到2028年，全球工業(yè)4.0市場規(guī)模預(yù)計(jì)將超過2790億美元,，復(fù)合年增長率為16.3%。雖然開發(fā)商和制造商對這種高速增長已經(jīng)習(xí)以為常,，但其影響才剛剛開始顯現(xiàn),。通過結(jié)合云計(jì)算、物聯(lián)網(wǎng)（IoT）和人工智能（AI）的能力,，工業(yè)4.0將在未來幾年繼續(xù)提升制造業(yè)的數(shù)字化,、自動化和互連計(jì)算水平，推動更多企業(yè)擁抱第四次工業(yè)革命,。

　　隨著工業(yè)4.0的加速發(fā)展,，許多工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)和流程將發(fā)生變化，因?yàn)樵S多工業(yè)系統(tǒng)需要先進(jìn)的計(jì)算引擎和多種類型的現(xiàn)代連接標(biāo)準(zhǔn),，包括工業(yè)以太網(wǎng),、Wi-Fi和5G。此外,，人們越來越關(guān)注更先進(jìn)的軟件工具和應(yīng)用,，如預(yù)測性維護(hù)、功能安全,、機(jī)器人自動化等等,。

　　反過來，制造商需要先進(jìn)的技術(shù)來驅(qū)動互連,、高效數(shù)據(jù)處理,、系統(tǒng)和服務(wù)優(yōu)化，同時保持彈性安全性?，F(xiàn)場可編程門陣列（FPGA）憑借自身得可編程性,、高性能、低功耗和安全特性,，正迅速成為開發(fā)人員滿足這些需求并跟上工業(yè)4.0革命步伐的首選工具,。

　　工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)一覽

　　隨著工業(yè)4.0的發(fā)展，一些標(biāo)準(zhǔn)（如OPC統(tǒng)一架構(gòu)（OPC-UA）和時間敏感網(wǎng)絡(luò)（TSN））正在合并,，從而更好地聚合和縮放每天生成的海量新數(shù)據(jù),。作為一種機(jī)器間通信協(xié)議，OPC-UA提供了一個安全的,、獨(dú)立于平臺的,、面向服務(wù)的架構(gòu)。當(dāng)與TSN出色的實(shí)時功能相結(jié)合時,，OPC-UA就成了在不中斷運(yùn)營或安全性的情況下為制造商提供持續(xù)的洞察力和數(shù)據(jù)流的關(guān)鍵框架,。

　　由于標(biāo)準(zhǔn)的合并，開發(fā)人員需要高度專業(yè)化的技術(shù)來實(shí)施OPC-UA和TSN框架,，并讓制造商符合新法規(guī)要求,，保證持續(xù)發(fā)展,。為了滿足這些需求，萊迪思提供了針對特定應(yīng)用的FPGA解決方案,，如萊迪思Automate?解決方案集合,，該解決方案支持OPC-UA和TSN,，為客戶提供全新的工廠自動化和工業(yè)機(jī)器視覺功能,。萊迪思還致力于OPC-UA遷移，于2022年3月加入OPC基金會,，在Lattice Insights官方培訓(xùn)平臺上提供OPC-UA模塊課程,。該官方培訓(xùn)門戶旨在幫助系統(tǒng)和應(yīng)用設(shè)計(jì)人員最大限度地提高其FPGA設(shè)計(jì)體驗(yàn)。

　　利用FPGA推進(jìn)工業(yè)4.0應(yīng)用

　　除了幫助制造商應(yīng)對不斷發(fā)展的法規(guī)和標(biāo)準(zhǔn)外,，F(xiàn)PGA還支持低功耗,、可靠和安全的工業(yè)應(yīng)用開發(fā)，如機(jī)器人,、嵌入式實(shí)時網(wǎng)絡(luò),、預(yù)測性維護(hù)、功能安全和系統(tǒng)安全,。

　　機(jī)器人

　　采用工業(yè)4.0應(yīng)用助力智能機(jī)器人,，大大提高了工廠和倉庫的自動化水平。隨著工廠加快集成這些自主機(jī)器人,，眾多傳感器,、攝像頭和電機(jī)產(chǎn)生的大量數(shù)據(jù)推動了對推理和智能的需求。FPGA具有并行處理功能,，有助于聚合傳感器和攝像頭數(shù)據(jù)并快速分析大量信息,。CPU一次只能處理一批數(shù)據(jù)，而FPGA可以同時整合和處理多個功能,。

　　FPGA可以通過并行處理同時監(jiān)控多條通信總線,，使開發(fā)人員能夠跨各種連接類型工作，并快速安全地將更多數(shù)據(jù)引入流水線,。例如,，在汽車制造中，F(xiàn)PGA可以組合或多路復(fù)用來自多個高分辨率攝像頭的信號,，然后在這些信號到達(dá)SoC時將這些信號拆分,。

　　嵌入式實(shí)時網(wǎng)絡(luò)

　　隨著連接設(shè)備的數(shù)量遠(yuǎn)超以往，嵌入式實(shí)時網(wǎng)絡(luò)確保機(jī)器,、傳感器和攝像頭可以實(shí)時通信和交換數(shù)據(jù),。在工業(yè)4.0中，這意味著監(jiān)控,、控制和制造流程優(yōu)化可以實(shí)現(xiàn)無縫通信和數(shù)據(jù)交換,。

　　FPGA對于實(shí)現(xiàn)實(shí)時網(wǎng)絡(luò)至關(guān)重要,，因?yàn)樗鼈兡軌蛞缘脱舆t和穩(wěn)定的方式執(zhí)行信號處理和分析。對于制造業(yè)中的實(shí)時應(yīng)用,，這種低延遲和確定性對于工廠車間始終在線的功能和運(yùn)營至關(guān)重要,。

　　預(yù)測性維護(hù)

　　隨著工業(yè)4.0的發(fā)展，預(yù)測性維護(hù)功能也隨著物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備,、云計(jì)算和高級分析的集成而不斷發(fā)展,。預(yù)測性維護(hù)使用數(shù)據(jù)分析、傳感器和機(jī)器學(xué)習(xí),，實(shí)時監(jiān)控設(shè)備運(yùn)行狀況,、提高預(yù)測準(zhǔn)確性并優(yōu)化維護(hù)計(jì)劃，從而提高運(yùn)營效率,、最大限度地減少停機(jī)時間并節(jié)省成本

　　FPGA對于實(shí)現(xiàn)預(yù)測性維護(hù)至關(guān)重要,，因?yàn)樗鼈兡軌蛞猿凸奶峁└咚傩阅堋Ｔ诟咝阅芗映窒驴梢钥焖賹?shí)時檢測異常運(yùn)行狀態(tài),，降低設(shè)備故障風(fēng)險,。同時，其節(jié)能設(shè)計(jì)可在低功耗下實(shí)現(xiàn)連續(xù)監(jiān)控,，從而根據(jù)實(shí)時反饋及時采取維護(hù)措施,，最大限度地降低運(yùn)營成本。

　　功能安全

　　隨著工業(yè)4.0中的系統(tǒng)變得更加互連和自主,，功能安全（FuSa）可確保系統(tǒng)或設(shè)備在響應(yīng)輸入或出現(xiàn)故障時安全,、正確地運(yùn)行。FPGA已成為實(shí)現(xiàn)功能安全的高效工具,，特別是其可定制和可重新編程的特性,。FPGA可以實(shí)現(xiàn)安全關(guān)鍵功能，例如直接在工業(yè)系統(tǒng)中進(jìn)行監(jiān)控,、控制和診斷,。

　　萊迪思的軟件設(shè)計(jì)工具經(jīng)過最新安全設(shè)計(jì)方法認(rèn)證，與FPGA配合使用,，為設(shè)計(jì)人員提供了極大的靈活性,，幫助他們在安全關(guān)鍵應(yīng)用中實(shí)施和開發(fā)功能安全。

　　系統(tǒng)安全

　　增強(qiáng)互連在制造業(yè)中可能會帶來新的安全威脅,。事實(shí)上,，制造業(yè)正在經(jīng)歷的網(wǎng)絡(luò)攻擊比其他任何行業(yè)都多，尤其是在云端,。FPGA在實(shí)時硬件可信根（HRoT）產(chǎn)品中集成了“加密敏捷”功能,，以增強(qiáng)對服務(wù)器平臺和其他連接設(shè)備應(yīng)用的保護(hù)，在從系統(tǒng)上電到斷電的整個攻擊面上為組織提供保護(hù),。

　　此外,，提供HRoT功能的FPGA具有專用的加密和非對稱引擎,，可防止代碼被擦除、讀取或重寫,，從而利用數(shù)字簽名確保所使用的代碼是正確的代碼,。它們還建立了唯一的器件標(biāo)識，在允許數(shù)據(jù)交換之前進(jìn)行驗(yàn)證,，確保系統(tǒng)的核心功能和關(guān)鍵組件始終受到保護(hù),。

　　支持工業(yè)4.0的未來

　　隨著工業(yè)4.0的持續(xù)發(fā)展，對先進(jìn)計(jì)算和互連解決方案的需求只增不減,。FPGA因其獨(dú)特的功能（包括靈活性和可定制,、并行處理,、高速性能和低功耗以及HRoT基礎(chǔ)設(shè)施）而成為賦能和實(shí)現(xiàn)工業(yè)4.0關(guān)鍵應(yīng)用的重要工具,。FPGA幫助制造商快速、安全地優(yōu)化工業(yè)運(yùn)營,、增強(qiáng)互連并適應(yīng)不斷變化的環(huán)境,。

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