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IIC ShenZhen:聚焦国际工业4.0,上游软硬件厂商共话制造企业转型

2022-11-14 10:02:35 夏菲 阅读:
11月10日,在由国际科技媒体集团Aspencore举办的2022国际集成电路展览会暨研讨会(IIC Shenzhen)同期“国际工业4.0技术与应用论坛”上,兆易创新科技集团股份有限公司、德州仪器(TI)、意法半导体、COMSOL、智芯公司、微软、华为、移远通信、中科院深圳先进技术研究院等,来自芯片、方案及应用领域的厂商齐聚一堂,共话工业4.0。

持续两年多的新冠疫情让制造企业受到不小的冲击,以往的生产、供应链、运输等模式在此挑战下,加快了数字化转型的脚步。云计算、机器人流程自动化、工业大数据等工业4.0目标应用被提上日程,制造企业如何实现数字化转型?解决方案商又要如何与上游软硬件厂商合作,满足不同工厂的客制化需求?cqOednc

11月10日,在由国际科技媒体集团Aspencore举办的2022国际集成电路展览会暨研讨会(IIC Shenzhen)同期“国际工业4.0技术与应用论坛”上,兆易创新科技集团股份有限公司、德州仪器(TI)、意法半导体、COMSOL、智芯公司、微软、华为、移远通信、中科院深圳先进技术研究院等,来自芯片、方案及应用领域的厂商齐聚一堂,共话工业4.0。cqOednc

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兆易创新GD32 MCU是中国高性能通用微控制器领域的领跑者,中国最大的Arm MCU家族,中国首个推出的Arm Cortex-M3、Cortex-M4、Cortex-M23及Cortex-M33内核通用MCU产品系列,并在全球范围内首个推出RISC-V内核通用32位MCU产品系列,已经发展成为中国32位通用MCU市场的主流之选。2017年,公司MCU产品出货量首次突破1亿颗大关,并在随后的4年多时间里快速跃升至10亿颗规模,成功跻身全球十大MCU供应商行列。cqOednc

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兆易创新科技集团股份有限公司生态市场经理徐杰,以“GD32助力工业应用转型升级”为主题发表演讲cqOednc

兆易创新科技集团股份有限公司生态市场经理徐杰表示,变频器和伺服电机是工业4.0领域最具代表性的应用场景,因此在产品布局上,以GD32F4和GD32E5系列为代表的高性能产品更强调面向强实时、高算力需求,可以支持高性能动态FOC算法控制;内置高精度ADC能够精准采集电压和电流数据,以实现实时监控;丰富的通信接口确保满足工业领域实时通信和低延时需求,并支持人机操作交互界面。此外GD32F4和GD32E5系列MCU已广泛用于光伏、储能和充电桩等新能源设备中的逆变控制、通信监控和人机交互等功能。cqOednc

工业机器人和工业物联网应用也是类似。工业机器人、协作机器人、服务机器人等既需要多个机器人间的实时通信,又需要精准的控制以利于多个器件的高能效工作;互联型MCU则首先需要具备大容量存储能力以应对海量数据的吞吐和缓存,其次也需要通过人机交互界面(HMI)支持液晶显示屏和高清画质显示。因此,作为MCU芯片企业,就必须具备提供包括高性能、无线、主流、超值型产品在内的广泛的产品组合,丰富的开发工具、嵌入式软件、算法支持用户多元化的开发需求。cqOednc

除了产品本身,拥有丰富完整且庞大的生态系统亦是兆易创新尤为看重的。徐杰介绍说,除了自身提供的方案之外,大量第三方合作伙伴正以各种方式与兆易创新展开合作,用户可以非常便捷的获取和使用。此外,公司还连续五年冠名中国研究生电子设计竞赛,并与多所高校成立联合实验室,加速实现产学研全面合作的步伐。cqOednc

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德州仪器(TI)技术支持经理韩韬,分享德州仪器(TI)嵌入式处理产品在工业4.0设备中的应用cqOednc

当前,中国制造业正处于向工业4.0升级的关键时期。TI作为头部工业半导体和解决方案供应商,拥有8万多种不同的产品,应用领域涵盖工业、消费、通信、汽车等,这意味着数量庞大的客户群体需要去服务。德州仪器(TI)技术支持经理韩韬分享了TI对中国工业领域客户的几点支持愿景。cqOednc

作为有着自己的工厂体系和软件开发平台的total solution厂家,各种体系认证、质量保证是基础。其SoC解决方案,则是TI对所有的细化应用认知,包括了计算、控制、安全、模拟、深度学习、硬件加速和连接等。cqOednc

韩韬特别提到了高速连接的部分,因为在一颗大型SoC中设计高速连接挑战度非常高,里面每个模块还要能够独立升级,这在体系架构设计上需要多年的积累。TI把这种多年的积累分享给国内的设备制造商,“因为我们看到现阶段的国内设备制造商与20年前完全不一样。20年前我们将老牌工业强国的设备作为老师,但现在国内设备商已经走到了无人区,在机器人等领域引领了全球的潮流。“cqOednc

最后在通用软件平台方面,TI的平台不仅仅是开发平台,因为设计并不是产品的全部,在生产制造和测试方面的挑战也越来越高。TI的各种简化工具和软件库可以集成到生产商的流程中,保证用户生产的软硬件拥有完整的生产流程,并且达到高质量的要求。cqOednc

最后韩韬介绍了TI的明星处理器产品AM62系列,值得一提的是,该款产品也获得了本次全球电子成就奖-年度创新产品奖-处理器/DSP/FPGA分类的奖项。cqOednc

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意法半导体策略市场经理冯国柱分享意法半导体工业自动化和机器人解决方案cqOednc

工厂自动化是个一个复杂的系统,需要软硬件的协同运作。一般工厂自动化系统基本框架最顶部的是PLC和HMI解决方案,PLC是可编程逻辑控制器的缩写,HMI是人机界面。该设备用于控制层管理整个自动化系统,并从现场人员或后台管理计算机获取输入。在PLC下面是配电层,ST有一些解决方案来支持这些以太网IP、Profinet或EtherCAT现场总线和扩展模块,ST的IO模块主解决方案也可以与这些现场总线连接。再下一阶段是驱动层:ST有一些解决方案,例如逆变器、伺服驱动器、用于不同类型电机的步进电机驱动器、IO链路集线器、IO链路数字输入或输出用于外部传感器或执行器。cqOednc

意法半导体策略市场经理冯国柱先生表示:“ST在工业方面的产品线是非常全面的,可以给大家提供一套整体的解决方案。” cqOednc

ST带来一个全集成化all in one的PLC,从工业电源降压下来,从5V到下面的3.3V,同时可以提供一些输入输出的解决方案。此外,ST具有高边驱动和低边驱动,低边驱动有4通道的数字隔离器,还有8通道的高边输出,是内编的隔离器,可以实现整体8通道的集成方案,如果大家使用数字驱动就可以使用这样的产品。同时ST还提供一些数字信号输入的方案,可以把8路的24V电瓶直接转话为DBL,这样可以解决外部的分立元器件,这种产品用量也越来越大,很多OC的厂家做比较小的模块都会用到这样的小的产品。cqOednc

据介绍,ST的 IO-Link整体解决方案越来越多地应用在流程规范的工业现场上,支持最后20米的传感器、执行器的驱动和回传的智能的方案,可以替代现有的一些4至20毫安/0至10V或者普通的数字IO的解决方案。最后,冯国柱还介绍了一些ST的工业伺服和机械臂的方案。cqOednc

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COMSOL 中国技术经理张凯,分享多物理场仿真在半导体行业中的应用cqOednc

在半导体行业,上下游都有很多问题需要通过研发解决,这些问题如果从底层开始解决的话,会涉及很多的现象,甚至某些现象之间会相互作用。工程师需要考虑到这些相互作用,在仿真里面就叫多物理场。cqOednc

半导体仿真涉及很多领域,如:制造过程里的结构力学,CFD、传热、化学反应,等离子体,光学,分子流,粒子追踪等;芯片/板卡/封装里的交流/直流电磁、传热、结构力学等;以及晶体管里的载流子漂移-扩散方程、薛定谔方程等。这些性能都可以通过仿真来分析。cqOednc

COMSOL是一家欧洲的企业,总部在瑞典,于1986年成立。1998年COMSOL发布了第一款产品COMSOL Multiphysics,这个软件是一个仿真的平台,它的特点是专注于多物理场仿真分析工具。2022年11月,COMSOL发布了COMSOL Multiphysics 6.1版本。在新版本中,不论是多物理场仿真分析还是创建App,软件为用户带来了众多新功能和性能提升。cqOednc

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北京智芯微电子载波通信事业部产品总监代洪光,分享HPLC技术在工业物联网的应用与发展cqOednc

低压电力线高速电力线载波(HPLC)也被称作为宽带电力线载波,是在低压电力线上进行数据传输的宽带电力线载波技术。HPLC是以电力线作为通信媒介实现低压电力用户电信息传输、交互的通信网络。和传统的低速窄带电力线载波技术相比,HPLC技术具有传输速率高,抗干扰能力强的特点。cqOednc

代洪光表示:“目前为止,HPLC技术在用电信息采集领域已经得到非常广泛的应用,HPLC芯片累计应用超2亿颗,已遍布全国34个省, 此外,HPLC技术在配网,光伏,智能家居领域,也有越来越多的应用。“cqOednc

同时,随着能源互联网建设和电网数字化转型的不断深入,智芯公司又进一步自主研发了HPLC+HRF双模通信单元,作为支撑国网公司新一代用电信息采集系统的本地通信技术,该产品集高速载波、宽带微功率无线通信技术于一体,其融合两种技术的特点及优势,有效解决采用单种通信技术时可能存在的通信“孤岛”问题。双信道同时收发拓展通信带宽,大幅度提升网络的稳定性和通信的实时性,为本地通信提供更优的解决方案。cqOednc

代洪光表示:“智芯公司期望的是能够实现本地通信所有的关键节点的可观、可测、可控。”cqOednc

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微软首席顾问管震先生分享了《数字孪生的今天和明天》的主题演讲cqOednc

2022年是软件巨头微软入华30年。在这个特殊的日子里,微软向行业带来了“工业元宇宙”解决方案,借助微软智能云服务和创新技术,与合作伙伴一起助力企业与相关行业的数字化转型。cqOednc

管震首先回顾了数字孪生的概念。形象地讲,数字孪生由物理世界、数字世界、可视化三个元素构成。物理世界是我们人类生存的世界,这个世界里的物品都可以100%地投射到数字世界里,两者形态机理完全一致,所产生的变化和影响则通过可视化呈现出来,以供人类的分析和洞察。cqOednc

所以,数字孪生的技术可以运用到工业领域。甚至可以说,在这个工业元宇宙实践的过程中,数字孪生是一个非常重要的基石。cqOednc

以目前已应用数字孪生的工业4.0为例,大众最熟悉的场景是工业大屏可视化。cqOednc

管震认为,再一步是价值链数字孪生化,比如可以通过数字孪生的方式,把工厂A发生的事情,外协厂B面发生的事情来做对比和判断,来帮助企业总部更好的从企业级到供应链级进行准确分析。cqOednc

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华为新ICT专家章异辉发表了“深入场景,释放数字生产力”主题演讲cqOednc

数字化是现今所有企业都认可的一种趋势,在数字化转型的过程中主要面临着顶层设计不够系统、技术架构不匹配、落实举措不到位这三方面的挑战。针对数字化转型,华为积累了大量的实践经验和创新技术,其数字化转型道路十分具有参考价值和借鉴意义。cqOednc

章异辉介绍道:“华为公司为行业的数字化服务有一些举措,其中之一就是成立军团,可缩短管理链条,快速响应客户的需求。纵向上,让研发直接贴近客户,客户有具体的需求,研发直接跟客户来联合创新,来选好技术,做好支撑。横向上,每一个行业在做数字化转型的时候,它要的技术方案特别的复杂,我们华为公司又大,内部有很多的部门,很多的业务,需要军团把横向打通,打通横向内部的部门,以及拉外部的伙伴一起,一支队伍服务好一个行业。”cqOednc

除此之外,华为还具有优秀的全栈ICT能力,例如有联接、计算和云多个方面,有数据通信、存储、云等多种产品,华为还具有相当多的根技术储备如服务器端的操作系统欧拉、终端的操作系统鸿蒙、通用计算鲲鹏、AI计算昇腾以及一些通信方面的创新,根技术也就是纯国产技术,有了这些技术以后至少不会被卡脖子。cqOednc

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中科院深圳先进技术研究院助理研究员杨永魁博士分享MCU智能化技术探索”cqOednc

云端应用多用于推理训练,它的特点是大数据、大模型,它对于性能的要求很高,但对于功耗不敏感。而对于更小的终端应用,例如无人机、手机、可穿戴设备等,他们对功耗的要求则非常的高,针对这些不同的技术路径,芯片的要求是不一样的。cqOednc

MCU的特点就是小存储,小算力,但是神经网络的特点又是计算密集型和存储密集型,所以我们需要做很多的优化,才可以使这些神经网络跑在我们的小芯片上。cqOednc

据杨永魁博士介绍,第一种MCU智能化技术路线是通过工具链的软件方式,现在各个大厂已经用得非常成熟,比如ST的NanoEdge Studio,可以把在Keras、PyTorch上面训练的模型部署到32位的MCU上。第二种MCU智能化技术路线叫数字-AI加速器,如果我们要把神经网络往数字型的AI加速器上部署,我们就必须对其进行优化。而数字-AI加速器采用冯诺依曼架构,存储和计算是分开的,是通过一个主线将它们连接在一起,这种架构在物理上有很大的局限性,如能耗瓶颈、存储和计算的速度不均衡。为了解决上述瓶颈就要用到这个新的技术——存算一体,或者叫存内计算加速器。cqOednc

最后,杨永魁博士从算力、功耗、成本、可编程性、稳定性还有研发周期对这三个MCU智能化技术做一个简单的总结,他认为:“从研发周期来看,个人觉得工具链肯定是最快的,不管从应用方还是芯片方,都是很快的一个方式,数字-AI协处理器居中,存算一体这个因为涉及到数字跟模拟,还有算法,需要一个协同,所以个人觉得它的研发周期会长很多。”cqOednc

责编:Demi
夏菲
电子技术设计(EDN China)助理产业分析师
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