Ibbażat fuq żviluppi reċenti fis-settur tal-manifattura industrijali, is-suq tal-awtomazzjoni u l-kontroll industrijali jibqa 'f'fażi ta' tkabbir mgħaġġel. Immexxi minn spejjeż tax-xogħol li qed jogħlew, pressjoni biex jitnaqqsu l-ispejjeż u tiżdied l-effiċjenza, u l-ħtieġa intensa tal-manifatturi biex jilħqu l-iskadenzi, id-domanda għal teknoloġiji ta 'kontroll tal-awtomazzjoni fil-fabbriki laħqet livelli bla preċedent. Skont statistika u projezzjonijiet minn Grand View Research, is-suq tal-awtomazzjoni u l-kontroll industrijali kien stmat għal madwar $194.99 biljun is-sena li għaddiet, b'din iċ-ċifra mbassra li tilħaq $379.93 biljun sal-2030.
Is-Suq tal-Kontroll Industrijali taċ-Ċina Joħroġ bħala Attur Maġġuri
Is-suq tal-kontroll industrijali taċ-Ċina wkoll għadda minn bidliet sinifikanti. Skont id-dejta nazzjonali, is-settur industrijali taċ-Ċina żamm tkabbir stabbli fl-2023, b'muturi ta 'tkabbir ġodda li qed jaċċelleraw. Fost -intrapriżi industrijali fuq skala kbira, il-valur miżjud tal-manifattura tat-tagħmir żdied b'6.8% sena-b'-sena, li jammonta għal 33.6% tal-valur miżjud totali ta' intrapriżi industrijali-kbar. Il-valur miżjud tal-manifattura ta'-teknoloġija għolja kiber bi 2.7%, li jirrappreżenta 15.7% tal-valur miżjud totali ta' intrapriżi industrijali-kbar.
Għaliex jeżisti ċertu distakk bejn is-swieq globali u domestiċi? Dan huwa fil-biċċa l-kbira attribwibbli għall-appoġġ tal-politika nazzjonali għat-trasformazzjoni u l-aġġornament tal-manifattura. Minn mindu ħareġ l-14-il Pjan ta' Ħames-Snin, in-nazzjon poġġa enfasi bla preċedent fuq it-trasformazzjoni u l-aġġornament tas-settur tal-manifattura industrijali. Fi ħdan l-għan li tissaħħaħ il-kompetittività ewlenija tal-manifattura, hemm fokus qawwi fuq l-iżvilupp ta 'tagħmir ta' kontroll industrijali bħal sistemi ta 'kontroll distribwit u kontrolluri loġika programmabbli, filwaqt li jinkisbu wkoll skoperti f'komponenti bħal kontrolluri avvanzati u sistemi ta' servo drive ta '-preċiżjoni għolja. L-iżvilupp mgħaġġel ta 'industriji sħan bħal vetturi tal-enerġija ġodda mexxa t-trasformazzjoni diġitali tal-fabbrika, bil-provinċji u l-ibliet li jxerdu politiki ta' sussidju għal fabbriki ta 'dimostrazzjoni ta' referenza diġitali intelliġenti.
Kontroll Industrijali Upstream, Midstream, u Downstream Supply Chain
Sussegwentement, ejja neżaminaw il-katina tal-provvista upstream, midstream, u downstream tal-kontroll industrijali. L-upstream jikkonsisti primarjament f'ċipep ta' kontroll/komunikazzjoni, IP tad-disinn, sensuri, komponenti u PCBs. Il-midstream, ibbażat fuq proċessi ta 'kontroll industrijali differenti, huwa maqsum f'saff ta' eżekuzzjoni, saff ta 'sewqan, saff ta' kontroll u monitoraġġ operattiv. Is-saff ta 'eżekuzzjoni jinkludi valvi ta' kontroll u drives tal-muturi; is-saff tas-sewqan jinkludi drives ta 'frekwenza varjabbli u sistemi servo; is-saff tal-kontroll ikopri HMIs, DCS, u PLCs; u l-monitoraġġ operattiv jinkorpora strumenti u sistemi ta 'viżjoni industrijali. Is-segment downstream tal-kontroll industrijali jinkludi bosta industriji speċjalizzati, inklużi bosta li kisbu trazzjoni sinifikanti f'dawn l-aħħar snin: manifattura 3C, vetturi tal-enerġija ġodda, ħażna tal-enerġija, servers, petrokimiċi, u transitu ferrovjarju.
Mill-perspettiva tas-semikondutturi, is-settur tal-kontroll industrijali upstream jista 'jiġi kategorizzat f'erba' segmenti ewlenin: sensuri industrijali, ċipep ta 'kontroll industrijali, IP tad-disinn u FPGAs industrijali. Sensuri industrijali, bħala komponenti ewlenin tas-saff ta 'perċezzjoni (jew saff ta' feedback) fin-nofs tal-kontroll industrijali, għandhom rwol vitali fl-ottimizzazzjoni tal-proċessi industrijali u jipprovdu monitoraġġ u protezzjoni tal-assi. Il-manifatturi barranin jinkludu ON Semiconductor, Precision Electronics, SICK, Keyence, Beckhoff, Honeywell, Omron, Datalogic, u Leica Geosystems. Atturi domestiċi jinkludu SmartSens, NXMicro, Cognex, Beiyang Group, XCMG, Minghao Sensing, XiaoAowei, Meixin Semiconductor, u Feien Microelectronics.
Fis-settur taċ-ċippa tal-kontroll industrijali u l-moduli, il-biċċa l-kbira tal-manifatturi jiffokaw fuq l-iżvilupp ta' MCUs ta'-għan ġenerali. Atturi ewlenin jinkludu ditti internazzjonali bħal TI, ADI, ST, Microchip, Infineon, NXP, ON Semiconductor, u Renesas, flimkien ma' manifatturi domestiċi bħal JiHai Semiconductor, Huada, Zhongying Electronics, Xinwang Microelectronics, Fengteng Technology, Artel, Jucheng Semiconductor, Nuvoton, Vanguard, Times, Hangshun, Saiyuan, Guoguo Technology, Dongtu Technology, Zhongke Jingshang, Xinhai Technology, u Zhaoxin.
Fl-istess ħin, hekk kif jiżdiedu t-talbiet differenzjati, l-IP tad-disinn sar komponent indispensabbli għall-manifatturi taċ-ċippa upstream, li jinkludi kemm l-IP ċentrali kif ukoll l-IP tal-interface. Atturi internazzjonali jinkludu Arm, Synopsys, Cadence, Imagination, Renesas, u Sifive, filwaqt li ditti domestiċi jinkludu PingTouGe, Andes Technology, VeriSilicon u CanSemi.
Fl-aħħarnett, l-FPGAs industrijali jaraw domanda sinifikanti f'setturi li qed jiżviluppaw b'rata mgħaġġla bħar-robotika industrijali u tagħmir ta'-preċiżjoni għolja, fejn il-kontroll tas-servo b'ħafna-assi, ta' prestazzjoni-għoli huwa dejjem aktar kritiku. Konsegwentement, l-FPGAs jibqgħu skjerati b'mod wiesa 'f'servo drives, sistemi CNC, u awtomazzjoni industrijali. Huma jsibu wkoll applikazzjonijiet fil-komunikazzjonijiet industrijali, bħal li jservu bħala kaptani jew skjavi EtherCAT. Il-manifatturi internazzjonali jinkludu AMD (Xilinx), Intel (Altera), Lattice, u Microchip. Il-manifatturi domestiċi jinkludu Gowin Semiconductor, Anlu Technology, u Unisoc.
Sussegwentement, aħna ser nużaw xi prodotti upstream bħala eżempji biex juru xejriet emerġenti fis-suq tal-kontroll industrijali. L-ewwel huwa l-kontroll tal-mutur tar-robot. L-applikazzjonijiet industrijali li jeħtieġu l-integrazzjoni tal-ipproċessar u l-komunikazzjoni fil--ħin reali-bħal kontroll tal-mutur tar-robot-esiġu prestazzjoni ogħla tal-ipproċessar-ħin reali filwaqt li jappoġġjaw firxa wiesgħa ta’ protokolli ta’ komunikazzjoni industrijali. Madankollu, huwa wkoll kruċjali li tagħżel MCU b'kapaċità ta' prestazzjoni suffiċjenti għal espansjoni futura u karatteristiċi addizzjonali.
Fi ħdan arkitetturi integrati bħal dawn, il-kontroll tal-mutur spiss jeħtieġ MCU wieħed biex jimmaniġġja assi multipli. Konsegwentement, l-MCU għandu jinkorpora cores ta' proċessar ta'-prestazzjoni għolja-ħin reali, bħal R5F jew DSP, flimkien ma' interfaces ta' komunikazzjoni-ħin reali bħal EtherCAT. Ħu l-MCU industrijali multi-core ta' TI AM2343x muri fid-dijagramma bħala eżempju. Jista' jintegra sa erba' qlub Cortex-R5F, li jipprovdi prestazzjoni biżżejjed għall-kontroll tal-muturi b'ħafna-assi fir-robotika filwaqt li jappoġġa wkoll l-espansjoni bi protokolli ta' komunikazzjoni industrijali bħal EtherCAT.
Li jmiss huwa ċ-ċippa tal-kontroll servo integrata bis-sħiħ. Servo kontrolluri huma apparati użati biex jirregolaw servo muturi, li jservu bħala komponent vitali fis-sistemi moderni ta 'kontroll tal-moviment. Huma skjerati b'mod wiesa 'f'tagħmir awtomatizzat bħal robots industrijali u ċentri ta' magni CNC. Iċ-ċipep tal-kontroll servo jipprovdu kontroll tal-orjentazzjoni tal-kamp manjetiku għall-muturi filwaqt li jsegwu effiċjenza ogħla tas-sewqan u prestazzjoni dinamika. Id-dijagramma turi s-soluzzjoni ta 'kontroll tal-mutur servo integrata bis-sħiħ ta' Shijian ibbażata fuq it-TMC4671, li tipprovdi kontroll orjentat fuq il-kamp - għal muturi DC mingħajr brushes, muturi sinkroniċi b'kalamita permanenti, muturi stepper b'2 fażijiet, muturi DC brushed, u muturi coil tal-vuċi. Huwa msejjaħ "integrat bis-sħiħ" minħabba li l-funzjonijiet kollha ta 'kontroll huma kkonsolidati fi ħdan il-ħardwer, flimkien ma' ADCs integrati, interfaces tas-sensuri tal-pożizzjoni, u interpolaturi tal-pożizzjoni. Konsegwentement, din is-soluzzjoni tal-kontrollur hija adattata għal diversi applikazzjonijiet servo.
Sussegwentement, ejja neżaminaw l-HMI tas-saff ta 'kontroll. Jekk jieħdu l--HMIs industrijali high-end bħala eżempju, huma jeħtieġu appoġġ għal kapaċitajiet ta' multi-display, riżoluzzjonijiet ogħla u rati ta' frames, u prestazzjoni tal-grafika mtejba biex jippermettu disinji ta' interazzjoni viżwali aktar kumplessi. Ħu l-MCU tas-serje HPM6800 minn Xianji Semiconductor bħala eżempju. Lil hinn mill-integrazzjoni ta' qalba RISC-V ta'-prestazzjoni għolja, din iċ-ċippa tinkorpora wkoll l-IP GPU 2.5D ta' VeriSilicon, li tagħti biżżejjed prestazzjoni tal-grafika għal applikazzjonijiet HMI. Lil hinn minn dan, HMIs mhux ikkontrollati bil-vuċi-mess-spiss jagħtu prijorità lil disinji kompatti filwaqt li jeħtieġu appoġġ għal inputs ta' kmand ipprogrammati minn qabel u multilingwi. Il-vuċi ta' Renesas HMI ASSP MCU, l-R9A06G150, teżemplifica dan l-approċċ.
It-titjib tal-monitoraġġ tal-kundizzjoni u d-dijanjostika filwaqt li tinkiseb l-ottimizzazzjoni ġenerali tas-sistema tirrappreżenta sfida ewlenija fl-użu tal-lum tal-faċilitajiet mekkaniċi u s-sistemi tekniċi. Dan is-suġġett huwa dejjem aktar kritiku mhux biss f'ambjenti industrijali iżda kull fejn jiġu impjegati sistemi mekkaniċi. Tradizzjonalment, il-magni kienu miżmuma skond l-iskedi, bil-manutenzjoni mdewma tirriskja waqfien tal-produzzjoni. Illum, in-nies ibassru l-ħajja tal-magna li fadal billi janalizzaw id-dejta operattiva. Parametri ewlenin bħat-temperatura, l-istorbju, u l-vibrazzjoni jistgħu jiġu sfruttati minn data rreġistrata biex jiddeterminaw l-aħjar kundizzjonijiet operattivi u anke intervalli ta 'manutenzjoni meħtieġa. Dan l-approċċ jipprevjeni xedd u kedd bla bżonn filwaqt li jippermetti skoperta bikrija ta 'kwistjonijiet potenzjali u l-kawżi ewlenin tagħhom.
Bl-istess mod, sensuri tal-immaġni għall-ispezzjoni tal-viżjoni industrijali qed jaraw domanda dejjem tikber fis-settur tat-tagħmir industrijali biex itejbu l-effiċjenza tal-produzzjoni u jiżguraw rati ta 'rendiment tal-prodott. F'dan il-kuntest, sensuri tal-immaġni użati għall-ispezzjoni tal-viżjoni bil-magna għandhom mhux biss jipperċepixxu dawl viżibbli iżda wkoll isaħħu l-kapaċità tagħhom li jiskopru dawl f'tul ta 'mewġ inviżibbli, bħall-ispettru tal-infrared ta' mewġ-qasir (SWIR). Ħu s-sensuri tal-immaġni IMX992/993 ta 'Sony bħala eżempju. Huma jintegraw it-teknoloġija SenSWIR proprjetarja ta' Sony, li tgħaqqad pixels ta' 3.45-mikron. L-IMX992 jikseb 5.32 megapixels, li jippermetti immaġini b'riżoluzzjoni għolja u jtejjeb l-eżattezza f'diversi applikazzjonijiet ta 'spezzjoni u kejl industrijali.
Ċipep speċjalizzati ħafna drabi huma meħtieġa għal protokolli ta 'komunikazzjoni industrijali speċifiċi, bħal EtherCAT. Bħala wieħed mill-ewwel manifatturi taċ-Ċina li nieda ċipep tal-kontrollur slave EtherCAT, Yasin Electronics introduċiet l-AX58100 fl-2019. Sussegwentement, ħarġet kontrolluri slave EtherCAT doppju-qalba b'2/3 ports, li jwasslu effiċjenza ogħla filwaqt li tippermetti interkonnessjoni mas-sistemi kollha li jappoġġjaw protokolli ta 'komunikazzjoni EtherCAT standard. L-applikazzjonijiet jinkludu l-kontroll tal-I/O tas-sinjal diġitali, l-akkwist tad-dejta tas-sensuri, il-kontroll tal-assi robotiku, u EtherCAT-to-IO-Link funzjonijiet ta’ gateway prinċipali. L-immaġni fuq il-lemin turi l-bord tal-qalba industrijali TL3568 żviluppat minn Chuanglong Technology bl-użu ta 'komponenti kompletament domestiċi. Iddisinjat madwar il-proċessur RK3568 ta 'Rockchip, jista' jintuża wkoll biex jinbena masters EtherCAT. Masters EtherCAT ma jeħtiġux ċipep dedikati; jistgħu jiġu implimentati purament fis-softwer. Pereżempju, l-integrazzjoni tal-protokoll prinċipali EtherCAT f'RT-Thread tippermetti kontroll-ħin reali ta' servo motors u I/O remoti.
Fl-aħħarnett, l-FPGAs industrijali joffru implimentazzjoni tal-loġika tal-ħardwer b'vantaġġi bħall-ipproċessar parallel ta'-veloċità għolja, unitajiet I/O abbundanti, u multiplexing funzjonali. Madankollu, huma jiffaċċjaw limitazzjonijiet fil-kontroll flessibbli u protokolli ta 'komunikazzjoni kumplessi. Dan iwassalna għal SoC FPGAs, li jintegraw proċessuri hard-core fi ħdan l-arkitettura FPGA. Dan inaqqas il-konsum tal-enerġija tas-sistema u l-ispiża filwaqt li jimminimizza l-footprint tal-motherboard. Huma jżommu l-flessibbiltà programmabbli tal-FPGAs filwaqt li jżommu l-kompatibilità mal-ekosistema tal-proċessur iebes. Ħu s-serje SALDRAGON ta' Anlu Technology FPSoC rilaxxata s-sena l-oħra bħala eżempju: toffri integrazzjoni fakultattiva jew ta' doppju-core Arm Cortex-A35 jew proċessur-core RISC-V ta' 64-bit wieħed, li jippermetti l-utilizzazzjoni sħiħa taż-żewġ ekosistemi.
Komunikazzjoni Industrijali: Id-Dominanza ta 'Ethernet Tkompli Tissaħħaħ
Wara għexieren ta 'snin ta' evoluzzjoni u iterazzjoni, il-metodi ta 'komunikazzjoni industrijali primarjament jaqgħu fi tliet kategoriji bbażati fuq implimentazzjoni fiżika: Ethernet industrijali, fieldbus, u netwerks industrijali mingħajr fili. Fi ħdan Ethernet industrijali, teknoloġiji emerġenti bħal EtherCAT, PROFINET, u EtherCAT issa jiddominaw. Is-sistemi Fieldbus jinkludu PROFIBUS DP, Modbus-RTU, u CC-Link. Netwerks industrijali mingħajr fili, li ħarġu biss reċentement fin-netwerking industrijali, jinkludu-soluzzjonijiet ta' konnettività magħrufa sew bħal Wi-Fi, Bluetooth, u 5G.
Skont l-istatistika tal-HMS, l-Ethernet Industrijali kompla jiddomina installazzjonijiet ta' nodi ġodda fl-2023, bis-sehem tas-suq tiegħu jogħla minn 68% is-sena ta' qabel għal 71%-żieda sinifikanti ta' 12%. Filwaqt li PROFINET, EtherNet/IP, u EtherCAT jibqgħu t-tliet atturi dominanti fis-suq, il-popolarità ta 'PROFINET u EtherCAT qed tikber b'mod kostanti. Meta mqabbel mal-konnettività mingħajr fili, fieldbus għadu jgħodd għal porzjon sinifikanti ta 'nodi ġodda. Madankollu, tilfet biżżejjed momentum tas-suq u tiddependi biss fuq it-tagħmir, il-makkinarju, u l-fabbriki li qed ikomplu jużaw dawn it-tagħmir tal-fieldbus li jiffunzjona tajjeb-ħin-ittestjat.
Il-konnettività bla fili żżomm l-istabbiltà ġenerali. Minkejja sejħiet persistenti għal fabbriki kompletament bla fili, l-adozzjoni tibqa' limitata minħabba l-ħtieġa ta' rotta estensiva tal-cable re-u l-isfida li jinħolqu ambjenti li jappoġġaw aċċess għall-magni mingħajr fili u tagħmir industrijali mobbli.
L-erożjoni tas-sehem tas-suq tal-karozzi tal-linja industrijali ġejja primarjament mill-vantaġġi sostanzjali offruti mill-Ethernet Industrijali fuq il-karozzi tal-linja industrijali tradizzjonali. L-ewwel benefiċċju huwa l-veloċità: B'differenza mill-karozzi tal-linja industrijali bbażati fuq is-serje, l-Ethernet Industrijali jikseb veloċitajiet ogħla b'mod sinifikanti, li jaqbżu l-100Mbps. Anke l-aktar xarabank industrijali PROFIBUS użata, speċifikament il-varjant PROFIBUS DP ta'-veloċità għolja għall-awtomazzjoni tal-fabbrika, għandha veloċità massima konfigurabbli limitata għal 12Mbps. It-tieni hija t-topoloġija aktar flessibbli tagħha. Għal skjeramenti kumplessi ta' netwerks industrijali, karozzi tal-linja industrijali li jużaw konfigurazzjonijiet kbar ta' katina ta' daisy-joħolqu netwerks suxxettibbli ħafna għal fallimenti. L-Ethernet Industrijali, madankollu, juża topoloġiji flessibbli bħal netwerks tal-istilla biex jibnu netwerks industrijali aktar mgħaġġla u affidabbli.
Fl-aħħarnett, alleanzi industrijali jmexxu l-adozzjoni. Ħu Profinet (dominanti fl-Ethernet Industrijali) u Profibus (dominanti fil-karozzi tal-linja industrijali) bħala eżempji: għalkemm it-tnejn huma promossi minn PI, mill-2016, Profinet qabeż lil Profibus f'installazzjonijiet ġodda ta 'node ta' apparat. B'soluzzjonijiet komprensivi ta' migrazzjoni brownfield u greenfield issa disponibbli, dan id-distakk qed ikompli jikber.
Hekk kif aktar apparati, sensuri u sistemi jikkonnettjaw ma' netwerks industrijali, it-teknoloġiji sottostanti mingħajr fili bħal Wi-Fi, LoRaWAN, u DECT-2020 NR jippermettu l-fattibilità li tinġabar u taqsam dejta industrijali kritika mingħajr fili. Madankollu, hekk kif l-iskjerament tal-5G u l-evoluzzjoni teknoloġika jimmaturaw, is-suq tal-manifattura industrijali qed idur dejjem aktar l-attenzjoni tiegħu lejn teknoloġiji tan-netwerk ċellulari-preċedentement rarament użati fin-netwerks industrijali minħabba tħassib dwar il-veloċità u l-latenza. Minkejja dan, in-netwerks mingħajr fili industrijali għadhom diffiċli biex jadottaw bħala s-soluzzjoni primarja f'ċerti ambjenti RF ħorox. Barra minn hekk, sakemm ma jkunux appoġġjati minn operaturi tat-telekomunikazzjoni, netwerks ċellulari mingħajr fili bħall-5G jissieltu biex jiggarantixxu l-kwalità tan-netwerk meħtieġa fl-issettjar tal-fabbrika.
F'termini ta 'sehem tas-suq, l-adozzjoni ta' 5G f'netwerks bla fili industrijali għadha limitata. Dan għaliex in-netwerks bla fili industrijali 5G huma skjerati b'mod differenti minn metodi oħra ta 'netwerking, primarjament permezz tal-kostruzzjoni diretta ta' fabbriki 5G konnessi bis-sħiħ. Immexxi mill-inizjattiva 5G + Internet Industrijali, in-numru ta 'proġetti madwar il-pajjiż qabeż it-8,000. Il-Ministeru ta 'l-Industrija u t-Teknoloġija ta' l-Informazzjoni (MIIT) għażel u ppubblika d-"2023 5G Factory Directory" li fih proġetti ta 'referenza, b'investiment totali ta' kostruzzjoni jilħaq 9.73 biljun wan. It-tliet operaturi tat-telekomunikazzjoni ewlenin ipparteċipaw ukoll b'mod attiv fil-kostruzzjoni diretta ta 'netwerks industrijali għal fabbriki 5G.
Ħsibijiet Finali
It-tendenzi tas-suq jindikaw li s-settur tal-awtomazzjoni u l-kontroll industrijali għadu f'fażi ta 'żvilupp rapidu, partikolarment fiċ-Ċina, fejn il-politiki nazzjonali li jappoġġaw it-trasformazzjoni u l-aġġornament tal-manifattura pprovdew impetu sinifikanti. It-tieni nett, imsaħħaħ mill-avvanzi fl-industrija tas-semikondutturi upstream, is-settur tal-awtomazzjoni industrijali taċ-Ċina qed jinbidel minn espansjoni fuq skala għal titjib tal-kwalità. Is-sostituzzjoni domestika għal tagħmir ta' kontroll industrijali ta' livell għoli-m'għadhiex biss slogan. Fil-komunikazzjonijiet industrijali, filwaqt li s-sistemi tal-karozzi tal-linja industrijali jiffaċċjaw sfidi ta 'tkabbir, Ethernet industrijali qed taċċellera l-pass ta' sostituzzjoni tiegħu. Netwerks bla fili industrijali juru tnaqqis ġenerali żgħir fit-tkabbir, iżda l-iskjerament tal-fabbrika 5G qed jaċċelleraw, partikolarment fis-suq domestiku.