工業(yè)4.0對世界的影響絕不僅限于帶動了制造業(yè)的轉(zhuǎn)型升級，對提供底層技術(shù)的半導體產(chǎn)業(yè)來說，由于涉及自動機器人、仿真器、云計算、物聯(lián)網(wǎng)以及大數(shù)據(jù)分析技術(shù)等，對工業(yè)的生產(chǎn)制造、庫儲、物流，甚至產(chǎn)品設(shè)計流程進行改造，需要廣泛采用微電子產(chǎn)品，如處理器、傳感器和微控制器等。而全新市場需求必將推動各種微電子產(chǎn)品在技術(shù)層面的改變，進而驅(qū)動半導體企業(yè)在產(chǎn)業(yè)層面做出調(diào)整。在為半導體業(yè)提供市場機會的同時，也重塑著半導體產(chǎn)業(yè)。
在國務院印發(fā)《中國制造2025》發(fā)展規(guī)劃之后，一場中國的工業(yè)4.0變革也在醞釀啟動。這是一個巨大的而且難得的市場機遇。盡管中國集成電路產(chǎn)業(yè)起步較晚，與國際先進水平有顯著差異——2014年集成電路進口額雖然略有收窄，依然達到2176億美元，中國半導體企業(yè)仍應當抓住這個難得的時間窗口，在技術(shù)與企業(yè)運營層面做出相應調(diào)整，而不應錯失發(fā)展機遇。
英飛凌：工業(yè)4.0是一個閉環(huán)
在先進制造業(yè)代表德國提出工業(yè)4.0概念后，工業(yè)4.0已經(jīng)成為當今熱詞，只要論及產(chǎn)業(yè)升級、制造業(yè)轉(zhuǎn)型，幾乎無人不談工業(yè)4.0。近日《中國電子報》采訪了德國最大的半導體廠商，也是德國工業(yè)4.0創(chuàng)始會成員之一英飛凌，其工業(yè)和多元化電子市場業(yè)務部微控制器業(yè)務高級總監(jiān)Maurizio Skerlj表示：“對于工業(yè)4.0，我們可以將其理解為通過聯(lián)網(wǎng)將相關(guān)要素連接起來，不僅生產(chǎn)線和生產(chǎn)設(shè)備將更加智能化，同時被生產(chǎn)和加工的產(chǎn)品本身也將變得智能，并積極參與到被生產(chǎn)和制造的流程中來。”
也就是說，工業(yè)4.0應當是一個閉環(huán)的過程。它推動的是工業(yè)的智能化升級，而非僅僅自動化，更重要的是推動信息化升級，即通過傳感、機器視覺等系統(tǒng)的應用，形成大數(shù)據(jù)的采集、反應和對未來的預測，在產(chǎn)品的開發(fā)和制造、產(chǎn)品的設(shè)計和制造、產(chǎn)品的質(zhì)量和管理體系三方面形成有效閉環(huán)。
“提到工業(yè)4.0，人們往往都會注意到工廠的智能化，卻往往忽視了智能產(chǎn)品。”Maurizio Skerlj強調(diào)，“事實上，工業(yè)4.0包括兩大要素：智能工廠和智能產(chǎn)品。智能產(chǎn)品有利于多個領(lǐng)域的改變，包括公司的生產(chǎn)物流管理、人機交互、未來工業(yè)生產(chǎn)過程管理等。產(chǎn)品變得更加智能，可以在任何時候被定位、識別和溝通。在智能產(chǎn)品的生產(chǎn)流程中，我們可以在每個產(chǎn)品中，通過植入電子標簽或外部傳感的方式，在信息物理系統(tǒng)架構(gòu)下，產(chǎn)品能告訴制造流程自己應該被怎樣制造，自己知道它已經(jīng)做到什么步驟、下一步應該做什么，并控制下一步驟應該去哪個工廠。”
芯片：解決聯(lián)、感、知等基礎(chǔ)問題
那么，具備如此先進理念的工業(yè)4.0應當如何落實呢?無疑，工業(yè)4.0是一個愿景，特別是在中國的制造業(yè)發(fā)展水平差異巨大，很多企業(yè)自動化階段尚沒有完成的時候。但是，它又是一個正在實施的漸進過程。“這將是一個漸進的過程，改造大致應經(jīng)歷四個階段，分別是自動化升級、信息化升級、工廠內(nèi)的互聯(lián)網(wǎng)化、產(chǎn)業(yè)鏈整體互聯(lián)網(wǎng)化。”華泰證券研究員章誠表示。“實施過程中要注意幾大要素：更多地實現(xiàn)工廠自動化、各行業(yè)間橫向和縱向更深地互相融合，集中控制向分布式智能控制轉(zhuǎn)變，以及大數(shù)據(jù)的分析。”Maurizio Skerlj表示。
“具體來說，工業(yè)4.0的整體架構(gòu)將大致由“云、網(wǎng)、端”三大部分組成。“云”是指工業(yè)大數(shù)據(jù)及工業(yè)云。對數(shù)據(jù)進行采集、反應和預測，形成可行為的大數(shù)據(jù)。“網(wǎng)”是指工廠內(nèi)物聯(lián)網(wǎng)及覆蓋產(chǎn)業(yè)鏈整體的工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)。“端”是指智能機床、機器人、傳感器、機器視覺等智能生產(chǎn)設(shè)備，AGV、服務機器人等智能物流設(shè)備。智能生產(chǎn)終端是核心。”章誠表示。
就半導體技術(shù)在其中扮演的角色，Maurizio Skerlj指出：“芯片處于整個工業(yè)4.0架構(gòu)的基礎(chǔ)，它解決的是上述架構(gòu)中的聯(lián)、感、知等基礎(chǔ)問題和執(zhí)行問題。具體到產(chǎn)品，則涉及工業(yè)傳感器、微控制器、電子標簽、和高效的功率器件等。具體來說，高精度的工業(yè)傳感器是捕捉工業(yè)4.0環(huán)境下有效數(shù)握的關(guān)鍵，收集到有意義的數(shù)據(jù)后，高性能的微控制產(chǎn)品進行數(shù)據(jù)的分析和計算，從而發(fā)出指令對生產(chǎn)進行智能控制，微控制器再將指令傳達給功率半導體，保障高能效地生產(chǎn)。此外，在整個生產(chǎn)流程中，數(shù)據(jù)的安全，設(shè)備的防偽貫穿始終，安全芯片可為智能生產(chǎn)的數(shù)據(jù)和信息安全提供保障。”
技術(shù)趨勢：在新需求之下形成
工業(yè)4.0環(huán)境下的這樣一種“云網(wǎng)端”系統(tǒng)結(jié)構(gòu)的搭建，無疑會對底層的半導體技術(shù)形成新的更高要求。總結(jié)起來，大致包括幾個重要趨勢。首先，工業(yè)以太網(wǎng)的建設(shè)需要支持多協(xié)議的通信芯片。“工業(yè)以太網(wǎng)，互聯(lián)互通、實時控制，進而實現(xiàn)安全、節(jié)能將是智能工廠的核心技術(shù)。”瑞薩電子通用解決方案中心綜合營銷部副部長王均峰在接受《中國電子報》記者采訪時表示。具體而言，包括生產(chǎn)設(shè)備聯(lián)網(wǎng)實現(xiàn)自律協(xié)調(diào)作業(yè)的M2M，通過網(wǎng)絡(luò)獲取大數(shù)據(jù)的應用，開發(fā)、銷售、ERP、PLM、SCM等業(yè)務管理系統(tǒng)與實際生產(chǎn)過程之間的協(xié)同。因為現(xiàn)代智能工廠有四大關(guān)鍵點：一是要連接所有網(wǎng)絡(luò)以拿到數(shù)據(jù);二是要有智能機器;三是大數(shù)據(jù)，將所有設(shè)備、所有人連接后，所有數(shù)據(jù)都大批量傳送到智能終端上;四是分析，得到數(shù)據(jù)后從中抓取出應的趨勢來，提高設(shè)備狀態(tài)的檢測和預測。要確保上述要點的實現(xiàn)，王均峰認為：“高速傳輸、大數(shù)據(jù)、保證實時性安全性和節(jié)能均十分關(guān)鍵。而這正是工業(yè)以太網(wǎng)構(gòu)建的要旨。”然而，不同廠商支持的工業(yè)以太網(wǎng)標準各不相同，包括PROFINET(RT/IRT)、EtherCAT、 CC-Link IE、DeviceNet、、EtherNet/IP、Modbus TCP、CANopen等。“這就需要開發(fā)同時支持多協(xié)議的通信芯片，當然開發(fā)過程中需要考慮以太網(wǎng)協(xié)議的實現(xiàn)、應用開發(fā)、硬件開發(fā)、一致性測試等，從開發(fā)到量產(chǎn)需要很長時間。”王均峰說。
其次，端一級的智能機床、機器人等，需要高性能、低功耗、安全性的芯片產(chǎn)品支持。“這一直是半導體廠商致力的方向。”英飛凌工業(yè)與多元化市場資深經(jīng)理王亦菁表示，“在工業(yè)4.0中，高度智能化環(huán)境下的系統(tǒng)安全和信息安全是物聯(lián)網(wǎng)發(fā)展的基本底線，特別是物聯(lián)網(wǎng)環(huán)境下敏感數(shù)據(jù)量越大，風險就越大，比如數(shù)據(jù)、ID、IP被盜用，數(shù)據(jù)被偽造或篡改，設(shè)備、服務器和網(wǎng)絡(luò)被惡意操縱。因此，安全是在工業(yè)4.0實施中起到了關(guān)鍵作用。”
最后，高集成度也是應對工業(yè)4.0時代的必備條件，比如越來越多的半導體供應商開始將MCU與傳感器加以整合。在工業(yè)自動控制系統(tǒng)中，傳感器當處系統(tǒng)之首。類似于感官系統(tǒng)的傳感器能快速、精確地獲取信息并經(jīng)受嚴酷環(huán)境的考驗，是自動控制系統(tǒng)達到高水平的保證?？梢哉f，沒有眾多質(zhì)優(yōu)價廉的工業(yè)傳感器，就沒有現(xiàn)代化工業(yè)的生產(chǎn)體系，更別談工業(yè)4.0體系的構(gòu)建。此外，具有低能耗、低成本、易使用和泛在感知等特性的無線傳感器網(wǎng)絡(luò)正在快速崛起，使傳統(tǒng)實踐中因成本等因素未能實現(xiàn)在線檢測的某些重要工業(yè)過程參數(shù)的測量成為可能。“傳感器網(wǎng)絡(luò)是物聯(lián)網(wǎng)的重要組成部分，MCU作為系統(tǒng)控制的核心器件需要采集加速度計、陀螺儀、磁力計、溫濕度計等傳感器的數(shù)據(jù)并進行分析處理，傳感器使用的MEMS工藝和MCU制程有差異，兩者的SOC整合在半導體技術(shù)上存在一定的挑戰(zhàn)，但并不妨礙兩者做為獨立模塊在物聯(lián)網(wǎng)的廣泛應用。”兆易創(chuàng)新產(chǎn)品經(jīng)理金光一指出。
產(chǎn)業(yè)變革：國際并購熱潮與之相關(guān)?
應對上述技術(shù)趨勢，半導體企業(yè)勢必在企業(yè)架構(gòu)上做出一系列新調(diào)整，以適應新的市場形勢。英飛凌便提出了從產(chǎn)品到系統(tǒng)的經(jīng)營理念。“半導體公司的傳統(tǒng)根本概念是把晶片越做越小，好讓性能越來越好，并確保成本越來越低，這一直以來都是半導體企業(yè)所追求的創(chuàng)新。然而，我們的目標市場正展開一場新的變化，我們需要深入了解我們的客戶的產(chǎn)品、應用和市場，然后基于這種理解，向客戶提供最高性價比的產(chǎn)品和解決方案，以幫助我們的客戶取得更大的成功。同時針對市場目前和未來的需求進行更多產(chǎn)品研發(fā)，這樣的構(gòu)想和行動，我們稱之為‘從產(chǎn)品到系統(tǒng)’。這種行動步驟的目的是要確保我們也能持續(xù)不斷的創(chuàng)新，藉此拉開自身領(lǐng)先同業(yè)的差距，并且穩(wěn)固市場領(lǐng)導者的地位。”Maurizio Skerlj表示。
第二個重要變化是隨著技術(shù)的不斷發(fā)展與融合市場需求的快速變化和各廠商產(chǎn)品的日趨同質(zhì)化單憑產(chǎn)品本身已難以贏得競爭優(yōu)勢而必須針對不同應用提供高附加值的整體解決方案。滿足不同客戶需求的整體解決方案，成為各半導體廠商的主要競爭手段，包括在工業(yè)領(lǐng)域的競爭。今年上半年以來，國際半導體行業(yè)出現(xiàn)并購熱潮，英特爾斥資167億美元現(xiàn)金收購ALTERA、博通公司宣布同意安華高科技的收購報價、恩智浦收購飛思卡爾，背后重要目的之一都有豐富產(chǎn)品線，為客戶提供更完整解決方案。
第三個變化是生態(tài)系統(tǒng)的建設(shè)成為競爭焦點。目前半導體行業(yè)已經(jīng)步入多元化且全面的商業(yè)競爭時代，從單純的產(chǎn)品競爭擴大到產(chǎn)業(yè)生態(tài)系統(tǒng)間的競爭。半導體業(yè)的競爭也已不僅是技術(shù)，而在于看誰能建構(gòu)完整的產(chǎn)業(yè)生態(tài)系統(tǒng)。
這些變化趨勢都不是小規(guī)模半導體企業(yè)能夠完成的，半導體產(chǎn)業(yè)正變得越來越成熟，越來越集中。“大者恒大”變得越來越通行。
相對國際半導體業(yè)的發(fā)展趨勢，我國的集成電路產(chǎn)業(yè)起步晚，存在著企業(yè)規(guī)模小、持續(xù)創(chuàng)新能力薄弱，核心技術(shù)缺失等問題。然而，工業(yè)4.0概念的提出以及國家推進實施《中國制造2025》規(guī)劃，在給中國半導體企業(yè)提出挑戰(zhàn)的同時，也展現(xiàn)出了巨大的機遇。中國半導體企業(yè)應當順應市場需求和產(chǎn)業(yè)發(fā)展趨勢，做出相應的調(diào)整。
“從國家安全角度來看，只有實現(xiàn)了底層集成電路的國產(chǎn)化，我國的信息安全才能得以有效保證。因此在國務院印發(fā)《中國制造2025》中將集成電路放在發(fā)展新一代信息技術(shù)產(chǎn)業(yè)的首位。隨著中國半導體產(chǎn)業(yè)的發(fā)展黃金時期的到來，重點企業(yè)規(guī)模保持快速增長。這將是一個巨大的而且是難得的市場，中國半導體產(chǎn)業(yè)應當抓住這個時間窗口，不應錯失。”中國半導體行業(yè)協(xié)會執(zhí)行副理事長兼秘書長徐小田表示。
中國半導體行業(yè)協(xié)會集成電路分會副理事長兼秘書長于燮康認為：“當前全球集成電路產(chǎn)業(yè)已經(jīng)進入了寡頭競爭時代，國內(nèi)外集成電路企業(yè)兼并重組風起云涌。國內(nèi)集成電路企業(yè)要做大做強跟上步伐，靠閉門研發(fā)是不行的。要跟上市場需求趨勢，兼并重組是重要手段。”
工信部軟件與集成電路促進中心主任盧山則認為應當加強在平臺和生態(tài)體系方面的建設(shè)，通過融合應用工業(yè)軟件、移動互聯(lián)、云計算、大數(shù)據(jù)等新一代信息技術(shù)，加速工業(yè)企業(yè)互聯(lián)網(wǎng)化、產(chǎn)品智能化、產(chǎn)業(yè)生態(tài)化，進而重構(gòu)傳統(tǒng)制造業(yè)。
轉(zhuǎn)型的最終目的 -提質(zhì)降本增效
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