TI?芯科技賦能中國新基建之工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)：從制造大國到制造強(qiáng)國的必由之路

如果說成為制造強(qiáng)國對(duì)于中國來說是別無選擇，那么被看成第四次工業(yè)革命重要基石的工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)的建設(shè)則是必由之路。

產(chǎn)業(yè)的提升需要具體的路徑，工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)的價(jià)值不僅在于通過基礎(chǔ)設(shè)施的建設(shè)來降低企業(yè)生產(chǎn)成本，更是在數(shù)字化轉(zhuǎn)型、網(wǎng)絡(luò)化協(xié)同、智能化生產(chǎn)中改變企業(yè)思路，邁向現(xiàn)代產(chǎn)業(yè)體系。從 2012 年“工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)”概念首次被提出，到 5 年后國家出臺(tái)工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)頂層規(guī)劃，之后 2019 年工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)更是被寫入《政府工作報(bào)告》，2020 年 3 月工信部則發(fā)布了 20 項(xiàng)措施推動(dòng)工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)加速發(fā)展，工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)毫無懸念地成為新基建七大方向之一。

隨著近幾年的不斷發(fā)展，工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)的建設(shè)已經(jīng)從最初發(fā)展基礎(chǔ)架構(gòu)升級(jí)為圍繞業(yè)務(wù)場景，應(yīng)用聚焦基于設(shè)備物聯(lián)的數(shù)據(jù)價(jià)值挖掘和特定場景深度優(yōu)化?？焖俚陌l(fā)展并不能掩蓋背后的隱憂，TI 工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)負(fù)責(zé)人 Vincent Zhang 表示，對(duì)于大多數(shù)企業(yè)來說，主要仍面臨三方面的困難和一個(gè)方面的擔(dān)心。

首先是工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)平臺(tái)的能力仍然不足，工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)平臺(tái)需要高效的數(shù)據(jù)采集、分析、服務(wù)等多方面能力，且設(shè)備種類復(fù)雜、通信協(xié)議與數(shù)據(jù)格式各異，缺乏有效的降低接入成本的方法；其次，企業(yè)的資金投入能力不足，眾多企業(yè)尚處于低價(jià)同質(zhì)化競爭階段，并不愿意下大成本進(jìn)行信息化改造；再次，企業(yè)的意愿不足，目前由于工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)的發(fā)展處于初期，效果和實(shí)際回報(bào)并不明顯。至于擔(dān)心則集中在互聯(lián)網(wǎng)數(shù)據(jù)安全方面，害怕財(cái)務(wù)數(shù)據(jù)以及生產(chǎn)運(yùn)營和管理數(shù)據(jù)的泄露。

用戶的需求和遲疑給傳統(tǒng)工業(yè)基礎(chǔ)架構(gòu)帶來眾多創(chuàng)新的同時(shí)，也帶來了更多設(shè)計(jì)挑戰(zhàn)，這需要集成電路供應(yīng)商來幫助工程師在控制器、通信、感應(yīng)等方面開發(fā)智能系統(tǒng)。

更智能的數(shù)據(jù)傳感

工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)與現(xiàn)代化工業(yè)最大的不同，就是可以利用數(shù)據(jù)和機(jī)器學(xué)習(xí)推動(dòng)更智能的系統(tǒng)，因此作為驅(qū)動(dòng)制造業(yè)務(wù)最重要的數(shù)據(jù)來源，工業(yè)現(xiàn)場傳感器要更加準(zhǔn)確及智能化。各種類型的傳感器因此層出不窮，而前幾年出現(xiàn)的 CMOS 毫米波雷達(dá)技術(shù)則炙手可熱。

毫米波雷達(dá)利用 60GHz 或 77GHz 高頻毫米波技術(shù)，可在檢測范圍內(nèi)精確測量物體的距離、相對(duì)速度和接近角度。與基于視覺和激光雷達(dá)的傳感器相比，毫米波傳感器可以更好地抵御雨、塵、煙、霧或霜等環(huán)境影響，可在完全黑暗中或陽光直射下工作。因此十分適合工業(yè)等

復(fù)雜的現(xiàn)場環(huán)境。支持安裝在無外透鏡、通風(fēng)口或傳感器表面的塑料外殼內(nèi)，更容易圍繞防護(hù)等級(jí) (IP) 69K 標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行設(shè)計(jì)，而且非常堅(jiān)固耐用。與光學(xué)傳感器不同，毫米波傳感器不會(huì)收集任何個(gè)人身份信息，可以應(yīng)用在隱私敏感區(qū)域。

毫米波雷達(dá)系統(tǒng)包括發(fā)送和接收射頻組件，天線以及時(shí)鐘等模擬組件和模數(shù)轉(zhuǎn)換器 (ADC)、微控制器單元 (MCU) 和數(shù)字信號(hào)處理器 (DSP) 等，TI IWRx 工業(yè)毫米波器件將以上組件全部集成，額外的數(shù)字處理資源還可用于聚合、跟蹤和分類等任務(wù)的數(shù)據(jù)后處理。并可直接在傳感器邊緣進(jìn)行實(shí)時(shí)處理，通常無需額外的處理器。該產(chǎn)品系列品類齊全，涵蓋從高性能雷達(dá)前端到超高分辨率、低功耗小型單芯片雷達(dá)的所有產(chǎn)品。

業(yè)界仍在探索毫米波雷達(dá)在工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)中的應(yīng)用。兩個(gè)潛在的應(yīng)用是占用檢測和機(jī)器人技術(shù)。對(duì)于占用檢測，雷達(dá)會(huì)計(jì)算一個(gè)區(qū)域內(nèi)的人員數(shù)量，跟蹤他們的運(yùn)動(dòng)路徑，識(shí)別運(yùn)動(dòng)特征，例如一個(gè)人跌倒時(shí)的運(yùn)動(dòng)特征，甚至可以在一個(gè)人靜止不動(dòng)時(shí)也可以檢測到更細(xì)微的動(dòng)作，例如心跳和呼吸頻率。對(duì)于機(jī)器人技術(shù)，雷達(dá)可以幫助無人駕駛車輛和無人機(jī)檢測障礙物以幫助導(dǎo)航，或者在人和其他移動(dòng)物體周圍實(shí)現(xiàn)更安全的操作。毫米波雷達(dá)等傳感器幫助我們與機(jī)器互動(dòng)，減少事故發(fā)生，實(shí)現(xiàn)智能機(jī)械臂、協(xié)作機(jī)器人系統(tǒng)、無人工廠管理等應(yīng)用。

更實(shí)時(shí)的通信與處理能力

隨著傳感器和執(zhí)行器數(shù)量的不斷增加，需要優(yōu)化整個(gè)工廠通信對(duì)于滿足各種規(guī)模系統(tǒng)的各種要求。同時(shí)，在高度自動(dòng)化的工廠中，大型現(xiàn)場網(wǎng)絡(luò)（包括復(fù)雜系統(tǒng)、PLC 和支持與外部網(wǎng)絡(luò)交互的網(wǎng)關(guān)）也隨著數(shù)據(jù)傳輸量的增加和復(fù)雜度的增加，而變得更加重要。顯然自動(dòng)化設(shè)備之間有著非常之多的通信選擇。在網(wǎng)絡(luò)通信方面，TI 產(chǎn)品支持廣泛的工業(yè)通信標(biāo)準(zhǔn)——從串行接口 (IO-Link、CAN、RS-485) 到工業(yè)以太網(wǎng)，以及諸如具備時(shí)效性的網(wǎng)絡(luò)體系 (TSN) 和單對(duì)以太網(wǎng) (SPE) 等新技術(shù)。對(duì)于基于視覺的工業(yè)系統(tǒng)，TI 的 V3link? 串行器和解串器有助于通過單根超細(xì)線同時(shí)傳輸高分辨率視頻、控制信號(hào)和電源。這些解決方案使設(shè)計(jì)師能夠擁有更高的連通性和可擴(kuò)展性，以滿足當(dāng)前行業(yè)趨勢的需求。

工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用的設(shè)計(jì)人員必須確定要支持哪類工業(yè)以太網(wǎng)協(xié)議，以使其系統(tǒng)與多個(gè)現(xiàn)場總線環(huán)境兼容。傳統(tǒng)上，添加協(xié)議需要?jiǎng)?chuàng)建附加接口或插入到主板的可互換模塊，每個(gè)決策都涉及到額外的硬件設(shè)計(jì)、更大的材料清單以及更長的測試和認(rèn)證周期。TI Sitara? 處理器和微控制器無需添加硬件，即可提供支持多協(xié)議工業(yè)以太網(wǎng)的集成可編程實(shí)時(shí)單元和工業(yè)通信子系統(tǒng) (PRU-ICSS)。

TI 最新推出的 Sitara AM2x 系列 MCU 結(jié)合了 MCU 和 MPU 的優(yōu)勢，比如 MPU 中的高性能 Arm^® Cortex-R 系列 CPU 內(nèi)核，高性能的 RAM 以及高速的信號(hào)處理，以及高速實(shí)時(shí)工業(yè)通信總線接口，并且結(jié)合了 MCU 中的安全功能及實(shí)時(shí)外設(shè)等特性，通過將業(yè)界先進(jìn)的處理性能、實(shí)時(shí)控制和高級(jí)網(wǎng)絡(luò)功能結(jié)合，從而使工廠自動(dòng)化實(shí)現(xiàn)了低延遲實(shí)時(shí)處理和控制，并通過 PRU-ICSS 通信加速模塊簡化實(shí)現(xiàn)工業(yè)網(wǎng)絡(luò)。

未來的計(jì)算，尤其是與機(jī)器學(xué)習(xí)相關(guān)的計(jì)算，將越來越多地發(fā)生在邊緣。為了滿足這一要求，嵌入式系統(tǒng)需要具有更高的性能和性價(jià)比，同時(shí)降低功耗。TI 的 Jacinto? 7 SoC 集成了 A72 CPU、R5 MCU、多核 DSP 以及深度學(xué)習(xí)和視覺處理加速器，能夠以低功耗水平支持高實(shí)時(shí)計(jì)算吞吐量?？蛻裟軌蚴褂眯袠I(yè)標(biāo)準(zhǔn)的 AI 引擎，在 TI 高效的深度學(xué)習(xí)處理器上部署訓(xùn)練有素的網(wǎng)絡(luò)模型。

值得信賴的合作伙伴

顯然，工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)是一個(gè)非常復(fù)雜的系統(tǒng)，在傳感、網(wǎng)絡(luò)傳輸、執(zhí)行、機(jī)電一體化和功能性安全以及電氣方面存在諸多設(shè)計(jì)挑戰(zhàn)。TI 推出了一系列高性價(jià)比的模擬和嵌入式方案，一方面為工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)提供靈活可靠的數(shù)據(jù)搜集、傳輸、處理、執(zhí)行的基礎(chǔ)芯片，另一方面則是通過一站式的設(shè)計(jì)和參考資料，幫助中國客戶加速開發(fā)周期，盡早普及工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)市場。

目前中國是全世界唯一擁有聯(lián)合國產(chǎn)業(yè)分類中所列全部工業(yè)門類 41 個(gè)工業(yè)大類、207 個(gè)工業(yè)中類、666 個(gè)工業(yè)小類的國家?！笆奈逵?jì)劃”和 2035 年遠(yuǎn)景目標(biāo)將“堅(jiān)定不移建設(shè)制造強(qiáng)國、質(zhì)量強(qiáng)國、網(wǎng)絡(luò)強(qiáng)國、數(shù)字中國”擺在重要位置。隨著《工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)創(chuàng)新發(fā)展行動(dòng)計(jì)劃》（2021~2023）的發(fā)布，標(biāo)志著未來 3 年將是中國工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)快速成長期的關(guān)鍵期。工信部數(shù)據(jù)顯示，截至 2021 年 3 月底，工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)平臺(tái)連接工業(yè)設(shè)備總數(shù)達(dá)到 7300 萬臺(tái)，工業(yè)應(yīng)用突破 59 萬個(gè)。

作為全球領(lǐng)先的半導(dǎo)體公司，TI 提供系統(tǒng)級(jí)方案，既幫助提升工程師的設(shè)計(jì)效能，又加速產(chǎn)品驗(yàn)證與量產(chǎn)。根據(jù) TI 2020 財(cái)年業(yè)績報(bào)告，工業(yè)市場占比已超過 35%，是五大細(xì)分市場的第一位。今年恰逢TI進(jìn)入中國 35 周年，從進(jìn)入中國伊始，TI 一直持續(xù)深耕中國工業(yè)市場，隨著中國新基建的推進(jìn)，TI 始終如一，助力工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)的騰飛。TI 擁有品類齊全的模擬和嵌入式處理系列產(chǎn)品、強(qiáng)大的本地制造研發(fā)能力、遍布全國的產(chǎn)品分銷及銷售網(wǎng)絡(luò)的公司，顯然會(huì)成為中國工業(yè)數(shù)字化之旅的同行者。

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