工业4.0时代 半导体产业格局求变

　　工业4.0对世界的影响绝不仅限于带动了制造业的转型升级，对提供底层技术的半导体产业来说，由于涉及自动机器人、仿真器、云计算、物联网以及大数据分析技术等，对工业的生产制造、库储、物流，甚至产品设计流程进行改造，需要广泛采用微电子产品，如处理器、传感器和微控制器等。而全新市场需求必将推动各种微电子产品在技术层面的改变，进而驱动半导体企业在产业层面做出调整。在为半导体业提供市场机会的同时，也重塑着半导体产业。

　　在国务院印发《中国制造2025》发展规划之后，一场中国的工业4.0变革也在酝酿启动。这是一个巨大的而且难得的市场机遇。尽管中国集成电路产业起步较晚，与国际先进水平有显著差异——2014年集成电路进口额虽然略有收窄，依然达到2176亿美元，中国半导体企业仍应当抓住这个难得的时间窗口，在技术与企业运营层面做出相应调整，而不应错失发展机遇。

　　英飞凌：工业4.0是一个闭环

　　在先进制造业代表德国提出工业4.0概念后，工业4.0已经成为当今热词，只要论及产业升级、制造业转型，几乎无人不谈工业4.0。近日《中国电子报》在采访德国工业4.0理事会成员、半导体大厂英飞凌时，其工业和多元化电子市场业务部微控制器业务高级总监Maurizio Skerl表示：“对于工业4.0，我们可以将其理解为通过互联网将相关要素连接起来，使得不仅生产线和生产设备更加智能化，同时被生产和加工的产品本身也将变得智能，并参与到被生产和制造的流程中来。”

　　也就是说，工业4.0应当是一个闭环的过程。它推动的是工业的智能化升级，而非仅仅自动化，更重要的是推动信息化升级，即通过传感、机器视觉等系统的应用，形成大数据的采集、反应和对未来的预测，在产品的开发和制造、产品的设计和制造、产品的质量和管理体系三方面形成有效闭环。

　　“提到工业4.0，人们往往都会注意到工厂的智能化，却往往忽视了智能产品。”Maurizio Skerl 强调，“事实上，工业4.0包括两大要素：智能工厂和智能产品。智能产品有利于多个领域的改变，包括公司的生产物流管理、人机交互、未来工业生产过程管理等。产品变得更加智能，可以在任何时候被定位、识别和沟通。在智能产品的生产流程中，我们可以在每个产品中，通过植入电子标签或外部传感的方式，在信息物理系统架构下，产品能告诉制造流程自己应该被怎样制造，自己知道它已经做到什么步骤、下一步应该做什么，并控制下一步骤应该去哪个工厂。”

　　芯片：解决联、感、知等基础问题

　　那么，具备如此先进理念的工业4.0应当如何落实呢?无疑，工业4.0是一个愿景，特别是在中国的制造业发展水平差异巨大，很多企业自动化阶段尚没有完成的时候。但是，它又是一个正在实施的渐进过程。“这将是一个渐进的过程，改造大致应经历四个阶段，分别是自动化升级、信息化升级、工厂内的互联网化、产业链整体互联网化。”华泰证券研究员章诚表示。“实施过程中要注意几大要素：更多地实现工厂自动化、各行业间横向和纵向更深地互相融合，中国控制向分散智能控制转变，以及大数据的分析。”Maurizio Skerl表示。

　　“具体来说，工业4.0的整体架构将大致由“云、网、端”三大部分组成。“云”是指工业大数据及工业云。对数据进行采集、反应和预测，形成可行为的大数据。“网”是指工厂内物联网及覆盖产业链整体的工业互联网。“端”是指智能机床、机器人、传感器、机器视觉等智能生产设备，AGV、服务机器人等智能物流设备。智能生产终端是核心。”章诚表示。

　　就半导体技术在其中扮演的角色，Maurizio Skerl指出：“芯片处于整个工业4.0架构的基础，它解决的是上述架构中的联、感、知等基础问题和执行问题。具体到产品，则涉及工业传感器、微控制器、电子标签、和高效的功率器件等。具体来说，高精度的工业传感器是捕捉工业4.0环境下有效数握的关键，收集到有意义的数据后，高性能的微控制产品进行数据的分析和计算，从而发出指令对生产进行智能控制，微控制器再将指令传达给功率半导体，保障高能效地生产。此外，在整个生产流程中，数据的安全，设备的防伪贯穿始终，安全芯片可为智能生产的数据和信息安全提供保障。”

　　技术趋势：在新需求之下形成

　　工业4.0环境下的这样一种“云网端”系统结构的搭建，无疑会对底层的半导体技术形成新的更高要求。总结起来，大致包括几个重要趋势。首先，工业以太网的建设需要支持多协议的通信芯片。“工业以太网，互联互通、实时控制，进而实现安全、节能将是智能工厂的核心技术。”瑞萨电子通用解决方案中心综合营销部副部长王均峰在接受《中国电子报》记者采访时表示。具体而言，包括生产设备联网实现自律协调作业的M2M，通过网络获取大数据的应用，开发、销售、ERP、PLM、SCM等业务管理系统与实际生产过程之间的协同。因为现代智能工厂有四大关键点：一是要连接所有网络以拿到数据;二是要有智能机器;三是大数据，将所有设备、所有人连接后，所有数据都大批量传送到智能终端上;四是分析，得到数据后从中抓取出应的趋势来，提高设备状态的检测和预测。要确保上述要点的实现，王均峰认为：“高速传输、大数据、保证实时性安全性和节能均十分关键。而这正是工业以太网构建的要旨。”然而，不同厂商支持的工业以太网标准各不相同，包括PROFINET(RT/IRT)、EtherCAT、 CC-Link IE、DeviceNet、、EtherNet/IP、Modbus TCP、CANopen等。“这就需要开发同时支持多协议的通信芯片，当然开发过程中需要考虑以太网协议的实现、应用开发、硬件开发、一致性测试等，从开发到量产需要很长时间。”王均峰说。