朝向智能工廠轉(zhuǎn)型的工業(yè)4.0及其所需的技術(shù)，為半導(dǎo)體制造商以及實(shí)現(xiàn)成功提供了龐大的潛力。

目前，經(jīng)常被稱(chēng)為“工業(yè)4.0”(Industry 4.0)或是德國(guó)所稱(chēng)的‘Industrie 4.0’典范轉(zhuǎn)移正在進(jìn)行中。在國(guó)際間的使用習(xí)慣上，(工業(yè))物聯(lián)網(wǎng)(Industrial IoT)、智能工廠或是虛實(shí)整合(生產(chǎn))系統(tǒng)等專(zhuān)有名詞通常都可以互換用于代表同一件事情。工業(yè)4.0意指工業(yè)價(jià)值鏈及其產(chǎn)品朝向數(shù)位化與網(wǎng)路化發(fā)展的全球趨勢(shì)。

工業(yè)4.0的高度發(fā)展(特別是在德國(guó))，絕非僅僅發(fā)生在商業(yè)世界。工業(yè)4.0因?yàn)槠鋵?duì)于經(jīng)濟(jì)帶來(lái)的沖擊，例如進(jìn)一步地發(fā)展德國(guó)制造業(yè)的競(jìng)爭(zhēng)力，因而也受到政治面的驅(qū)動(dòng)。在這樣的氛圍之下，政府官員開(kāi)始推動(dòng)一項(xiàng)結(jié)合供應(yīng)商與使用者公司觀點(diǎn)的雙重策略，主要著眼于工業(yè)自動(dòng)化以及工廠設(shè)計(jì)。為此，對(duì)于制造商來(lái)說(shuō)，重要的是將最新技術(shù)用于其生產(chǎn)制程中，以及將這些技術(shù)與產(chǎn)品推廣到市場(chǎng)上。

從主導(dǎo)供應(yīng)商的角度而言，資訊或通訊技術(shù)與典型高科技方案的整合，主要是用來(lái)擴(kuò)展生產(chǎn)部門(mén)以及其技術(shù)。為了實(shí)現(xiàn)如此的擴(kuò)展，必須滿(mǎn)足由于市場(chǎng)動(dòng)態(tài)與復(fù)雜度日益升高而出現(xiàn)的先決條件。從制造商的觀點(diǎn)來(lái)看，設(shè)計(jì)出適合新市場(chǎng)并且在往后可以服務(wù)這些市場(chǎng)的智能技術(shù)與產(chǎn)品十分重要。因應(yīng)供應(yīng)商與制造商的需求，公司需要有能夠因應(yīng)這兩種觀點(diǎn)的策略。舉例來(lái)說(shuō)，半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)的公司就很擅長(zhǎng)采用這些雙重策略。

許多半導(dǎo)體制造商都能處理這種復(fù)雜的概念，將自家生產(chǎn)線轉(zhuǎn)型為全自動(dòng)化的智能工廠，例如Analog Devices (ADI)。此外，這些制造商也為同屬制造領(lǐng)域的其他公司提供了創(chuàng)新的技術(shù)，協(xié)助將其制造設(shè)施轉(zhuǎn)換成智能工廠。因此，中小型企業(yè)在此扮演了重要角色，因?yàn)樗麄兪堑聡?guó)工業(yè)的主要組成(比重超過(guò)98%)。究竟，工業(yè)4.0實(shí)際的支援類(lèi)型為何，半導(dǎo)體制造商面對(duì)的挑戰(zhàn)，以及它將帶來(lái)什么樣的機(jī)會(huì)，這些問(wèn)題都會(huì)在文中逐一探討。

公司必須決定其制造設(shè)施是否要轉(zhuǎn)型成智能工廠，而其所代表的則可能是無(wú)意義的努力，或者是以相應(yīng)地成本降低實(shí)際提升生產(chǎn)力。

為了找到這些關(guān)鍵問(wèn)題的答案，多家市場(chǎng)研究公司已經(jīng)進(jìn)行大量的研究了。他們都得到了相同的結(jié)論：工業(yè)4.0將會(huì)對(duì)中小型企業(yè)提供附加價(jià)值，而企業(yè)也應(yīng)該抓住相關(guān)機(jī)會(huì)，借以鞏固其公司的成功。特別是對(duì)于半導(dǎo)體制造商而言，其研究的結(jié)果可以分成三個(gè)部份：新技術(shù)、新產(chǎn)品的提供以及新事業(yè)模式。這三個(gè)方面結(jié)合起來(lái)就涵蓋了生產(chǎn)及其產(chǎn)品的整體價(jià)值鏈——起始于傳感器節(jié)點(diǎn)，透過(guò)云端，然后到達(dá)下游服務(wù)。

就轉(zhuǎn)型至智能工廠而言，在智能化以及節(jié)能產(chǎn)品方面有著強(qiáng)制性的需求，或者甚至是可以透過(guò)簡(jiǎn)單的方法(例如即插即用)整合至現(xiàn)有生產(chǎn)架構(gòu)的完全自動(dòng)化系統(tǒng)。這些系統(tǒng)是由各種半導(dǎo)體元件與傳感器，并結(jié)合類(lèi)比與數(shù)位訊號(hào)處理IC而組成的。價(jià)值鏈從這些元件開(kāi)始——首先，傳感器負(fù)責(zé)收集來(lái)自于現(xiàn)實(shí)世界的數(shù)據(jù)，接著必須在數(shù)位領(lǐng)域內(nèi)轉(zhuǎn)換與處理數(shù)據(jù)(圖1)。

圖1：智能工廠的訊號(hào)鏈

新的需求是什么？
隨著價(jià)值鏈的發(fā)展，市場(chǎng)需求也需要隨之改變。這就是為何半導(dǎo)體制造商必須調(diào)整自家企業(yè)及其產(chǎn)品以因應(yīng)智能工廠現(xiàn)實(shí)之故。技術(shù)的趨勢(shì)正朝著智能化與節(jié)能產(chǎn)品，以及整合安全防護(hù)與能量采集等功能的方向發(fā)展。這樣的元件，或是更完整的系統(tǒng)看起來(lái)就如圖2所示，采用ADI以MEMS為基礎(chǔ)的加速度計(jì)ADXL356。

ADXL356是一款低成本、低雜訊的三軸加速度計(jì)，具有高達(dá)±40g的量測(cè)范圍(FSR)。此元件的關(guān)鍵特點(diǎn)在于具有極低的偏置漂移以及低功率耗損。由于ADXL356采用高度密閉的封裝方式，因此特別適合在嚴(yán)苛環(huán)境中進(jìn)行精密的傾斜量測(cè)、高解析度的振動(dòng)量測(cè)，以及在低電流或是以電池運(yùn)作的無(wú)線傳感器網(wǎng)路中實(shí)現(xiàn)高性能(長(zhǎng)時(shí)間)的測(cè)量，例如用于結(jié)構(gòu)健康監(jiān)測(cè)(SHM)、姿態(tài)航向參考系統(tǒng)(AHRS)或是其它各種猛然間受到過(guò)多力度的應(yīng)用裝置。
ADXL356形成了系統(tǒng)的基礎(chǔ)，然后再以更多的功能加以延伸：透過(guò)類(lèi)比數(shù)位轉(zhuǎn)換器(ADC)、微控制器，以及各種類(lèi)比與數(shù)位元件，部份絕緣或是支援乙太網(wǎng)路(Ethernet)、6LpoWPAN或ADRadioNet等通訊標(biāo)準(zhǔn)的無(wú)線介面，實(shí)現(xiàn)整合型訊號(hào)處理功能。ADI開(kāi)發(fā)的ADRadioNet通訊標(biāo)準(zhǔn)是一種無(wú)線的自愈多點(diǎn)跳躍通訊協(xié)定，具有高可擴(kuò)展性與低記憶體消耗等特性。此外，整合的加密方式像是AES-128與AES-256改善了安全性，以避免可能的網(wǎng)路攻擊。最后，功能安全在這些系統(tǒng)的開(kāi)發(fā)過(guò)程中扮演了重要的角色，因?yàn)檫@一點(diǎn)在智能工廠架構(gòu)下也具有相等的重要性。

對(duì)于半導(dǎo)體制造商而言，未來(lái)若只是延伸其傳感器與其它半導(dǎo)體元件的范圍是不夠的。為了要在市場(chǎng)上被認(rèn)可為一家全球廠商，以及深入開(kāi)發(fā)工業(yè)4.0的完整潛力，現(xiàn)有產(chǎn)品的范圍必須要以通訊和低功率微處理器技術(shù)予以擴(kuò)展。例如，ADI為通訊領(lǐng)域提供多個(gè)使用HART數(shù)據(jù)機(jī)的解決方案，可利用既有的基礎(chǔ)架構(gòu)，以相當(dāng)簡(jiǎn)單的方式改善傳統(tǒng)的匯聚型通訊網(wǎng)路，實(shí)現(xiàn)其新的節(jié)能技術(shù)。

圖2：以MEMS為基礎(chǔ)的智能傳感器解決方案

根據(jù)市場(chǎng)研究顯示，中小企業(yè)希望得到制造商與供應(yīng)商的大力支持，以便更快且更具效率地將新產(chǎn)品整合于其系統(tǒng)中。透過(guò)這種方式，企業(yè)就可以減少額外的工作，且能持續(xù)地專(zhuān)注于其核心事業(yè)上。尤其是供應(yīng)商企業(yè)之間的合伙或合作計(jì)劃，都可以被視為是支援的類(lèi)型。

因?yàn)楣I(yè)4.0有著許多的優(yōu)點(diǎn)，許多相關(guān)的問(wèn)題也隨之而起，像是為何有許多的企業(yè)至今仍未投資打造自家智能工廠？

猶豫的原因
投資的主要障礙之一就是對(duì)于智能工廠感受到的非利益因素及其有關(guān)的成本。舉例來(lái)說(shuō)，由于缺乏貨幣評(píng)估的標(biāo)準(zhǔn)，因此目前想要計(jì)算投資率仍然是相當(dāng)困難的。所以半導(dǎo)體制造商必須提升其客戶(hù)的認(rèn)知，并提供能夠展現(xiàn)智能工廠優(yōu)點(diǎn)的教育材料，同時(shí)也要指出在投資時(shí)所能獲得的價(jià)值。

然而，投資的進(jìn)行不能只限于有意愿要將自家設(shè)施轉(zhuǎn)型為智能工廠的中小企業(yè)。智能化解決方案的供應(yīng)來(lái)源，例如半導(dǎo)體制造商，必須要投資于其產(chǎn)品上，甚至可能要投資于各種事業(yè)部門(mén)所需的重新建構(gòu)方面。對(duì)于新的技術(shù)與事業(yè)模式，以及行銷(xiāo)活動(dòng)、資格評(píng)估以及銷(xiāo)售管理的開(kāi)發(fā)與擴(kuò)展而言，投資是必要的。

隨著生產(chǎn)領(lǐng)域的轉(zhuǎn)型，數(shù)據(jù)與IT安全等領(lǐng)域的重要性不斷地受到重視。這些主題不只是成功導(dǎo)入工業(yè)4.0的重要需求而已，還必須持續(xù)地實(shí)施于數(shù)位系統(tǒng)當(dāng)中，做為關(guān)鍵的接納與成功的因素。

對(duì)于許多公司而言，重要的是在實(shí)施工業(yè)4.0的早期階段即設(shè)定基本策略課程，以相關(guān)技術(shù)匯整經(jīng)驗(yàn)。然而，這個(gè)過(guò)程需要相當(dāng)?shù)哪托裕驗(yàn)樵S多相應(yīng)技術(shù)在5至10年或更長(zhǎng)的時(shí)間內(nèi)都還不太可能充份地發(fā)揮潛力。因此，工業(yè)4.0的實(shí)施過(guò)程將會(huì)需要很長(zhǎng)的時(shí)間。此外，由于缺乏一套清楚的定義，因此哪一種工業(yè)4.0將被完整執(zhí)行并沒(méi)有確切的日期。與其討論工業(yè)革命，改用“工業(yè)演進(jìn)”這樣的說(shuō)法還更具意義。

隨著生產(chǎn)環(huán)境的改變，新的廠商與競(jìng)爭(zhēng)者也會(huì)出現(xiàn)或是影響市場(chǎng)。各種聯(lián)盟也會(huì)隨之出現(xiàn)，并將以一種更有意義的方式塑造生產(chǎn)的形象。工業(yè)或是企業(yè)的未來(lái)將越來(lái)越不必在工廠內(nèi)決定。軟體與服務(wù)領(lǐng)域也將會(huì)扮演重要角色，因?yàn)橹挥袑⑻摂M與現(xiàn)實(shí)的世界加以連結(jié)與合并，才能確保有更強(qiáng)大的生產(chǎn)潛力。

對(duì)于企業(yè)而言，目前的發(fā)展步調(diào)顯然正加速中，假如錯(cuò)過(guò)了這一波大勢(shì)，往后將很難以再跟上腳步。

因此，企業(yè)不再只是把工業(yè)4.0當(dāng)作是一個(gè)短暫炒作的話(huà)題。同時(shí)，目前的市場(chǎng)發(fā)展也清楚地顯示出業(yè)界朝向工業(yè)4.0與智能工廠前進(jìn)之勢(shì)不可擋。至于缺少標(biāo)準(zhǔn)、缺少安全性、缺乏知識(shí)等大問(wèn)題，顯然也就相對(duì)地變成小問(wèn)題了。此外，對(duì)于未來(lái)生產(chǎn)環(huán)境的疑慮也隨之減少了。

總而言之，朝向智能工廠轉(zhuǎn)型的工業(yè)4.0及其所需的技術(shù)，為半導(dǎo)體制造商與其成功提供了龐大的潛力。