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Maxim媒体聚焦 | Go-IO:最高集成度IIoT平台将智能化带入数字工厂前沿

2018-12-20
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 背景 
近期,Maxim Integrated工业及医疗健康事业部总经理Jeff DeAngelis接受了多家中国媒体的专访,分享了Maxim最新的工业应用技术以及最新推出的Go-IO平台。今天我们节选了精华部分,和大家一起分享。


Maxim Integrated工业及医疗健康事业部总经理Jeff DeAngelis

 

史上最高集成度平台重构智能工厂网络


可编程逻辑控制器(PLC)是控制并协调整个工厂传感器和机器的核心模块。为帮助设计者在工业4.0数字工厂设备中实现更强大的智能性,同时满足PLC严格的尺寸和功耗要求,在2014年微型PLC平台和2016年Pocket IO基础之上,时隔两年,美信(Maxim Integrated)再次推出最新Go-IO参考设计,在尺寸只有信用卡一半大小的封装中集成了17个可配置IO,与Pocket IO相比,方案尺寸缩小10倍(不足1立方英寸),功耗降低50%。



“时常有人问我,GO-IO与竞争对手的产品相比有什么优势?可以这么说,现在还没有什么竞争对手能够达到如此高的集成度和设计密度,还没有!”Maxim Integrated工业及医疗健康事业部总经理Jeff DeAngelis说。


尽管工厂和制造车间开始从越来越多的自动化机器收集数据,PLC也必须越来越小,以适应各个子装配线和复杂的机器,但单纯的缩小尺寸并非美信推出GO-IO平台的唯一目的,打造灵活、可靠、开源的工业IoT平台才是设计初衷。


Jeff DeAngelis在接受采访时表示,工业4.0需要半导体厂商具备新的思维方式,比如提供新技术支持自适应和自诊断数字化工厂建设,利用新型工业IoT平台加速智能工厂的实现,或是通过先进的诊断功能提高生产质量、减少故障时间。因此,“智能化”正成为继“小型化”之后,美信工业IoT平台着力体现的产品特质,通过支持主动监测和交流设备健康和状态信息,并实现更高的吞吐量和生产效率,GO-IO将智能化推向了前沿。


“工业智能化正在向前沿推进”,是Jeff DeAngelis在演讲中多次提及的观点。他认为,在下图工厂自动化管理架构中,所谓的智能化向前沿推进,实际上就是把原有的集中式管理变成分布式智能化管理,将智能控制从一个中央指挥中心转移到每一台自动化设备,支持设备快速适应产品规格或制造需求的变化。



(内容节选自:EET-China/电子工程专辑)



工业智能化向前沿推进


工业领域的技术变革经过了几个时代,当前已经进入了工业4.0阶段,虽然技术更迭在加速,但每一次更迭都致力于相同的愿景,即提高生产效率、降低安全隐患、提高产品一致性和质量、缩短产品生产周期,以及降低生产过程的浪费。


对此,近些年一直将提升工业和工厂智能化作为主要目标市场的美信深有体会,2014年该公司推出面向工业市场的第一代微型PLC产品,大幅减小PLC尺寸;2016年推出的第二代Pocket IO产品,较上一代尺寸缩小2.5倍,功耗降低30%,整个模块体积缩小到可以放入口袋,这也是Pocket IO名称的来历。更重要的这一代产品通过引入了IO-Link技术,一种智能传感器技术,让工业控制真正实现自适应,能够让产线针对外界环境的变化,实现一些动态响应和调整。由此带来的最大好处是通过自适应调节提供生产灵活性,工厂可以用一条产线生产多种产品,不需要增建、扩建更多的产线;按照两年更新一代的节奏,到了今年2018年,美信如约推出了第三代工业平台Go-IO产品,这一代产品的尺寸较上一代缩小10倍,功耗降低50%。


如果说第一代和第二代工业平台产品的推出背后是随着自动化水平的提高,工业领域对于模块体积要求越来越高,对分布式控制的需求也越来越多。那么到了第三代产品,我们能看到工业4.0对工厂建设的新要求和新趋势,即随工业物联网和智能化的不断推进,整个工厂网络面临重建,智能化控制正在加速向前沿、边缘推进,而工业设备边缘侧的小型化、低功耗要求显著更高。下图数据显示,当前市场对小型PLC的需求量几乎是大型PLC的2倍,明显见证了这一趋势,Go-IO正是为此而来。



“实际上Go-IO的引入可以让客户实时监测产线运行的健康状况,每个环节是不是在正常健康的运转,同时引入一些诊断的功能,从而实现更加智能化的管理。而且从前沿智能传感器收集大量信息,能够获取更准确的数据,对人工智能的引入也是有帮助的,因为人工智能的算法可以基于这些精准的数据来做运算,从而做出正确的判断。Go-IO的部署,可以让终端设备将收集到的数据送到云端,对于AI数据管理非常有利。”Jeff DeAngelis这样介绍Go-IO对未来智能化工厂建设的意义。


然而在传统的工业领域,芯片产品的高集成度优势并不那么明显。对此,Jeff也坦言,因为工业领域的客户需求相对分散,如何在高集成度和灵活性之间取得平衡确实是产品定义中的一大难题。美信的做法是听取客户声音,与客户进行广泛沟通,了解他们的需求,在产品定义中以解决客户的实际问题为出发点是其经验之谈。


用一个细节来说明美信在产品定义中对客户实际需求的考量。MAX14912是一款8路数字输出芯片,以非常小的尺寸提供8通道的数字输出,它除了可以实现快速切换外,还具有安全的去磁功能,这点在工业控制里很重要,因为系统中的一些传感器是感性负载,在开关瞬间会产生很强的反冲,这个能量如果不能很好的处理会造成机器设备的损坏。MAX14912这颗IC里集成了释放通道,让它具有了去磁的功能,可以把感性负载的瞬间反冲吸收掉,为设备和其他单元提供有效的保护。帮助用户摆脱设计的局限性。


Jeff提到,之所以命名为Go-IO,意在这款平台产品因为其小型化的特征可以进入更多的应用场景,不只局限于工业自动化应用,还可以进入包括楼宇自动化、机器人等同样对低功耗、小型化有较高要求的应用领域。“很多客户已经在design in阶段。”Jeff如是说。



(内容节选自:EEFOCUS/与非网)



 尺寸变小, 天地变大


看起来比消费级市场门槛高,但物联网在工业领域推进速度并不慢。究其原因,是因为智能制造(欧洲称之为工业4.0,美国称之为工业物联网)为工业企业带来了实实在在的效益。引入先进通信技术与新型传感器,推广预测性维护及自诊断理念,使得工业企业在生产效率与灵活性上得到大幅提升,更低的总体设备成本,更高的产出,明显高出一截的投资回报比让大中型制造业的企业高管有动力去推动工业4.0的部署。


Jeff DeAngelis告诉TechSugar一个案例。晶圆制造产线对洁净度要求极高,洁净室配有风扇过滤系统(Fan Filter Unit System,简称FFU)来维持晶圆制造对洁净度与通风的要求,产线24小时不停歇,风扇及过滤器也要24小时运转,一旦该系统出现故障,洁净度下降将导致产线停线或良率降低。传统FFU监控采用人工方式,效率低而且检测困难。为降低FFU系统故障率,英特尔与通用电气合作,开发了一套新型FFU系统,在每一台风扇上装备传感器,然后在边缘将收集上来的数据进行分析,并将数据汇总上传到云端。通过这一套系统,英特尔将FFU故障导致的停机时间降低为原来的1/4。这套系统采用了预测性维护方法,准时维护,提前准备好替换零件,让FFU运行时间增加了97%,并有效消除了工艺偏差。



在英特尔的案例中,传感器安装在被监测设备上,大量数据在本地处理,这是智能化控制正在向前沿推进的代表性案例,也是工业4.0重构工厂网络架构的基本方向。要在终端及边缘实现智能化控制,对工业设备模块的小型化和低功耗提出了很高的要求,半导体厂商一向是小型化和低功耗的先锋,Jeff DeAngelis认为,半导体厂商可以在智能制造小型化与低功耗方面做出极大贡献,还可以为客户提供更高灵活性与自适应能力的方案。


传统工业应用,对于设备的尺寸和功耗要求并不高,只要能够满足功能需求,并不被排斥“傻大笨粗”的设备。但在新智能制造时代,数据本地化处理需要增加更多的零部件,而尺寸和功耗的降低,不仅可以让新设备集成这些功能,而且对空间的节省,将带来极大的经济效益。减小尺寸,降低功耗,可以让工业企业在同样的空间放置更多的机器,整合更多的功能,从而提升产能密度,提高投入产出比,尺寸越小,市场空间越大,正如Jeff DeAngelis举的例子:“以前的空间内,原来装8台机器,现在可以装12台甚至更多台机器,这种尺寸和功耗的下降,对工业企业的吸引力不言而喻。”



(内容节选自:TechSugar)



应对工业智能化 模拟IC大厂出新招


工业4.0的发展对于IC、特别是模拟IC厂商很重要。


当前,工业智能化正在向工厂网络前沿、边缘发展,提高生产的自适应调节能力,自适应调节可以实现更高的灵活性,这样用一条产线可以生产多种产品,而不需要扩建更多的产线。另外一个好处,是获得更高的生产效率(提升65%),还可以大幅缩短产品的开发时间。


保证产品的一致性也很重要,这会直接影响到产品的质量,比如,同一巧克力品牌的产地可能不同,而不同产地可以获得原材料不完全相同。产线的自适应调整功能允许对原材料用量进行调节,确保产品的一致性。另外,产线还要引入自诊断功能,提升监测能力,从而让产线更安全,进而提高产线工人的安全性。


工业4.0带动大型PLC向小尺寸、紧凑型PLC转化,目前,对小型PLC的需求量几乎是大型需求量的2倍,小型PLC能够把智能化推进到工厂前端,实现真正的智能化制造、自适应调节。


无论是工业4.0,还是工业智能化,对半导体厂商意味着什么呢?对此,Jeff DeAngelis先生表示:“我们要用新的思维方式去定义产品,首先它要求集成电路提供更高的灵活性,或者说是软件可编程、可配置能力,以提供更灵活的调节能力。另外还有自适应能力,自适应诊断功能,应对环境的变化,从而助力工业智能化的发展。”



作为半导体厂商,不仅提供IC,还要提供一些智能化的参考设计平台,一方面向客户展示,用我们的IC能够实现什么,达到什么样的目标,另外,有了参考设计,客户可以很容易地把参考设计移植到他的平台上去,做实际验证。



(内容节选自:半导体行业观察)


迎接工业4.0和中国智能制造


随着中国智能制造战略的实施,传统车间和工厂都在寻求向数字车间或智能工厂升级,以提高生产效率或以较低成本满足柔性制造需求(即小批量多品种需求)。目前中国已经初步建成200多个数字化车间/智能工厂,预计2020年中国智能制造市场规模将超过2200亿元。


根据权威市场研究报告,2016年中国智能制造系统解决方案市场规模达到1060亿元,同比增长18.4%,预计2020年将超过2200亿元。以工业机器人产销为例,2017年工业机器人产量突破13万台套,同比增长68.1%,市场规模占全球1/3,连续5年成为全球第一大应用市场。


目前,中国已经初步建立起与国际同步的智能制造标准体系,建成100多个智能制造标准试验验证平台,发布74项国家标准,并已经形成长三角、环渤海、珠三角、中西部等四大智能制造集聚区。其中,长三角地区经济活跃度高,智能制造推进速度较快。


事实上,中国工厂开始越来越意识到把智能化移向工厂前沿的重要性,一个很重要的好处就是提高了自适应调节的能力,而自适应调节带来了生产的灵活性,现在用一条产线可以生产多品种、多规格的产品,不再需要增建、扩建更多的产线了。另外一个好处是产能有了更大的提高,并获得更高的生产效率。


Maxim工业与医疗健康事业部总经理Jeff DeAngelis说:“我们综合评估了一下,智能化工厂可以将生产效率平均提升65%,同时还可以大幅缩短产品的开发时间。”


“当前正在推行的工业IoT要求在自动化工厂的前沿设备中增加智能、联网传感器和PLC的数量。旨在加速此类器件普及的方案,对于汽车、化妆品和运动器材等各种各样的商品生产均具有非常高的价值。”IHS Markit首席分析师Robbie Galoso表示。


为了加速中国智能工厂的转型升级,Maxim最近宣布推出最新Go-IO平台参考设计,帮助设计者在工业4.0数字工厂设备中实现更强大的智能性,同时满足可编程逻辑控制器(PLC)严格的尺寸和功耗要求。Go-IO在尺寸只有信用卡一半大小的封装中集成了17个可配置IO,能够充分释放工业物联网(IIoT)的全部潜能,支持在自动化工厂子系统中实现可提升生产效率的自诊断功能。



“随着工厂和制造车间开始从越来越多的自动化机器收集数据,PLC尺寸必须越来越小、功耗越来越低,以适应各个子装配线和复杂机器的设计需求。Go-IO通过下一代工业IO方案,提高生产效率,为关键、实时决策提供机器级的健康和状态信息,进一步推动产业融合。”Maxim Integrated工业与医疗健康事业部总经理Jeff DeAngelis表示。



(内容节选自:elecfans/电子发烧友)


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