工业4.0对电子行业有多重要?

目前该行业向数字化的转型正在全面展开。几乎每个人都在使用流行语,如(工业)物联网,智能工厂或网络物理(生产)系统。在德国,这是最强大的国际产业之一,它被称为工业4.0-其他部分,工业4.0。
然而,似乎没有人确切知道它意味着什么 - 虽然没有明确的定义,但有各种不同的解释。对于许多人来说,工业4.0的变化已经成为日常生活的一部分,随着重复,新概念的概念受到侵蚀。数字化和网络成为常用的流行语无助于此。
专注于工业4.0,特别是在德国,这个行业的大部分都受到政治的影响。然而,其他国家已经认识到对本国经济和竞争力的积极影响,鼓励他们进一步创新。在这种背景下,政治官员正在推行一种双重策略,该策略结合了供应商的观点以及用户公司的观点,主要是在工业自动化分支机构和机械或工厂工程领域。一方面,制造商必须为自己的生产过程使用新的,高效的和智能的技术。另一方面,他们必须将这些技术和产品投放市场。
相比之下,每个人都同意工业4.0不仅推动新技术和智能产品,而且还有助于扩大生产部门。这也为掌握现有市场和新市场不断增长的动态和复杂性创造了条件。能够在多个领域发挥作用的公司似乎具有特别好的起始位置。
这尤其适用于半导体行业内的公司。像ADI公司这样的半导体制造商已经在处理这一复杂的概念,将自己的生产线转变为全自动智能工厂。该公司还为制造业内的公司提供创新技术,帮助他们将生产设施转变为智能工厂。但是,从这种转变开始,重要的是要认识到附加价值,因为它还意味着必须通过提高生产率和相应的成本降低来分摊高额费用。
工业4.0不仅意味着生产和技术扩展的变化,还意味着越来越需要创建新的商业模式。工业4.0是一个讨论得很多,解释非常不同的术语,其结果大致可分为三个领域:新技术,新产品和新商业模式。这三个领域共同涵盖了生产及其产品的整个价值链 - 从传感器节点开始,通过云,直至下游服务(图1)。 
 
 
 
图1
图1.今天的信号链。

 
通常,存在具有某种形式的传感器或致动器的节点,其同时建立到真实物理世界的链接。进出这些装置的信号通常非常低,来自嘈杂,恶劣的环境。它们必须被处理,转换并转发到信号链中的下一个链接。
由于此信号链存在问题,因此必须对链进行更改。最初,在将纯数据传输到云的情况下,节点上已经发生了越来越多的数据处理,如图2所示。
 
 
 
 
图2
图2.明天的信号链。

 
这种数据处理在节点上产生了更多的洞察力和知识,将数据转化为信息。这种智能智能传感技术可降低整体功耗,减少带宽浪费,并实现从反应式IIoT到预测性和实时IIoT的转变。
这是技术发挥作用的地方。许多半导体制造商已经将它们列为核心竞争力,并且需要不断改进。 
此外,能源效率起着重要作用。我们鼓励半导体制造商利用他们的专业知识不仅进一步开发他们的产品,而且还开发自己的设计和工艺技术,因为与网络的连接是IIoT整体解决方案的重要组成部分。无论是有线还是无线,这两种技术在未来都将越来越受欢迎,并且必须包含在产品组合中。
如果您深入了解系统级别并专注于垂直细分市场,您可以为客户提供更完整的系统。就完整的硬件平台而言,该节点可以与相应的软件包一起提供。这还可能包括相关的算法来分析节点中已有的数据,最后只将结果作为较少的数据密集型信息传递给网络(云)
虽然工业4.0是一个有趣而重要的话题,但半导体制造商在选择过程中必须非常小心。整个市场仍处于这样一个阶段,在这个阶段,有必要意识到在哪里以及如何以正确的方式应用自己的优势和技术来满足客户或应用程序的真正需求。

IIoT市场的新要求是什么?

考虑到产业价值链,未来市场需求将发生变化。除其他原因外,这就是为什么半导体制造商必须使自己的企业及其产品适应智能工厂的现实。技术趋势正朝着智能和极其高效的产品发展,并且如果可能的话,还具有集成的安全和安全功能以及能量收集能力。图3显示了这种器件或整个系统的外观,它使用了模拟器件基于MEMS的加速度计ADXL356的示例
 
 
 
图3

图3.基于MEMS的智能传感器解决方案。
ADXL356是一款低功耗,低噪声,3轴加速度计,具有极低的失调漂移。由于采用密封封装,ADXL356特别适用于恶劣环境条件下的精确倾斜测量,以及低功耗或电池供电的无线传感器网络中的高性能(长期)测量。这是预测性维护和状态监测发挥作用的地方。两者都与工业4.0密切相关。在这些程序中,重要的是确定驱动元件的损坏程度; 例如,通过永久或周期性地进行振动诊断。
对于这样的智能传感器解决方案,如图2所示,加速度计构成了整个系统的基础。它还通过其他功能进行扩展:通过模数转换器,微控制器以及部分隔离或无线的各种模拟和数字接口进行集成信号处理。无线接口支持以太网,6LoWPAN或WirelessHART等通信标准,具有最高的可靠性。特别是对于后两个标准,SmartMesh IP™和SmartMesh®WirelessHart等无线通信网络带来了非常好的解决方案。前者符合6LoWPAN标准,为每个节点提供本机IPv6可寻址性,并使传感器数据易于通过云访问。后者符合WirelessHART标准(IEC 62591),专为工业应用而设计,可与其他供应商的WirelessHART设备进行互操作。两者都提供极其可靠和安全的数据传输,采用AES 128位端到端加密,可扩展至50,000个节点。
最后,在这些系统的开发过程中不能忽视功能安全性。因此,为了能够将客户安全性作为整个系统解决方案的一部分,半导体制造商也应该投资于网络安全解决方案(CSS)和加密等技术。
如图3所示的系统产生的结果是芯片级可用的标准产品较少,因为将来它们可以集成在板级。标准产品的集成已经作为系统级封装(SiP)直接在硅片或外壳中进行。这意味着制造商必须在芯片级别,或至少在板级别,以及相应的生态系统中获得深入的知识。因此,允许客户更多地关注他们自己的应用程序,从而将自己与竞争对手区分开来。
ADI公司等供应商必须考虑使用或整合其他市场的成熟技术。这可能有助于降低高成本并延长生命周期。其他产品成功技术实施的一个例子涉及MEMS。MEMS技术从未被认为可以创建除加速度计之外的其他部件,但它现在用于ADGM1304等极其快速的开关。这款带有集成驱动器的单刀四掷(SP4T)开关可在0 Hz / dc至14 GHz范围内工作,是各种RF应用或继电器更换的理想开关解决方案。
这种技术组合不仅有助于个人,也有助于制造商的不同,有时甚至是新的市场。在许多情况下,他们可以通过这种方式轻松组合各种技术,以创建新的高效应用程序。
然而,半导体制造商仅仅扩展其传感器和其他半导体器件的范围是不够的。为了继续被视为市场中的全球参与者,并充分利用工业4.0的潜力,他们的产品组合也应该在通信技术领域得到扩展。例如,在工业自动化领域,可以看到向以太网或者确定性以太网的明显转变。出于这个原因,ADI最近收购了Innovasic,一家确定性以太网半导体和软件解决方案供应商。通过此次收购,ADI在高度同步的网络中增加了强大的实时连接专业知识,从而通过独特的软件解决方案扩展了其产品组合。因此,即使是数字化的普遍趋势,
然而,为了引起客户对这些系统的兴趣,许多因素可能是重要的。它不仅是适当的软件,而且是软件周围的工具和适当的生态系统,可以为客户增加价值。因此,将来还需要用于分析生成数据的新服务和算法。

什么意味着为未来的客户增加价值?

如今,客户的资源越来越多地被引入软件。这对整个半导体行业来说是一个挑战,意味着必须为客户提供越来越高效的开发工具,同时还要提供培训可能性,文档和支持; 直接,通过生态系统,或可能通过分销商。当然,仅仅因为技术上可行而开发具有工业4.0功能的所有这些产品和系统没有任何意义。相反,必须为客户带来显着的附加价值。为了证明收购和运营工业4.0应用程序所产生的额外成本,使相关客户可以看到并可访问此附加值是基本必需品。作为一项规则,
  • 通过节省时间,资源和资金来提高运营效率。
  • 通过分析使用数据提高客户满意度和忠诚度。
  • 通过扩展或新的业务模型创建额外的收入流
智能产品的成功与增值的认识直接相关。最终,它们决定了与实施相关的所有技术和商业参数。因此,应对它们进行详细分析。分析的结果还可能是产品构思在经济上不可行,或者至少还没有。为了使开发更加可行,并且为了更快,更有效地集成到系统中,制造商的支持将发挥重要作用。制造商将把他们的专业知识带入他们客户的开发过程中。这减少了客户的额外工作量和成本。此外,制造商可以继续专注于他们的核心业务,他们不需要浪费宝贵的时间学习新技术。代替,
然而,由于工业4.0及其技术的诸多优势,出现了许多企业为什么尚未投资自己的智能工厂的问题?

犹豫不决的原因

其中一个主要障碍是智能工厂的最低利益及其相关成本。例如,由于缺乏货币评估标准,目前计算投资回报率(ROI)仍然非常困难。因此,半导体制造商必须提高客户的意识,提供展示智能工厂优势的教育材料,并指出投资的价值。投资是新技术和商业模式以及营销活动,资格测量和销售管理的发展和扩展所必需的。
随着生产部门的转型,数据和IT安全等问题发挥着越来越重要的作用。这些主题不仅是成功引入工业4.0的重要要求 - 它们必须作为关键接受和成功因素在数字系统中实施。
此外,对于公司来说,在工业4.0实施的早期阶段设置基础战略课程以收集相应技术的经验将是非常重要的。然而,这个过程需要耐心,因为许多相关技术不可能在5到10年甚至更长时间内充分利用它们的潜力。此外,由于缺乏明确的定义,没有确切的日期可以完全实施工业4.0。而不是谈论工业革命,使用术语工业进化可能更有意义。
随着生产环境的变化,新的参与者和竞争对手也将出现或更多地影响市场。联盟将以显着的方式出现并塑造生产形象。公司的未来将在工厂大厅中越来越少。此外,软件和服务部门将发挥重要作用,因为只有通过链接和合并虚拟与现实世界,才能确保制造商达到其最大生产潜力。
然而,半导体制造商不应忽视他们过去成功或仍然成功的现有业务或产品。这些主要产品应进一步发展,并应通过保持适当的制造能力继续得到支持。虽然今天的数据转换器架构非常稳定并且将继续成为未来的基础,但基于它们的基本架构,必须进行改进。例如,较小的过程用于这样的产品,这使得容易实现相同或甚至更好的性能。

适应新市场趋势的适度增长

近年来,Megadeals已经导致半导体市场的整合。销售和分销正在从组件销售转变为系统销售。在未来取得成功意味着通过认识工业4.0中颠覆性技术和新市场的潜力来重新定位自己或公司。企业必须始终如一地利用半导体行业中少数有机增长来源。不幸的是,半导体行业的增长势头强劲,年销售额增长率在30%到40%之间已经成为过去 - 现在这些增长率似乎已经结束。从2015年到2020年,预计年均增长率仅为3.4%。公司必须问自己一个基本的战略问题:未来增长将来自哪里?
以下增长来源可能至关重要:碳化硅(SiC)制造的功率半导体目前作为未来新增长的产品来源。与由常规硅制成的半导体产品相比,它们被认为是破坏性的市场破坏者,因为它们更快,更强大且更有效。由于对混合动力和电动汽车以及再生发电和某些工业应用的需求不断增长,SiC及其姊妹技术氮化镓(GaN)技术将在未来几年内占据主导地位。

结论

作为更大的物联网的一部分 - 也被称为万物互联 - 工业4.0具有巨大的潜力。在接下来的几十年里,市场价值预计将在数万亿的范围内。任何能够在工业4.0的帮助下提高生产力的东西都会对各种规模的公司产生浓厚的兴趣。 
要充分利用物联网市场的全部潜力,需要的不仅仅是硬件。它需要一个硬件,软件和服务的生态系统。在这种新环境中,鼓励小型敏捷公司与大公司合作并开展合作。
然而,半导体制造商不应忽视超越当前趋势的发展以及围绕工业4.0的嗡嗡声。还有一些传统上属于一个市场的技术,但最终也会影响其他市场; 例如,5G。传统上,5G是移动设备和基础设施的通信技术。但在未来,推动5G需求的市场之一是汽车市场。与其他系统的通信对于自动驾驶尤为重要。每辆车都成为复杂生态系统的一部分,通信在其中起着关键作用。除了汽车之间的数据交换,该生态系统还包括路边基础设施,5G网络和大型数据中心。此外,车辆依靠传感器,如摄像头或激光雷达和雷达技术,获取有关其环境的必要信息。整个通信系统必须协同工作。鉴于自动驾驶中需要处理的大量数据具有更高的速度,更低的延迟和超强的可靠性,5G似乎是目前最有前途的通信标准。
总之,工业4.0,向智能工厂的转变及其所需的技术为半导体制造商及其公司的成功提供了巨大的潜力

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