無論你是否承認,，21世紀以來，科學(xué)技術(shù)的不斷進步,，似乎成了人類前行的無形推手,，改變著我們的個人生活，企業(yè)的生產(chǎn)經(jīng)營,。而剛剛過去的2020年,，也是讓無數(shù)企業(yè)難以忘懷的一年。進入后“疫情”時代,，非接觸式生產(chǎn),，減少聚集等詞匯被越來越多的提起，生產(chǎn)方式的改變和升級也變得越來越迫切,。而其中非常重要的話題,，便是如何利用技術(shù)的進步，把工廠的運轉(zhuǎn)變得更加高效,。
在工業(yè)生產(chǎn)與制造流程中,，對于自動化的需求日益增長，這催生了對于視覺系統(tǒng)更高的需求,。如今,，智慧視覺系統(tǒng)不僅僅出現(xiàn)在消費電子，也越來越滲透于工業(yè)生產(chǎn)的流程,。視覺系統(tǒng)能夠捕捉影像,，作為一個龐大控制系統(tǒng)的一部分，具備與工廠中其他設(shè)備進行實時交換數(shù)據(jù)與通信的能力,。另外,，更加高效可靠的通信協(xié)議也正在嶄露頭角,，多重新技術(shù)的相互配合，實現(xiàn)不同于傳統(tǒng)的工業(yè)生產(chǎn)系統(tǒng),。
工業(yè)4.0時代下生產(chǎn)制造的新需求
進入工業(yè)4.0時代,，車間不再是一個簡單的流水線生產(chǎn)場所，而是漸漸發(fā)展成了一個相互配合的,，具備強大邊緣計算,、實時交互能力的龐大系統(tǒng)，不僅能提高產(chǎn)能,、降低成本,，還將催化大規(guī)模定制生產(chǎn)。要實現(xiàn)這樣的工作模式,，便需要生產(chǎn)系統(tǒng)能夠融合機器學(xué)習(xí)能力,，強大的視覺，工業(yè)級的實時通信以及精準的自動化控制,。
非接觸式人機交互
首先是針對人機交互方面,，要求系統(tǒng)具備接受非接觸式指令的能力，包括高效的人臉識別,，手勢與動作識別等,。
集中式工業(yè)控制網(wǎng)絡(luò)
另外，要求系統(tǒng)能夠在單路以太網(wǎng)電纜中支持多個應(yīng)用,，基于先進的通信協(xié)議,，在復(fù)雜的工廠自動化系統(tǒng)中實現(xiàn)數(shù)據(jù)傳輸?shù)臒o縫銜接，提高數(shù)據(jù)收發(fā)的實時性與帶寬的充分利用,。
分布式驅(qū)動控制
當下的以太網(wǎng)技術(shù)已經(jīng)能夠?qū)⒖煽氐臅r延和信號抖動考慮在內(nèi),，對系統(tǒng)進行精確的控制。對于分布式的多個設(shè)備實現(xiàn)電機控制,。
恩智浦近日在官方網(wǎng)站發(fā)布了恩智浦技術(shù)展廳客戶體驗平臺,，以更好的向客戶展示恩智浦所構(gòu)想的基于旗下不同產(chǎn)品所搭建的未來城市解決方案。其中針對工業(yè)自動化領(lǐng)域,，展廳清晰直白的演示了工業(yè)4.0背景下,，融合了機器學(xué)習(xí)（Machine Learning）與時間敏感網(wǎng)絡(luò)（TSN）技術(shù)的智慧工廠運作模型。
智慧工廠場景下,，首先需要一系列的機器時刻運作于待機狀態(tài),，等待操作員運送工件。機器集成了超低功耗的攝像頭模塊,，實時監(jiān)控著收件區(qū)域,。一旦在監(jiān)控區(qū)域范圍內(nèi)檢測到了人臉，即有人進入監(jiān)控區(qū)域范圍內(nèi),，就會喚醒一系列牽涉到機器學(xué)習(xí)技術(shù)的識別流程,，包括對于操作人員的人臉識別，對于所到工件的物體識別,，手勢識別也相應(yīng)被激活,。
首先，機器識別人臉信息,，進行操作員的認證,，在確保該人員為工廠操作員后，激活手勢識別,。在本次演示中,，操作員離開推車，并將雙手高舉起來,，表示工件已經(jīng)順利運達指定區(qū)域,，示意系統(tǒng)可以開始操作。接下來的流程將會由機器與系統(tǒng)配合進行,，同時低功耗的攝像頭也會在此時再次進入待機狀態(tài),，等候下一次的工件運送。
接著我們的視線轉(zhuǎn)向集中工業(yè)網(wǎng)絡(luò)方面,。時間敏感型網(wǎng)絡(luò)（time sensitive network,，TSN）是目前國際產(chǎn)業(yè)界正在積極推動的全新工業(yè)通信技術(shù)。這一技術(shù)允許周期性與非周期性數(shù)據(jù)在同一網(wǎng)絡(luò)中傳輸,。TSN的出現(xiàn)更好的服務(wù)時間敏感應(yīng)用及系統(tǒng),，保證數(shù)據(jù)在準確的時間內(nèi)以最小的時間抖動進行傳輸。這里借助時間敏感網(wǎng)絡(luò)（TSN）技術(shù),，利用以太網(wǎng)作為現(xiàn)場總線,，實現(xiàn)高效的流量分配，對于高優(yōu)先級的數(shù)據(jù),，系統(tǒng)能夠自發(fā)的進行傳輸,，通過更精準的時間同步控制，最大程度利用總線帶寬,。
我們再來近距離了解工業(yè)4.0背景下,，生產(chǎn)系統(tǒng)中的生產(chǎn)設(shè)備。智慧工廠要求系統(tǒng)具備低延遲和高魯棒性的基本特點,。對于電機控制也有更高的實時性要求,。而TSN低延遲，高確定性,，低抖動的特點能夠幫助實時數(shù)據(jù)和指令可靠的在同一個現(xiàn)場總線進行傳輸,，帶來更好的電機控制整體表現(xiàn)。
縱覽智慧工廠的整個系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò),，TSN不僅僅作用于智慧工廠的某一特定設(shè)備節(jié)點,，也可能貫穿整個系統(tǒng),。利用TSN高等級的時鐘同步與多重數(shù)據(jù)同時傳輸?shù)哪芰Γ谕痪W(wǎng)絡(luò)中可能同時存在多個工業(yè)協(xié)議的通信過程,。
智慧工業(yè)網(wǎng)絡(luò)如今面臨了前所未有的網(wǎng)絡(luò)化,，標準化和網(wǎng)絡(luò)安全的要求。針對這些方面訴求,，基于以太網(wǎng)的 OPC UA（Open Platform Communications – Unified Architecture,，開放平臺通信 - 統(tǒng)一架構(gòu)）通信標準正在快速發(fā)展。OPC UA提供完整的架構(gòu),，讓數(shù)據(jù)采集,、信息模型化以及工廠底層與企業(yè)層面之間的通訊更加安全、可靠,。利用這一開放的平臺架構(gòu),，進行智慧工廠監(jiān)控，上至工廠下至現(xiàn)場設(shè)備,，例如傳感器和驅(qū)動等,，OPC UA提供了充分的透明度，使數(shù)據(jù)變得更安全,。
恩智浦智慧工廠解決方案
時間敏感網(wǎng)絡(luò),，OPC UA發(fā)布，工業(yè)PLC
作為智慧工廠的“中樞”,，恩智浦Layerscape LS1028A工業(yè)應(yīng)用處理器基于強大的多核Cortex-A72,，集成以太網(wǎng)控制器支持TSN，帶有豐富的工業(yè)接口以及可配置的加密分流引擎,。另外還集成了GPU與LCD控制器滿足一定人機交互的需求,，可應(yīng)用于智慧工廠網(wǎng)絡(luò)管理，OPC UA客戶端,。
此外,，工業(yè)可編程邏輯控制器（PLC）作為智慧工廠典型的數(shù)字運算操作系統(tǒng)，要求強大的可編程邏輯執(zhí)行能力,，對于時間敏感網(wǎng)絡(luò)的響應(yīng)支持等,。LS1028A工業(yè)應(yīng)用處理器也能夠很好的應(yīng)用。
豐富的人機交互,，機器學(xué)習(xí)
全新上市的i.MX 8M Plus應(yīng)用處理器專注于機器學(xué)習(xí)和視覺,、高級多媒體以及具有高可靠性的工業(yè)自動化，適用于智慧工廠的人機交互,，圖像識別應(yīng)用,。
i.MX 8M Plus應(yīng)用處理器基于強大的4核Cortex-A53，集成神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)加速單元,，MIPI顯示與攝像頭接口,，并集成了圖像處理單元（ISP）用于圖像處理與圖像增強,，能夠勝任智慧工廠的動作識別，人臉識別,，工廠實時監(jiān)控系統(tǒng)等,。同時，i.MX 8M Plus還支持h.265編解碼,，集成3D/2D圖形加速及多種音頻功能，助力開發(fā)者基于該處理器設(shè)計工業(yè)人機交互界面與操作面板,。
電機控制
同樣支持千兆以太網(wǎng)與TSN的工業(yè)級微控制器——i.MX RT1170為智慧工廠終端電機控制保駕護航,。i.MX RT1170采用主頻達1GHz的Cortex-M7內(nèi)核和主頻達400MHz的Arm Cortex-M4內(nèi)核，自帶2MB SRAM,，集成MIPI顯示與攝像頭接口,，提供一定的實時監(jiān)控與圖像捕捉能力。
隨著智慧工廠從概念到走向普及,，工業(yè)4.0也在悄然發(fā)生變化,。其中針對機器學(xué)習(xí)與人工智能的需求越來越強烈，對于工業(yè)網(wǎng)絡(luò)低延遲和魯棒性的要求越來越高,，這一系列的進步都離不開全新的技術(shù)和產(chǎn)品的支持,。恩智浦基于全新量產(chǎn)的數(shù)款微控制器，處理器產(chǎn)品,，描繪了一個智慧工廠的藍本,，也期待著智慧工廠的形態(tài)走向越來越多的生產(chǎn)車間，進一步提高整個社會的生產(chǎn)力水平與生產(chǎn)效率,。