制造商正努力適應(yīng)新技術(shù)的互聯(lián)方法，以提高效率和生產(chǎn)力，這就是工業(yè)4.0的核心導(dǎo)向。然而，下一個工業(yè)階段已經(jīng)近在咫尺。來自Swindon Silicon Systems的銷售總監(jiān)Richard Mount為我們概述了工業(yè)5.0及在其發(fā)展中定制集成電路的作用。

眾所周知，工業(yè)4.0是指在制造業(yè)中實現(xiàn)自動化和數(shù)據(jù)交換的一體化。這個時代的基礎(chǔ)是數(shù)據(jù)和互聯(lián)設(shè)備的廣泛應(yīng)用、高級分析和機(jī)器學(xué)習(xí)、更深層次的人機(jī)連接以及3D打印等先進(jìn)工程技術(shù)。工業(yè)5.0將這些元素發(fā)展得更為深遠(yuǎn)。這場新的工業(yè)革命拓展了工業(yè)4.0的框架，歐盟將其描述為“一種超越追求效率和生產(chǎn)力，進(jìn)一步強(qiáng)化工業(yè)對社會作用和貢獻(xiàn)的工業(yè)愿景”。現(xiàn)在討論工業(yè)5.0可能顯得有些冒進(jìn)。畢竟，我們還處于工業(yè)4.0的中期階段。然而，考慮到人工智能和機(jī)器學(xué)習(xí)等技術(shù)的快速發(fā)展，對下一個工業(yè)階段的形成進(jìn)行思考是有益的。

超個性化

個性化在很多領(lǐng)域已經(jīng)取得了成功——比如Netflix主頁根據(jù)用戶喜好的不同，展示不同的內(nèi)容，一些全球最大的連鎖餐廳則允許食客根據(jù)個人口味自行添加和減少食材。但是在制造領(lǐng)域，如何擁抱大規(guī)模定制的時代呢？

大規(guī)模定制一詞似乎有些自相矛盾。然而，依托于工業(yè)5.0的理念，大規(guī)模定制制造將成為可能。3D打印和計算機(jī)輔助設(shè)計等先進(jìn)技術(shù)無疑將成為其發(fā)展的核心。除了生產(chǎn)技術(shù)之外，大規(guī)模個性化還依賴于收集和利用數(shù)據(jù)，以了解個人偏好并提供定制產(chǎn)品。

制造商可以利用大數(shù)據(jù)分析、人工智能和機(jī)器學(xué)習(xí)來處理大量數(shù)據(jù)。通過分析客戶偏好、購買模式和人口統(tǒng)計信息，制造商可以定制產(chǎn)品以滿足個人需求。這種數(shù)據(jù)驅(qū)動的方式有助于創(chuàng)建個性化的產(chǎn)品配置、包裝、品牌和定價。

在制造層面，數(shù)據(jù)對于實現(xiàn)個性化同樣至關(guān)重要。例如，通過數(shù)字系統(tǒng)和數(shù)據(jù)庫，制造商可以訪問各個客戶的規(guī)格來指導(dǎo)制造過程，并確保根據(jù)所需的配置生產(chǎn)個性化產(chǎn)品。

數(shù)據(jù)還可以實時監(jiān)控生產(chǎn)過程。通過集成來自傳感器和物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備的數(shù)據(jù)，制造商可以跟蹤整個生產(chǎn)線個性化產(chǎn)品的進(jìn)度。這種實時監(jiān)控有助于識別和解決可能出現(xiàn)的任何偏差或問題，確保準(zhǔn)確高效地制造個性化產(chǎn)品。

人與機(jī)器

工業(yè)4.0專注于保證質(zhì)量、流程和數(shù)據(jù)收集的一致性，而工業(yè)5.0在關(guān)注這些目標(biāo)的同時，更強(qiáng)調(diào)高技能人員和機(jī)器人并肩工作。這無疑將進(jìn)一步刺激協(xié)作機(jī)器人在工廠車間的出現(xiàn)。

雖然從歷史上看，協(xié)作機(jī)器人并未受到像工業(yè)機(jī)器人那樣的歡迎，但有一些推動因素加速了它們的應(yīng)用，其中包括工業(yè)5.0。然而，隨著機(jī)器人離開固定的工作區(qū)，更加密切地與人類合作，對其行動的精準(zhǔn)控制變得至關(guān)重要。

協(xié)作機(jī)器人利用大量的傳感器來選擇路徑、感知環(huán)境變化，并在復(fù)雜情況下做出正確的判斷。例如，扭矩傳感器為機(jī)器人提供了“觸覺”感，使它們能夠與環(huán)境安全地交互。大多數(shù)扭矩傳感器都采用應(yīng)變計，將施加的壓力轉(zhuǎn)換為可測量的電信號。通過組合多個儀表，扭矩傳感器可以確定力的強(qiáng)度和方向。這使得協(xié)作機(jī)器人能夠巧妙地處理和組裝易碎物品，而不會造成損壞。

為了幫助協(xié)作機(jī)器人成功區(qū)分無生命物體和人類同事，使用了壓電、壓阻、電容和彈性電阻等觸覺傳感器。壓電技術(shù)可以從協(xié)作機(jī)器人的關(guān)節(jié)收集數(shù)據(jù)并將該信息傳輸?shù)娇刂破?。電容式傳感器可以充?dāng)接近傳感器，讓協(xié)作機(jī)器人在檢測到路徑中存在物體時放慢速度。大多數(shù)檢測傳感器（例如區(qū)域傳感器）可以在人類工作人員靠近時幫助其減速或停止，避免碰撞。

傳感器技術(shù)還可以幫助機(jī)器人維護(hù)。溫度傳感是機(jī)器人自我診斷的重要組成部分，因為過熱部件是故障的良好指示。此外，機(jī)器軸模式（由線性編碼器中的智能傳感器確定）可用于預(yù)測不同零件的磨損程度，從而預(yù)測何時需要更換。

里面的ASIC

第三件需要了解的事情，也是這些工業(yè) 5.0 趨勢背后的一項基礎(chǔ)技術(shù)，是定制 IC 的作用。很明顯，支撐工業(yè) 5.0 的主題依賴于一件事——智能傳感器。而且，在這些傳感器背后，ASIC 可以實現(xiàn)更智能、更小、更復(fù)雜的最終結(jié)果。

ASIC 通常設(shè)計為直接與傳感器元件連接，從而實現(xiàn)高效、準(zhǔn)確的信號采集。它們可以提供傳感器特定的調(diào)節(jié)、放大、濾波和傳感器模擬輸出的數(shù)字化，以簡化傳感器系統(tǒng)設(shè)計并提高整體性能。

如果需要，ASIC 還可以通過集成電源管理功能（例如電壓調(diào)節(jié)器）來優(yōu)化智能傳感器系統(tǒng)內(nèi)的功耗。其他功能包括數(shù)據(jù)通信，ASIC 設(shè)計包括 UART、SPI、I2C 等通信接口，甚至無線協(xié)議，以實現(xiàn)與外部設(shè)備或網(wǎng)絡(luò)的無縫數(shù)據(jù)傳輸。雖然其中一些要求可以使用現(xiàn)成的 IC 來實現(xiàn)，但 ASIC 路線有很多好處。

首先，ASIC 設(shè)計允許在重要的性能上進(jìn)行投資。例如，在協(xié)作機(jī)器人的位置傳感器中，這可能是非線性規(guī)范，相當(dāng)于不同比例點(diǎn)的精度。它同樣可能成為低頻噪聲的積極目標(biāo)，而低頻噪聲無法輕易平均消除。這就是與經(jīng)驗豐富的 ASIC 合作伙伴合作帶來的好處：整個信號路徑可以優(yōu)化和模擬到最精細(xì)的細(xì)節(jié)，并且可以部署經(jīng)過驗證的 IP 和專業(yè)知識。

此外，PCB 的尺寸也減小了，從而使設(shè)備變得更小、更輕，從而提高了動態(tài)性能，并且能夠服務(wù)于新的應(yīng)用。組裝變得更加簡單，并且電子設(shè)備可以得到更好的保護(hù)，免受環(huán)境因素的影響。一些客戶還看重它為其電路 IP 提供的保護(hù)，特別是那些在智能工業(yè) 5.0 設(shè)備方面處于領(lǐng)先地位的客戶或致力于高度個性化產(chǎn)品的客戶，因為單片集成電路比標(biāo)準(zhǔn)部件集合更難進(jìn)行逆向工程在顯而易見的情況下連接在一起。

雖然許多制造商都在著手掌握工業(yè) 4.0，但了解下一階段的工業(yè)將如何形成變得前所未有的重要?，F(xiàn)在技術(shù)發(fā)展的速度之快意味著工業(yè) 5.0 的發(fā)展速度可能比許多人預(yù)期的要快。因此，了解即將發(fā)生的趨勢并深入了解對其成功至關(guān)重要的電氣元件是保持領(lǐng)先地位的關(guān)鍵。