化照明設(shè)備的使用。

通過(guò)監(jiān)控光的亮度并調(diào)整照明的照度來(lái)提高能效，從而實(shí)現(xiàn)可持續(xù)發(fā)展的智能工廠。

ROHM還可提供將這些傳感器與Wi-SUN?、無(wú)需電池的EnOcean?等無(wú)線通信技術(shù)相結(jié)合的解決方案，通過(guò)升級(jí)現(xiàn)有設(shè)備助力實(shí)現(xiàn)智能工廠。

●數(shù)據(jù)收集、分析及其運(yùn)用

在智能工廠中，從IoT設(shè)備收集到的大量數(shù)據(jù)是優(yōu)化生產(chǎn)流程的關(guān)鍵所在。通過(guò)AI和先進(jìn)的數(shù)據(jù)分析技術(shù)，這些數(shù)據(jù)將被用在改善品質(zhì)管理、提高生產(chǎn)效率以及預(yù)測(cè)性維護(hù)等工作中。這種數(shù)據(jù)驅(qū)動(dòng)方法可以為制造業(yè)帶來(lái)革新性?xún)r(jià)值，并幫助企業(yè)獲得競(jìng)爭(zhēng)優(yōu)勢(shì)。

然而，在傳統(tǒng)的系統(tǒng)中，要想用傳感器獲取和傳輸數(shù)據(jù)，需要用到很多線纜、電源、計(jì)算機(jī)和存儲(chǔ)系統(tǒng)，而這要花費(fèi)巨大的成本和大量時(shí)間，無(wú)疑會(huì)提高導(dǎo)入門(mén)檻。

針對(duì)這一課題，ROHM利用基于EnOcean?的無(wú)電池解決方案和即使在工廠內(nèi)也能穩(wěn)定通信的低功耗無(wú)線Wi-SUN?，打造出體積小巧、設(shè)置靈活性高、可以大幅減少導(dǎo)入成本和時(shí)間的傳感器節(jié)點(diǎn)解決方案。僅需將其安裝在現(xiàn)有設(shè)備上，即可輕松實(shí)現(xiàn)支持機(jī)器健康的無(wú)線傳感器解決方案。

*EnOcean?是EnOcean GmbH的注冊(cè)商標(biāo)。

*Wi-SUN?是Wi-SUN Alliance的注冊(cè)商標(biāo)。

智能工廠面臨的挑戰(zhàn)及其對(duì)策

智能工廠利用IoT、AI以及數(shù)據(jù)分析等先進(jìn)技術(shù)，可實(shí)現(xiàn)提高生產(chǎn)力、改善品質(zhì)管理、降低成本等目標(biāo)。然而，在引進(jìn)和運(yùn)用智能工廠的過(guò)程中，可能會(huì)面臨以下挑戰(zhàn)。

●缺乏相關(guān)技能和知識(shí)

智能工廠的挑戰(zhàn)之一是缺乏能夠了解新技術(shù)并合理運(yùn)用的人才。解決該問(wèn)題主要有以下三種方法。

第一是加強(qiáng)員工的教育培訓(xùn)和訓(xùn)練。

第二是聘用具備相關(guān)技能的外部人才。

第三是通過(guò)合理引進(jìn)和運(yùn)用IoT、AI等技術(shù)來(lái)彌補(bǔ)技能和知識(shí)上的不足。

例如，通過(guò)使用了傳感器、無(wú)線通信和AI的IoT技術(shù)來(lái)使現(xiàn)有系統(tǒng)的功能更加智能，這樣無(wú)需引進(jìn)新系統(tǒng)即可實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化并節(jié)省人力，同時(shí)還可減輕操作員工和技術(shù)人員的負(fù)擔(dān)。

●安全風(fēng)險(xiǎn)

隨著IoT設(shè)備的引進(jìn)和數(shù)據(jù)共享的不斷擴(kuò)展，網(wǎng)絡(luò)安全風(fēng)險(xiǎn)也隨之增加。要解決這些網(wǎng)絡(luò)安全問(wèn)題，就需要加強(qiáng)安全策略或引進(jìn)專(zhuān)門(mén)的安全系統(tǒng)。

●數(shù)據(jù)管理和分析方面的問(wèn)題

智能工廠通常會(huì)產(chǎn)生大量的數(shù)據(jù)，需要合理的數(shù)據(jù)管理和分析才能有效利用這些數(shù)據(jù)。這一問(wèn)題的有效解決方案是使用先進(jìn)的分析工具或引進(jìn)基于AI的數(shù)據(jù)分析技術(shù)。

●引進(jìn)成本

引進(jìn)智能工廠不僅需要巨額的初期投資，而且其維護(hù)成本也很高，因此很多企業(yè)負(fù)責(zé)人對(duì)此可能會(huì)猶豫不決。在引進(jìn)工業(yè)機(jī)器人和自動(dòng)搬運(yùn)等系統(tǒng)時(shí)，需要有計(jì)劃地引進(jìn)并計(jì)算合理的ROI；而在升級(jí)現(xiàn)有的生產(chǎn)系統(tǒng)時(shí)，則可以用盡可能低的引進(jìn)成本來(lái)實(shí)現(xiàn)工廠的智能化。

●法律法規(guī)和標(biāo)準(zhǔn)化方面的課題

在引進(jìn)智能工廠的過(guò)程中，會(huì)出現(xiàn)數(shù)據(jù)隱私、數(shù)據(jù)安全、設(shè)備的兼容性等各種法律法規(guī)和標(biāo)準(zhǔn)化相關(guān)的問(wèn)題。要解決這些問(wèn)題，就需要施以適當(dāng)?shù)墓芾聿⒘私庀嚓P(guān)的法律法規(guī)。

●“不聯(lián)網(wǎng)”的智能工廠

另一方面，企業(yè)對(duì)于“不聯(lián)網(wǎng)”的智能工廠的需求也越來(lái)越大。

例如，ROHM正在開(kāi)發(fā)的一種能夠在端點(diǎn)進(jìn)行設(shè)備端學(xué)習(xí)的AI解決方案“Solist-AI?”，它不同于以往的訓(xùn)練和推理均在云端進(jìn)行的AI系統(tǒng)，是一種將AI芯片直接嵌入到各個(gè)設(shè)備或傳感器中即可獨(dú)立運(yùn)行的AI解決方案。

端點(diǎn)型AI的主要優(yōu)勢(shì)在于可以減輕網(wǎng)絡(luò)負(fù)荷、響應(yīng)時(shí)間非常短、以及可以大幅降低功耗。但是，以往的端點(diǎn)型AI很難在設(shè)備端學(xué)習(xí)，最終需要依賴(lài)經(jīng)由云服務(wù)器的上位機(jī)系統(tǒng)，這就需要耗費(fèi)大量的工時(shí)和成本。

ROHM的Solist-AI?是一種支持現(xiàn)場(chǎng)學(xué)習(xí)的獨(dú)立AI解決方案，因此AI系統(tǒng)可以在設(shè)備端學(xué)習(xí)（分析）不同安裝環(huán)境中每臺(tái)設(shè)備的正常狀態(tài)并進(jìn)行推理。另外，還能輕松地在每臺(tái)安裝的設(shè)備上重新學(xué)習(xí)。這會(huì)消除對(duì)云網(wǎng)絡(luò)和服務(wù)器的依賴(lài)，有助于削減工時(shí)、成本和功耗。目前，ROHM正在開(kāi)發(fā)配備ARM Cortex M0+和設(shè)備端學(xué)習(xí)AI加速器的AI芯片ML63Q2500系列（預(yù)計(jì)于2024年提供樣品，2025年量產(chǎn)）。

*Solist-AI?是ROHM Co., Ltd.的商標(biāo)或注冊(cè)商標(biāo)。

在智能工廠中的解決方案應(yīng)用示例

●利用IoT和AI優(yōu)化應(yīng)用

1.引進(jìn)IoT設(shè)備：從現(xiàn)場(chǎng)獲取實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)。   

2. AI分析：AI分析獲取到的數(shù)據(jù)并判別模式。

3. 預(yù)測(cè)建模：根據(jù)分析結(jié)果預(yù)測(cè)異常和潛在問(wèn)題。

4. 自動(dòng)化：根據(jù)預(yù)測(cè)結(jié)果自動(dòng)執(zhí)行最佳動(dòng)作來(lái)優(yōu)化應(yīng)用。

ROHM提供的工業(yè)解決方案可通過(guò)尖端技術(shù)升級(jí)現(xiàn)有的制造和生產(chǎn)系統(tǒng)，從而可提高生產(chǎn)效率并實(shí)現(xiàn)更合理的品質(zhì)管理。

智能工廠的影響及其未來(lái)愿景

●未來(lái)預(yù)測(cè)及其深遠(yuǎn)影響

智能工廠擁有改變企業(yè)和工廠未來(lái)的力量。它不僅可以大幅提高生產(chǎn)力和生產(chǎn)效率，還可實(shí)現(xiàn)供應(yīng)鏈的可視化、創(chuàng)造新的商業(yè)模式并帶來(lái)整個(gè)行業(yè)的典范轉(zhuǎn)移。這是因?yàn)橹悄芄S通過(guò)整合數(shù)字技術(shù)和物理制造流程，能夠?qū)崿F(xiàn)實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)分析和預(yù)測(cè)。

●創(chuàng)造可持續(xù)性發(fā)展和預(yù)測(cè)性維護(hù)等新趨勢(shì)

智能工廠的進(jìn)步正在不斷開(kāi)創(chuàng)新的發(fā)展趨勢(shì)。其中之一是追求可持續(xù)性發(fā)展。智能工廠通過(guò)提高能效并更大程度地減少生產(chǎn)過(guò)程中產(chǎn)生的廢棄物，有助于減輕環(huán)境負(fù)荷。另外，通過(guò)靈活利用數(shù)據(jù)，還可以預(yù)測(cè)生產(chǎn)設(shè)備的故障，優(yōu)化維護(hù)保養(yǎng)工作，實(shí)現(xiàn)預(yù)測(cè)性維護(hù)。這些是企業(yè)進(jìn)入可持續(xù)發(fā)展軌道、迎接高效未來(lái)的關(guān)鍵因素。

總結(jié)

智能工廠所帶來(lái)的變革是可以預(yù)見(jiàn)制造業(yè)未來(lái)的變革。通過(guò)充分利用IoT、AI和數(shù)據(jù)分析等尖端技術(shù)，將會(huì)拓展制造業(yè)的數(shù)字化轉(zhuǎn)型（DX）、提高工廠的生產(chǎn)力和品質(zhì)、實(shí)現(xiàn)供應(yīng)鏈的可視化以及創(chuàng)造新商業(yè)模式等的可能性。不僅如此，智能工廠正在推動(dòng)制造業(yè)追求可持續(xù)發(fā)展和預(yù)測(cè)性維護(hù)等新的發(fā)展趨勢(shì)。這些是公司和工廠進(jìn)入可持續(xù)發(fā)展軌道、迎接高效未來(lái)的關(guān)鍵因素。ROHM通過(guò)可以添加在現(xiàn)有設(shè)備和系統(tǒng)上的IoT（傳感器、無(wú)線通信）和AI解決方案，助力實(shí)現(xiàn)工廠的智能化，并解決制造業(yè)所面臨的難題。

同時(shí)，要想實(shí)現(xiàn)智能工廠，工廠內(nèi)部設(shè)備自身的改造也是至關(guān)重要的。ROHM將通過(guò)提供優(yōu)勢(shì)產(chǎn)品領(lǐng)域的功率元器件和模擬IC，為提高設(shè)備的效率并實(shí)現(xiàn)設(shè)備的小型化貢獻(xiàn)力量。關(guān)于功率元器件和模擬IC，我們將在下一篇文章進(jìn)行介紹，屆時(shí)會(huì)將重點(diǎn)放在預(yù)計(jì)其需求與工業(yè)設(shè)備中的工廠自動(dòng)化領(lǐng)域同樣大的能源領(lǐng)域。