目前工業(yè)的數(shù)字化轉(zhuǎn)型正在全面展開。幾乎每個人都在使用（工業(yè)）物聯(lián)網(wǎng),、智能工廠或信息物理（生產(chǎn)）系統(tǒng)這樣的流行語。在工業(yè)強國之一的德國,，它被稱為 Industrie 4.0,，而在世界的其他部分則被稱為“工業(yè)4.0”。

　　然而,，似乎沒有人知道它的確切含義——雖然存在各種不同的解釋,，但沒有明確的定義。對許多人來說,，邁向工業(yè) 4.0 已成為日常生活的一部分,，不斷的重復使得這一概念不再新鮮。盡管數(shù)字化和網(wǎng)絡已經(jīng)成為頻繁使用的流行語,，但對工業(yè)4.0 的理解也毫無幫助,。

　　聚焦于工業(yè) 4.0，尤其是在德國,，很多行業(yè)都受政治影響,。但其他國家已經(jīng)認識到其對本國經(jīng)濟和競爭力的積極影響，鼓勵它們進一步創(chuàng)新,。在這種情況下,，政府官員正在推動一種將供應商視角和用戶公司視角結(jié)合起來的雙重戰(zhàn)略，主要領(lǐng)域是工業(yè)自動化和機械/制造工程,。制造商一方面必須將新的高效智能技術(shù)用于自己的生產(chǎn)過程,，另一方面還要將這些技術(shù)和產(chǎn)品投向市場,。

　　相比之下，所有人都同意工業(yè)4.0不僅能推動新技術(shù)和智能產(chǎn)品發(fā)展,，而且有助于擴展生產(chǎn)部門,。這同時為駕馭現(xiàn)有及新興市場不斷增強的市場動能和復雜性創(chuàng)造了條件。能在多個領(lǐng)域發(fā)揮作用的公司似乎擁有特別好的起跑位置,。

　　這點尤其適用于半導體行業(yè)中的公司,。如 ADI 公司等半導體制造商已經(jīng)在消化這個復雜的概念，將自己的生產(chǎn)線轉(zhuǎn)變成全自動智能工廠,。ADI 公司還向制造業(yè)中的公司提供創(chuàng)新技術(shù),，幫助它們將其制造設施改造成智能工廠。但是,，要開始這種轉(zhuǎn)變,，必須認識到它在帶來附加值、提高生產(chǎn)率并相應地降低成本的同時,，也需要付出大量努力,。

　　工業(yè)4.0不僅意味著生產(chǎn)的變化和技術(shù)的擴張，而且意味著對創(chuàng)新商業(yè)模式的需求在不斷增加,。關(guān)于工業(yè) 4.0 已進行廣泛的討論,，并有很多不同的解讀，研究結(jié)果大致可以分為三個方面：新技術(shù),、新產(chǎn)品和新商業(yè)模式,。所有這三個方面一起涵蓋了生產(chǎn)及其產(chǎn)品的整個價值鏈——從傳感器節(jié)點開始經(jīng)云端再到下游服務（圖1）。

　　圖1.當前的信號鏈

　　通常會有一個含某種形式傳感器或執(zhí)行器的節(jié)點,，其同時建立與真實物理世界的聯(lián)系通路,。往來這些器件的信號常常相當小，并且是源自高噪聲的惡劣環(huán)境,。必須對其進行處理,、轉(zhuǎn)換并轉(zhuǎn)發(fā)到信號鏈中的下一個鏈路。

　　由于此信號鏈存在問題,，必須改變信號鏈,。最初是將純數(shù)據(jù)傳輸?shù)皆贫耍延性絹碓蕉嗟臄?shù)據(jù)處理發(fā)生在節(jié)點上,，如圖 2 所示,。

　　圖2.未來的信號鏈

　　這種數(shù)據(jù)處理需要節(jié)點上具備更高的洞察力和知識——將數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)化為信息。這種智能檢測技術(shù)可降低整體功耗,，減少帶寬浪費,，促成反應型IIoT到預測型和實時IIoT的轉(zhuǎn)變。

　　這就涉及到技術(shù),。許多半導體制造商已將其列為其核心競爭力之一,，并且需要不斷改進,。

　　另外，能源效率也發(fā)揮著重要作用,。半導體制造商受到鼓勵,，不僅利用其專業(yè)知識進一步開發(fā)產(chǎn)品，而且發(fā)展自己的設計和工藝技術(shù),，因為聯(lián)網(wǎng)是IIoT整體解決方案的重要組成部分,。無論有線還是無線,，未來對這兩種技術(shù)的需求會越來越多,，必須將二者納入解決方案組合中。

　　如果深入系統(tǒng)層面并專注于垂直細分市場,，則可以為客戶提供更完整的系統(tǒng),。就完整硬件平臺而言，節(jié)點可以與相應的軟件包一起提供,。這可能還包括相關(guān)算法,，用來分析節(jié)點中的已有數(shù)據(jù)，最終只將結(jié)果傳輸?shù)骄W(wǎng)絡（云端）,，減少信息的數(shù)據(jù)量,。

　　雖然工業(yè)4.0是一個有意義且重要的話題，但半導體制造商在選擇過程中必須非常小心,。整個市場仍處于摸索階段,，有必要了解您在什么領(lǐng)域以及如何正確應用自己的實力和技術(shù)，以滿足客戶或應用的真正需求,。

　　IIoT市場有哪些新需求,？

　　考慮到工業(yè)價值鏈，市場需求在未來將會發(fā)生變化,。這就是為什么半導體制造商必須將自己的企業(yè)和產(chǎn)品適應智能工廠的現(xiàn)實原因,，當然還有其他原因。技術(shù)趨勢正朝著智能和超高效節(jié)能產(chǎn)品以及（如可能）集成安全安保功能和能源采集能力方向發(fā)展,。

　　圖3顯示了這樣一個器件或者說一個完整的系統(tǒng),，其中以 ADI 公司基于 MEMS 的加速度計 ADXL356 為例。

　　圖3.基于MEMS的智能傳感器解決方案

　　ADXL356是一款低功耗,、低噪聲,、3軸加速度計，具有超低失調(diào)漂移,。由于其密封封裝,，ADXL356特別適合惡劣環(huán)境條件下的精確傾斜測量，以及低功耗或電池供電無線傳感器網(wǎng)絡中的高性能（長時間）測量,。這些應用需要預測性維護和狀態(tài)監(jiān)控,。兩者均與工業(yè)4.0密切相關(guān),。在這些操作中，必須確定驅(qū)動元件的損壞程度,，例如通過執(zhí)行永久或定期振動診斷來確定,。

　　對于此類智能傳感器解決方案，如圖2所示,，加速度計是整個系統(tǒng)的基礎,。它通過其他功能實現(xiàn)擴展：利用模數(shù)轉(zhuǎn)換器、微控制器以及各種模擬和數(shù)字（部分隔離或無線）接口集成信號處理,。無線接口支持以太網(wǎng),、6LoWPAN或WirelessHART等通信標準，具有最高的可靠性,。特別是對于后兩種標準,，SmartMesh IP?和SmartMesh? WirelessHart等無線通信網(wǎng)絡提供了非常好的解決方案。前者符合6LoWPAN標準,，為每個節(jié)點提供原生IPv6尋址能力,，并使傳感器數(shù)據(jù)易于從云端訪問。后者符合針對工業(yè)應用而設計的WirelessHART標準(IEC 62591),，能夠與其他供應商的 WirelessHART 設備進行互操作,。兩者均提供極其可靠且安全的數(shù)據(jù)傳輸，采用 AES 128 位端對端加密技術(shù),，最多可擴展至 50,000 個節(jié)點,。

　　最后，在這些系統(tǒng)的開發(fā)過程中不可忽視功能安全,。為了能讓安全性成為完整系統(tǒng)解決方案的一部分,，半導體制造商還應當投資于網(wǎng)絡安全解決方案(CSS)和加密等技術(shù)。

　　類似圖3所示的系統(tǒng)帶來的后果是,，可用的芯片級標準產(chǎn)品會較少,，因為將來可以將其集成在電路板上。標準產(chǎn)品的集成已經(jīng)在硅片上發(fā)生,，或置于封裝中成為系統(tǒng)化封裝(SiP),。這意味著制造商必須對芯片級或者至少電路板級以及相應的生態(tài)系統(tǒng)有深入的了解。這樣,，客戶可以更多地關(guān)注自己的應用,，從而讓自己與競爭對手區(qū)隔開來。

　　ADI公司之類的供應商必須考慮使用或整合來自其他市場的成熟技術(shù),。這可能有助于降低高成本并延長生命周期,。其他產(chǎn)品中成功實施技術(shù)的一個例子是MEMS。MEMS技術(shù)過去從未被用于創(chuàng)建加速度計之外的器件，但現(xiàn)在已被用于ADGM1304等超快速開關(guān),。這款集成驅(qū)動器的單刀四擲(SP4T)開關(guān)可在0 Hz/直流至14 GHz的頻率范圍內(nèi)工作,，因而是各種射頻應用或繼電器替代產(chǎn)品的理想開關(guān)解決方案。

　　這種技術(shù)組合不僅有助于服務個別客戶,，而且可以幫助制造商進入不同（有時甚至是新的）市場,。在很多情況下，制造商的各種技術(shù)可以通過這種方式輕松組合,，創(chuàng)建新型高效應用,。

　　然而，半導體制造商僅僅擴展其傳感器和其他半導體器件的范圍是不夠的,。為了繼續(xù)被視為全球市場參與者,，并充分挖掘工業(yè)4.0的潛力，其產(chǎn)品組合也應該在通信技術(shù)領(lǐng)域得到拓展,。例如,，在工業(yè)自動化領(lǐng)域可以清楚地看到向以太網(wǎng)（準確的說是確定性以太網(wǎng)）的轉(zhuǎn)變,。出于該原因,，ADI公司最近收購了確定性以太網(wǎng)領(lǐng)域的半導體和軟件解決方案供應商Innovasic。通過此次收購,，ADI公司增加了關(guān)于高度同步網(wǎng)絡中的魯棒實時連接的專業(yè)技術(shù),，從而利用獨特的軟件解決方案擴展產(chǎn)品組合。因此,，即使在數(shù)字化趨勢盛行的當下,，許多半導體制造商的目標仍是從模擬技術(shù)轉(zhuǎn)向垂直系統(tǒng)領(lǐng)域，以提供連接物理與數(shù)字世界的完整系統(tǒng)解決方案,。

　　然而,，為了引起客戶對此類系統(tǒng)的興趣，可能有一些因素比較重要,。不僅是適當?shù)能浖?，還包括軟件周圍的工具和合乎需要的生態(tài)系統(tǒng)，這將為客戶創(chuàng)造附加值,。因此,，未來還需要用于分析所生成數(shù)據(jù)的新服務和算法。

　　未來附加值對客戶意味著什么,？

　　如今,，客戶的資源越來越多地被引入軟件之中。這對整個半導體行業(yè)來說是一個挑戰(zhàn),，意味著必須向客戶提供更多更高效的開發(fā)工具,，而且還要提供培訓機會、文檔和支持；可以是直接提供,，通過生態(tài)系統(tǒng)提供,，或是通過分銷商提供。

　　當然,，僅僅因為技術(shù)上可行就開發(fā)所有這些具備工業(yè)4.0功能的產(chǎn)品和系統(tǒng)是沒有任何意義的,。重要的是必須為客戶帶來顯著的附加值。為了證明購買和運行工業(yè)4.0應用所導致的額外成本是正當合理的,，必須讓客戶能看到并獲得此附加值,。

　　通常，與客戶相關(guān)的附加值可以歸為以下三大類：

　　通過節(jié)省時間,、資源和金錢提高運營效率,；

　　通過分析使用數(shù)據(jù)提高客戶滿意度和忠誠度；

　　通過擴展或創(chuàng)新商業(yè)模式創(chuàng)造額外的收入流,。

　　智能產(chǎn)品的成功與附加值能否得到認可直接相關(guān),。這些因素最終決定了所有與實施相關(guān)的技術(shù)和商業(yè)參數(shù)，因此應詳細分析,。分析的結(jié)果也可能是產(chǎn)品理念在經(jīng)濟上不可行,，或至少目前尚不可行。為使開發(fā)更加可行,，以及為了更快速,、更有效地集成到系統(tǒng)中，來自制造商的支持將會發(fā)揮重要作用,。制造商將把他們的專業(yè)知識嵌入客戶的開發(fā)流程中,，從而減少客戶需要付出的額外努力和成本。此外,，制造商可以繼續(xù)致力于其核心業(yè)務

　　,，無需浪費寶貴的時間去學習新技術(shù)，而合作伙伴和其他協(xié)作方可以幫助推動持續(xù)增長,。

　　雖然工業(yè)4.0有諸多優(yōu)點,，但問題是為什么許多企業(yè)尚未投資于智能工廠？

　　猶豫的原因

　　主要障礙之一是企業(yè)尚未認識到智能工廠會帶來重大利益,，故不愿付出相關(guān)成本,。例如，由于缺乏貨幣化評估標準,，目前要計算投資回報率(ROI)仍然相當困難,。因此，半導體制造商必須提高客戶的意識,，提供教育資料以說明智能工廠的優(yōu)勢,，同時指出投資智能工廠會獲得的價值,。投資對于新技術(shù)和商業(yè)模式，以及開發(fā)和拓展營銷活動,、資格認定措施,、銷售管理都是必要的。

　　隨著生產(chǎn)部門的轉(zhuǎn)型,，數(shù)據(jù)和IT安全等問題愈來愈重要,。這些內(nèi)容不僅僅是成功導入工業(yè)4.0的重要要求，還必須在數(shù)字系統(tǒng)中作為關(guān)鍵的采納和成功因素加以實施,。

　　此外,，對于企業(yè)來說，重要的是要在開始實施工業(yè)4.0的早期階段制定基本戰(zhàn)略路線,，收集相關(guān)技術(shù)經(jīng)驗,。然而，這個過程需要耐心,，因為許多相關(guān)技術(shù)可能要經(jīng)過5年,、10年甚至更長時間才能充分展現(xiàn)其潛力。而且,，由于缺乏明確的定義,，工業(yè) 4.0將于何時完全實現(xiàn)并沒有一個確切日期。與其談論“工業(yè)革命”,，不如使用“工業(yè)演進”可能更有意義,。

　　隨著生產(chǎn)環(huán)境的改變,，新的參與者和競爭者也將出現(xiàn)或影響市場,。聯(lián)盟即將出現(xiàn)，并會對塑造生產(chǎn)形象產(chǎn)生重大影響,。廠房里的活動對企業(yè)未來的影響將越來越小,。另外，軟件和服務業(yè)也將發(fā)揮重要作用,，因為只有將虛擬與現(xiàn)實世界聯(lián)系并融合起來,，才能確保制造商實現(xiàn)最大生產(chǎn)潛力。

　　盡管如此,，半導體制造商不應忽視其過去已獲成功或現(xiàn)在仍很成功的現(xiàn)有業(yè)務或產(chǎn)品,。這些主要產(chǎn)品應該進一步發(fā)展，并通過保持適當?shù)闹圃炷芰υ谖磥砝^續(xù)予以支持,。雖然當今的數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換器架構(gòu)非常穩(wěn)定,，也將繼續(xù)作為未來的基礎，但基于其基本架構(gòu)進行改進仍有必要,。例如,，隨著更小尺寸的工藝被用于此類產(chǎn)品，要實現(xiàn)相同甚至更好的性能并不容易。

　　新市場趨勢下的適度增長

　　近年來的大型并購案引發(fā)了半導體市場的整合,。銷售和分銷從器件轉(zhuǎn)向系統(tǒng),。要在未來取得成功，個人或公司必須認識到工業(yè)4.0中的顛覆性技術(shù)和新市場的潛力,，從而重新找準定位,。企業(yè)必須持續(xù)利用好半導體行業(yè)的少數(shù)幾個有機增長源。遺憾的是,，半導體行業(yè)年銷售額增長30%至40%的輝煌已成往事,，現(xiàn)在這種增長率似乎已經(jīng)結(jié)束。2015至2020年間,，年均增長率預計只有3.4%,。企業(yè)必須思考以下基本戰(zhàn)略問題：未來增長將源自何方？

　　以下增長來源可能至關(guān)重要：由碳化硅(SiC)制成的功率半導體目前被視為未來產(chǎn)品的新增長源,。與普通硅制半導體產(chǎn)品相比,，碳化硅產(chǎn)品速度更快、更魯棒,、效率更高,，因而被認為是顛覆市場的技術(shù)。由于對混合動力和電動汽車以及再生發(fā)電和某些工業(yè)應用的需求不斷增長,，SiC及其姊妹技術(shù)——氮化鎵 (GaN)技術(shù)——在未來幾年將占據(jù)主導地位,。

　　結(jié)論

　　作為更大的物聯(lián)網(wǎng)（也被稱為“萬物互聯(lián)”）的一部分，工業(yè) 4.0 擁有巨大的潛力,。在未來幾十年中,，其市場價值預計在萬億級范圍。在工業(yè) 4.0 的幫助下,，任何能夠提高生產(chǎn)力的東西都會讓不同規(guī)模的公司產(chǎn)生濃厚興趣,。

　　為了充分發(fā)掘物聯(lián)網(wǎng)市場的全部潛力，需要的不僅僅是硬件,。我們需要的是一個由硬件,、軟件和服務組成的生態(tài)系統(tǒng)。這種新環(huán)境鼓勵小型靈活的公司與大公司開展合作,。

　　但是,，半導體制造商不應忽視當前趨勢和工業(yè)4.0熱潮之外的發(fā)展。有些技術(shù)傳統(tǒng)上屬于某個市場,，但最終也會影響其他市場,，比如5G。傳統(tǒng)上,，5G是用于移動設備和基礎設施的通信技術(shù),。但在未來,，推動5G需求的市場之一將是汽車市場。與其他系統(tǒng)的通信對于自動駕駛尤為重要,。每輛車都成為一個復雜生態(tài)系統(tǒng)的一部分,，其中通信起著關(guān)鍵作用。除了汽車之間的數(shù)據(jù)交換以外,，這個生態(tài)系統(tǒng)還包括路邊基礎設施,、5G網(wǎng)絡和大型數(shù)據(jù)中心。此外,，車輛依靠攝像頭,、激光雷達、雷達等傳感器來獲取有關(guān)環(huán)境的必要信息,。整個通信系統(tǒng)必須協(xié)同工作,。鑒于自動駕駛需要以更高速度、更低延遲和超強可靠性處理大量數(shù)據(jù),，5G似乎是目前最有前途的通信標準,。

　　總之，工業(yè)4.0智能工廠的轉(zhuǎn)型以及其所需的技術(shù),，為半導體制造商創(chuàng)造了巨大的可能和成功,。