制造業是國民經濟支柱，高端制造裝備是大國重器，而結合了機器人、物聯網、自動化生產線等先進技術的工業4.0，也正成為全球先進制造國家下一波的競爭焦點。為此，在由ASPENCORE旗下《電子工程專輯》、《電子技術設計》和《國際電子商情》共同舉辦的“工業4.0與智慧工業研討會”上，來自美國芯源系統有限公司(MPS)、致茂電子(Chroma)、ADI、意法半導體(ST)、英國比克科技(Pico Technology)、優傲機器人等公司的技術專家，就如何把握智慧工業機遇，為中國產業轉型做出貢獻等主題，與工程師朋友們共同分享了他們的真知灼見。

智能可編程電源模塊在工業的應用

MPS公司北中國區副總經理盧平指出，設備小型化/高集成化和物聯網正成為推動電源變革的兩大趨勢。前者要求電源具備模塊化特性和更高功率密度，而以遠程可控、有線/無線網絡為特質的物聯網，則對數字電源、網絡供電、以及超低功耗提出了新的要求。

MPS公司北中國區副總經理盧平

為此，MPS推出了業界第一款可以網上設置參數，遠程實現代碼燒寫的電源模塊。用戶可以在MPS官網上利用網站配置和仿真工具快速輸入負載需求，更改輸出電壓，調整無源元件參數，并即時評估設計性能。還可立即進行設計更改，避免了耗時的系統驗證和電路板返工，大大縮短設計時間。MPS則直接在后臺進行燒寫，之后將樣品送到客戶手中，所見即所得。盧平表示，這個創新的電源模塊可以大大簡化客戶原型設計時電源設計的難度，加快設計進度。

除了可通過網站實現編程外，工程師在現場也可實現編程。只需為可配置的模塊訂購包括電路板、連接線材、通信接口設備、帶MPS軟件的閃存驅動器在內的完整可編程套件，用戶就可以在數小時內調整、優化和更新設計。

“易于使用、出色的仿真性能和快速制作樣板”是MPS可編程電源模塊的三大特點。

具體而言，工程師無需使用外部元器件，就可以將電源模塊容易地直接插入電路板使用。并且還可以通過簡單的調節輸出電壓和電流限值，來滿足寬泛的操作要求；仿真軟件工具則允許設計人員模擬和驗證設計性能，并通過完整的BOM表推薦加快設計過程。而一旦確定好準確的規格和仿真結果，定制的樣板在幾天內即可投入使用，這也加快了產品的上市時間。

AIoT智慧工廠系統整合

電商的出現正在讓制造業轉變成為制造服務業，從定制化設計到生產、測試與交貨，已經全程實現了信息自動化服務。對少量多樣的制造生態需求而言，既需要減少庫存并且越快越好的及時出貨，又需要快速的備料能力和高度整合的自動化與資訊系統。

因此，在中國制造2025和工業4.0浪潮下，盡管實現智能制造的方法很多，但在致茂電子(Chroma)智能制造系統事業部總經理林宙看來，業界首要思考的問題應該是如何通過工業4.0版本的制造資訊系統(MES)、4.0 MES智能監控與顯示、輕松將所有設備聯網以及精確的AI分析這4大工程，建立起智能制造大數據。

他進一步分析稱，所謂的智慧化工廠，是指該工廠具有以下五大特色：

1.       可自主調整廠區與產線之產能配置；

2.       可自主調整上下游供應配送；

3.       可自主優化生產環境之資源與能源配置；

4.       可輔助人員正確完成各種操作與組裝測試；

5.       可即時逆向追蹤生產進程與履歷。

但傳統的MES僅限于資料搜集與報表分析，無法滿足快速變遷時代的需求。隨著工業4.0時代來臨，MES要成為整個工廠自動化控制的核心系統，就不僅要擁有MES的原有范疇，還要包括CIM、EAP、機臺連線、整合機械手臂等多種功能。

因此，只有當海量資料先進分析、虛擬工廠設計與自動化系統整合、物聯網裝置與系統、智能裝置與系統、機器人與機器手臂等五大關鍵領域同步發展，并高度結合與整合，才能使制造工廠正式進化為智慧工廠。

海量資料先進分析

運用云端運算能力，分析由每臺機器設備與裝置所傳來的海量資料，進行篩選、分析、過濾設備可能故障原因、產品瑕疵發生原因，提高設備使用率與產品良率，另可透過巨量資料分析市場終端消費需求，提供次世代產品功能設計之參考。

物聯網裝置與系統

利用感測、有線、無線、行動、衛星等多種通訊網絡，使設備、裝置、控制中心的各種數據資料與參數，可以在設備、裝置、控制中心之間傳輸，且具備避免電氣干擾、資料竄改、線路備援等安全機制，確保每一筆資料的安全性。

有別于市面上大多數的系統，致茂電子的Smart Controller工業級智能控制器通過Android App與PC端控制軟件運行，擁有多樣性、擴充性、方便性、穩定性四大特色。例如：通過Android App整合多種設備類型，無論哪一種設備皆可以藉由APP與機臺輕松互動；經由專業性ESD檢測外殼具有散熱與抗干擾設計，可以穩定24小時不斷電運作；雙網口的設計使多臺控制器之間可用網絡串聯，結合現有網絡，簡化網絡布線成本；用戶不但可依照不同需求搭配不同的APP軟件，還可自行擴充包括CAN bus、SPI、I2C在內的多種接口。

林宙建議采用以以太網絡為基礎的OPC+Web Service架構各自對應現有復雜PLC與個人計算機為基礎的機臺。不僅成本相對低許多，也足夠滿足一般制造工廠的需求，更何況相關人才眾多，系統有問題時可以隨時找到相關人員進行調整、除錯，因此導入此架構將可獲得較多優勢，也能提升導入工廠自動化或工業物聯網的意愿。

虛擬工廠設計與自動化系統整合

建置實體生產線與工廠前，先在虛擬系統進行生產線與工廠設計，以及直接在生產系統進行自動化系統整合規劃，大幅減少實體建設與整合所需要的資金、時間、材料等重要成本，讓產品得以更快速進入市場。

智能裝置與系統

智能判斷與決策，并主動與其他設備交換資訊，不需人力介入即可依據實際狀況進行即時運轉調配，提升整體材料、能源、人力、時間等資源之利用效率。

Chroma新一代的電子看板管理解決方案，以Android平臺裝置透過HDMI界面與各類型顯示器整合，在工廠環境下以Wi-Fi快速傳遞各種信息至顯示屏幕上，后臺以Web界面的方式快速設定看板配置，可在工廠、醫院、賣場、公共環境等區域即時調整與上傳看板資訊。Chroma FEP則可依各區域配置需求即時建立新的看板，透過單一管理平臺設定模版，將各功能模組以拖曳方式完成模版建置，再分配給各區域電子看板呈現多元化資訊，可配置的功能包含圖檔、氣象資訊、時鐘、跑馬燈、儀表板、圖表、公告欄、資料表、內嵌網頁等。

機器人與機器手臂

以機器人與機器手臂取代人力，執行高重復性、高負重度、高疲勞度、高傷害性、高危險度、高污染性等作業，提高制造產線的產能與效率。

工業4.0系統設計中電源設計的挑戰

“工業4.0 時代，在使用大量數據、設有各種傳感器的工廠中，電源的外形尺寸、效率、EMI這些性能指標更為關鍵。”ADI電源產品中國區市場總監梁再信說，如果說工業4.0是一場革命，ADI以µModule技術為主的高性能電源正在推動基礎技術變革。

ADI電源產品中國區市場總監梁再信

作為高端工業智能領域的高性能模擬器件供應商，ADI認為未來工業4.0的設備和裝置的智能化會越來越高，這時設備“是否夠靈活、效率是否夠高、溝通暢否、安全性以及可靠性”都是非常關鍵的性能要求。

為了滿足上述五點要求，ADI 針對工業4.0領域的電源創新主要考慮以下三個維度：

效率，做到更加節能、提高效率，不斷突破極致

外形尺寸，在做出高性能電源的同時，減少PCB尺寸以及增加更多的功

EMI，不斷提高產品的可靠性、創新性，設計出更完美的噪聲處理方案

要想做出高集成度的電源產品，電路板小尺寸、薄型化等是關鍵方向。“做好電源模塊，讓產品設計工程師專注于做系統級設計，而不用花時間去調一個復雜的電源系統。”梁再信表示這是電源模塊的關鍵點。他給出了某個系統IO和內核供電系統的示例，成功節省30到100個的元器件數量，而且整個系統的可靠性也會得到提升。

比如 ADI µModule (微型模塊)穩壓器LTM4622，該產品采用纖巧的超薄型6.25mm x 6.25mm x 1.82mm LGA和6.25mm x 6.25mm x 2.42mm BGA封裝，封裝中內置了開關控制器、功率FET、電感器和支持組件，其高開關頻率和電流模式控制的運用可實現針對電壓和負載變化的非常快速瞬態響應，而并不犧牲穩定性。此外，四路4A電源模塊整列LTM4644，輸出可通過并聯形成一個陣列以提供高達16A的電流能力，該電源模塊的高效率設計使每個通道能夠提供4A連續(5A峰值)輸出電流，僅需大容量的輸入和輸出電容器。

怎么樣減少系統的噪聲和干擾，EMI是關鍵，而大部分的EMI問題都是從電源干擾來的。從梁再信現場分享的剖面圖來看，磁場因為反向，形成一個閉環回路。ADI Silent Switcher已經演進到第三代，要解決的問題是如何在超小體積、高功率的情況下控制EMI，讓該指標遠遠低于標準。

 “大家知道LDO就是為了降低紋波，而且也能提高效率。但電路板上還有一些給ADC用的基準電源，它的噪聲也比較低。但基準和LDO針對的應用場景卻不一樣，前者追求初始精度和長期穩定性，而后者則是追求怎樣去輸出大電流。”梁再信補充分析道。

目前，ADI Silent Switcher2 產品效率可達93%，滿足CISPR25 Class 5 EMI的指標，以該系列產品中的LT8609為例，即使僅僅使用簡單的2層板，也同樣能夠實現很低的EMI表現。

除此之外，梁再信還介紹了ADI 大電流超級電容器后備控制器和系統監視器LTC3350以及備份電源LTC4041針對工業4.0設備做掉電保護的典型應用。