| |
解析工業4.0中的硬體商機
毋庸置疑，以工業4.0為代表的智慧製造正在改變未來製造業的形態。在這個新的製造體系中，資料成為靈魂性的要素，處於核心地位。不過這並不意味著硬體實體在工業4.0中會被邊緣化，畢竟資料的價值還是需要通過硬體作為載體在現實世界中呈現出來。因此，智慧製造中「資料」的崛起，也會給硬體帶來了難得的商機。我們不妨沿著工業4.0中“資料流程”的走向，觀察一下各個環節中硬體的“錢途”。
傳感
在工業控制系統中，感測器是資料獲取端，它們負責將工業現場的大量非電量的物化參數轉化成電信號，再由系統從中解讀出關鍵的資料資訊，作為控制決策的依據。智慧製造對資料的依賴必然會刺激對感測器的需求，未來工業市場對壓力、位移、加速度、角速度、溫度、濕度、氣體、光敏等多種感測器的需求，會呈現整體提升的態勢。有資料顯示，中國工業感測器市場規模在2014年為143.1億元，到2019年將增長到242.2億元，保持著超過兩位數的增長率。
圖1，中國工業感測器市場預測
另外值得關注的還有作為機器視覺核心部件的CMOS圖像感測器市場的增長，按照IC Insights的預測，全球工業用CMOS圖像感測器市場將從2015年的3.96億美元增長到2020年的9.12億美元。加之多目三維視覺在工業場景中的應用，通過圖像感測器收集的圖像資料也會更為豐富，作用也會更為突出，因此圖像感測器也成為工業感測器市場中不容小視的一塊“蛋糕”。
互連
智慧製造系統生成的資料，需要經由一個迅捷、可靠的網路進行傳輸和共用。德國的《工業4.0研發白皮書》中將無線技術作為工業4.0網路通信技術研究的重要部分。無線互連技術與傳統的有線工業通信相比，優勢明顯：一是網路建設和維護成本低，據測算使用無線技術的測控系統其安裝與維護成本可降低90%；二是增強了生產線中設備配置的靈活性，更符合智慧製造“大規模定制”願景所需的“柔性”要求；三是可適應多樣性的組網應用場景需要，Mesh、星型多種網路按需部署。
因此，不論是工業領域原有的無線協議——如WIA-PA、Wireless HART和ISA，還是通用的無線協議——如WiFi、Zigbee、NFC、Bluetooth、2G/3G/4G移動蜂窩通信，都在向工業領域滲透。目前如何將NB-IoT等新興的LPWAN無線通訊技術融合到工業應用中，也已經被列入一些公司的考量清單中。5G也在工業4.0的視野之中，按照計畫將在2018年實現公共5G網路基礎設施的設計和標準，為工業提供廣域網路絡服務。
不過在工業應用中，對於無線通訊有更特殊的要求，特別是在可靠性和低時延等方面。因此一些通用的無線技術會短期內還是主要用於設備和產品資訊的採集、內部資訊交互等非即時控制的場景，未來它們會與即時工業控制網路形成複合的通信系統，為資料架設高效可靠的通道。
目前，無線互連與傳感技術也在走向融合，具有無線資料通信功能的無線感測器也會成為一個新的市場增長點，基於此構成的無線感測器網路，可以擺脫傳統感測器匯流排的束縛，讓資料彙聚的方式更為靈活，成本也更低。以中國市場為例，2014年中國工業無線感測器在整體工業感測器市場中約占4.3%，市場規模為6.2億元；到2019年，工業無線感測器的市場占比將達到為10%，市場規模也將達到24.2億元，年複合增長率高達27.1%。在此基礎上，感測器產品還可疊加其他諸如能量採集等技術，形成更加多元化的品類，擴張自身的應用版圖。
圖2，中國工業無線感測器市場預測
無線互連的藍圖固然讓人興奮，但是在工業領域有線連接這樣的“老司
機”同樣不可或缺，特別是在需要高頻寬、高可靠、快速回應的工業資料通信應用中。由此催生了對高性能、高可靠的工業連接器的需求。面對這樣一個高附加值的市場，連接器廠商一直在不遺餘力地耕耘，比如今天的M8/M12連接器已經可以支援高達1Gbps的資料速率。
與消費類市場不同，工業市場通常會給硬體廠商帶來穩定、高利潤率的回報。智慧製造的浪潮究竟還能給我們帶來什麼令人驚喜的“魚獲”。
在典型的智慧製造完整的閉環流程中，需要在資料驅動下完成感知、決策和執行三個關鍵環節，同時還要有一個高效、可靠的互連網路為資料的通信和交互做支撐。以上，我們已經分析了在資料的感知和互連過程中硬體的市場機遇，接下來著重探討在決策和執行中硬體還會迎來哪些爆點。
資料決策
將資料彙集到雲端進行分析和處理，並與既有的知識庫進行交互並形成決策，是工業4.0的核心環節。這自然會拉動工業應用對資料中心的需求，不論是使用公有雲，還是構建私有雲，資料中心總量的增加是必然趨勢，預計到2019年全球資料中心基礎設施的市場規模將達到440億美元。
未來應對日益繁重的大資料處理任務，需要更強大的處理器做支撐，新型的異構式的處理器架構正在登上舞臺，以解決多核通用處理器遇到的計算瓶頸。開發者們正在考慮CPU+GPU的模式，最大限度地發揮GPU在浮點運算等方面的能力。同時，FPGA這種可程式設計邏輯架構也備受矚目，其與通用的處理器整合後有望成為未來資料中心伺服器的主流處理器架構。伺服器處理器市場霸主Intel對全球第二大FPGA廠商Altera的收購，印證了這一趨勢。
此後，高通也宣佈與全球第一大FPGA廠商Xilinx，以及Mellanox結成同盟，與Intel進行市場對峙。因此，在未來的資料中心核心處理器市場上，還會有很重的戲碼可看。
值得注意的是，伴隨著資料中心計算能力的飆升，其功耗也越來越可觀，根據2015年的統計資料，全球資料中心總量一超過300萬個，其耗電量已將占到全球總耗電量的1.1%-1.5%。從單一資料中心運營的成本分析，電費的支出達70%，已經遠遠超過硬體基礎設施的成本，資料中心的節能降耗需求空間極大。因此資料中心的電源架構正在發生變革，比如通過中央變壓器將交流電直接轉為380V的高壓直流，並通過高壓直流匯流排分配到各個用電單元，簡化了結構也提升了效率。類似的變革為與資料中心相關的電源管理器件提供了市場機遇。據悉2015年中國資料中心節能改造規模在30億元左右， 預計未來5年內這個數值會持續增加。
執行
資料在雲端分析處理後，形成的決策指令，將回饋到執行端，進而化為轉機械動作，形成一個“從端到雲，從雲到端”的完整控制閉環。製造業中的機械動作都是由電機驅動的，因此精密的電機控制將成為工業4.0中催生的市場增長點，從硬體的角度來看，這會為MCU、DSP、FPGA等核心數位控制晶片提供施展拳腳的機會。
圖3，2010年後，中國工業機器人市場進入快速上升通道
工業機器人是工業4.0體系中不得不說的“存在”，它是一個更加智慧的、綜合性的執行端設備。2015年全球工業機器人銷量為24萬台，過去五年中的年增長率為15%；而在中國市場2010年至2015年工業機器人市場的年增長率將達到了35%，總量為6.6萬台，以此速度發展預計到2020年中國將占到全球工業機器人市場的40%。在市場拉動下，工業機器人所需的幾個核心部件——伺服系統、減速器、控制器——都將迎來同步的增長。特別是在工業機器人控制器市場，業界逐漸認識到以往由機器人廠家自主設計研發的封閉的體系，已經不能適應快速發展的市場需求，標準化和開放性正在成為趨勢，市場上已經有一些獨立的機器人控制器廠商開始活躍，未來他們是否能夠借市場之力，改變工業機器人的生態，確實值得拭目以待。
總之，資料驅動的工業4.0變革，給製造業帶來的不是簡單的線性產品反覆運算，而是伴生著新架構、新品類、新模式。今天我們僅僅是窺見其一斑，更多的硬體機會還需要因應市場的發展，不斷去發掘。
▲回頁首
|
|
|
