從上世紀40年代以來，工業(yè)自動化出現(xiàn)了長足的發(fā)展。特別是在過去的一兩年甚至5年，在工業(yè)4.0的大背景下，整個工業(yè)市場出現(xiàn)了加速演變，例如無人工廠。
日前，在德州儀器舉辦的媒體見面會上，德州儀器處理器業(yè)務(wù)部負責人Sameer Wasson和德州儀器中國區(qū)業(yè)務(wù)拓展總監(jiān)吳健鴻（Paul Ng）探討了在工業(yè)自動化加速的情況下需要采用什么樣的技術(shù)和解決什么困境。涉及三個議題：處理器在工業(yè)領(lǐng)域的當前機遇；通過先進集成，工廠變得越來越智能；機器人技術(shù)的演變。
Wasson指出，首先，在很多工業(yè)應(yīng)用里需要有通用平臺來解決問題?！坝泻芏喙I(yè)應(yīng)用很分散，應(yīng)用情景又不同，用不同的平臺去做研發(fā)設(shè)計會很花時間，而且沒法實現(xiàn)設(shè)計重用?！彼忉屨f。而如果能為研發(fā)提供統(tǒng)一的平臺，那么久可以讓研發(fā)成本、人員、功能、功耗等都可以實現(xiàn)優(yōu)化。再就是保密性和平臺性能的需求。
現(xiàn)在工業(yè)自動化的及機器視覺技術(shù)最終目的可能是要在工廠里做到員工越少越好，甚至做無人工廠。這就需要提高自動化的程度。在安全保密方面也很重要。很多設(shè)備原來都是獨立，現(xiàn)在則是互聯(lián)互通。在這種情況下，如果沒有保密，一旦系統(tǒng)遭到破解，可能帶來很大災(zāi)難。另外，要做無人工廠，也未必沒有人，哪怕有一個員工在里面，自動化也需要有安全性，以保證員工不會受到傷害。
用統(tǒng)一平臺去設(shè)計不同設(shè)備時，所需的性能越來越高?！艾F(xiàn)在有很多人用云端服務(wù)器去幫助做運算功能，很多工業(yè)應(yīng)用也在往云端推。但工業(yè)控制很多是實時控制，判斷和控制需要很快速地響應(yīng)。在這種情況下，云端服務(wù)器不一定是個很好的解決方案?！盬asson指出，這樣在工廠里就需要有強大的平臺，來做實時處理。也就是說，在數(shù)據(jù)的收集和處理部分，邊緣運算越來越重要，包括AI和實時控制等。越來越多的工廠以前可能用MCU，現(xiàn)在可能要用高性能的ARM處理器去解決。一方面在本地做運算，一方面有很多數(shù)據(jù)需要傳到云端，因此需要將本地運算和云服務(wù)整合在一起。云端連接又涉及有線/無線傳送、服務(wù)器連接和用網(wǎng)關(guān)連接等。這在工業(yè)里也是個很大的方向。
在工業(yè)自動化方面，越來越多的設(shè)備，包括機器人，需要互聯(lián)互通。工業(yè)自動化里需要用到很多傳感器，而不僅是簡單的溫濕度，還要有距離、激光雷達等。傳感應(yīng)用需要把數(shù)據(jù)傳到處理器去做實時判斷。邊緣運算又包括AI和實時控制。最后，與一般的IoT應(yīng)用一樣，工業(yè)傳感器需要做到低成本，要具備確定性。機器需要根據(jù)傳感器所給信息去做判斷，若數(shù)據(jù)傳送不對，或是沒有傳數(shù)據(jù)，都有可能對工廠造成很大影響。
“舉例來說，我們可能用多足機器人去做農(nóng)業(yè)應(yīng)用。機器人里有很多電機，腳踝上需要有傳感器。當它在不同田地里走時，需要將數(shù)據(jù)傳送回去，以便實時判斷在不平路上怎么走才不會摔倒。在很多場合，我們都能看到類似要求?！彼a充說。
綜合來說，對于工業(yè)4.0來說，控制、傳感和通信三者是核心。除此之外，還要做到安全和保密，要為之提供電源，以及保護和隔離。
工業(yè)用通信和一般的通信不一樣。一般的通信有4G、5G、WiFi和藍牙等，這些在工業(yè)里確實也有需求，但是在工業(yè)里很多邊緣設(shè)備需要實時控制和實時通信，因此需要采用Ethercat、Profibus等。工業(yè)4.0設(shè)備需要有通信能力，而很多大工廠買的設(shè)備都來自不同公司，互聯(lián)互通就需要有標準來保證。
另外像智能部分，AI更有可能是分布式的。“也就是每個設(shè)備都有一定AI能力，這就是分布式智能?！彼忉屨f。時間掌控也非常敏感，而新的TSN協(xié)議可滿足高實時性要求?！癟SN對所有通信協(xié)議都支持，比如最老的CAN、較新的Ethercat。這樣就可以實現(xiàn)過渡的問題，可用來幫助做網(wǎng)關(guān)設(shè)計。”他再次解釋說。工業(yè)4.0是個過程，不可能一蹴而就。老設(shè)備和新設(shè)備怎么做好互聯(lián)，是需要解決的問題。
從整個工廠來說，會越來越多從系統(tǒng)去考慮。不管是PLC、CNC機床，還是簡單的電機控制、機器手臂，都需要互聯(lián)互通。這就需要有相對強的網(wǎng)絡(luò)處理器和網(wǎng)關(guān)處理器。這就有可能用到TI的Sitara處理器?！坝锌赡苁茿RM單核或多核，也有可能是ARM+DSP。在這樣的處理器里面，我們有AM6x系列的產(chǎn)品，很適合做工業(yè)傳感、工業(yè)通信和工業(yè)控制，包括安全性?！彼榻B說，“剛才也談到，在智能設(shè)備里要去考慮周邊人員的人生安全，這需要符合工業(yè)安全標準，比如IEC61508。從低端、終端到高端，DSP和ARM都有，我們可以提供這樣一個平臺給客戶?！?/span>
在工廠里，需要有更智能的部分，有更多的問題需要去考慮?！氨热鐧C器本身需要去做自我判斷——以前是人判斷，現(xiàn)在無人——這需要做到實時，到底是往前走、停止，還是加速，需要邊緣運算?！眳墙▲櫻a充說，“在傳感部分，比如自動導(dǎo)引運輸車（AGV）在工廠里走來走去，它需要去檢測物體，避開人體，需要用到從汽車上擴展到工廠中的先進技術(shù)，比如雷達?！?br />
Sitara AM6x處理器有很多不同應(yīng)用，包括工業(yè)機器人、一體性機器人，用一個CPU去做多足機器人等。另外，在工控機（IPC）方面，除了x86平臺外，有很多人也希望有Arm平臺可供選擇。另外，其在航空設(shè)備的控制器、邊緣設(shè)備、工廠保護、運動控制、醫(yī)療監(jiān)控等方面都有應(yīng)用。
距離檢測是工業(yè)自動化里的一個熱門技術(shù)。有很多不同技術(shù)可使用，但在速度快、距離遠、精度好方面，毫米波雷達是最好。汽車里所用毫米波雷達以77GHz為主，但是不同國家和地區(qū)有不同標準。為了避免與汽車應(yīng)用相互干擾，工業(yè)標準一般采用60GHz頻率。吳健鴻介紹說，精準邊緣運算需要精準傳感。TI針對工業(yè)應(yīng)用推出的新的60GHz CMOS雷達中，有很多已經(jīng)整合了高速DSP，可以在雷達前端做高速運算。其帶寬很寬（4GHz），相比窄帶24GHz雷達帶寬高16倍，可以做到更精準測量。
下圖是帶有天線的雷達模塊。“一顆IC包括了毫米波雷達、DSP和天線。天線設(shè)計起來很不容易，體積又很小。我們希望幫工程師解決天線這些最困難的設(shè)計。只要把它放在pcb上，就可以達到要求?！眳墙▲櫧榻B說。他透露，甚至雷達上還帶有了DSP。傳統(tǒng)雷達只能獲得一個個點的原始數(shù)據(jù)，而帶有DSP的智能雷達，則可以在傳感側(cè)直接判斷出物體性質(zhì)。
另外，工廠里涉及不同原材料，對傳感的需求也不同。毫米波、激光、結(jié)構(gòu)光等技術(shù)沒有好不好的問題，而是要挑選合適技術(shù)去感知材料，解決不同問題。因此，系統(tǒng)設(shè)計往往不是只用一顆傳感器，而是會用傳感器融合，實現(xiàn)最好的判斷。
再就是在機器人方面，從傳統(tǒng)的工業(yè)機器人演變到新的協(xié)作機器人（cobot）。機器人加上AI，能夠?qū)崿F(xiàn)自主控制，從而作出更好的實時決策。這個技術(shù)也是來源于汽車中的ADAS技術(shù)。工業(yè)自動化還需要考慮安全性，汽車里的功能安全也可以應(yīng)用到工業(yè)里。
綜合來說，工業(yè)機器人有很多技術(shù)在不斷演變，不只是物體檢測，還有小車，例如叉車在工廠里行駛需要避開人。機器的體積和功耗也需要做到越來越小。傳感器在不同情境下進行判斷，需要綜合使用多個傳感器。這些都是工業(yè)機器人領(lǐng)域所遇到的問題。
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