朝向智能工廠轉(zhuǎn)型的工業(yè)4.0及其所需的技術(shù)，為半導(dǎo)體制造商以及實現(xiàn)成功提供了龐大的潛力。

目前，經(jīng)常被稱為“工業(yè)4.0”(Industry 4.0)或是德國所稱的‘Industrie 4.0’典范轉(zhuǎn)移正在進(jìn)行中。在國際間的使用習(xí)慣上，(工業(yè))物聯(lián)網(wǎng)(Industrial IoT)、智能工廠或是虛實整合(生產(chǎn))系統(tǒng)等專有名詞通常都可以互換用于代表同一件事情。工業(yè)4.0意指工業(yè)價值鏈及其產(chǎn)品朝向數(shù)位化與網(wǎng)路化發(fā)展的全球趨勢。

工業(yè)4.0的高度發(fā)展(特別是在德國)，絕非僅僅發(fā)生在商業(yè)世界。工業(yè)4.0因為其對于經(jīng)濟(jì)帶來的沖擊，例如進(jìn)一步地發(fā)展德國制造業(yè)的競爭力，因而也受到政治面的驅(qū)動。在這樣的氛圍之下，政府官員開始推動一項結(jié)合供應(yīng)商與使用者公司觀點的雙重策略，主要著眼于工業(yè)自動化以及工廠設(shè)計。為此，對于制造商來說，重要的是將最新技術(shù)用于其生產(chǎn)制程中，以及將這些技術(shù)與產(chǎn)品推廣到市場上。

從主導(dǎo)供應(yīng)商的角度而言，資訊或通訊技術(shù)與典型高科技方案的整合，主要是用來擴(kuò)展生產(chǎn)部門以及其技術(shù)。為了實現(xiàn)如此的擴(kuò)展，必須滿足由于市場動態(tài)與復(fù)雜度日益升高而出現(xiàn)的先決條件。從制造商的觀點來看，設(shè)計出適合新市場并且在往后可以服務(wù)這些市場的智能技術(shù)與產(chǎn)品十分重要。因應(yīng)供應(yīng)商與制造商的需求，公司需要有能夠因應(yīng)這兩種觀點的策略。舉例來說，半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)的公司就很擅長采用這些雙重策略。

許多半導(dǎo)體制造商都能處理這種復(fù)雜的概念，將自家生產(chǎn)線轉(zhuǎn)型為全自動化的智能工廠，例如Analog Devices (ADI)。此外，這些制造商也為同屬制造領(lǐng)域的其他公司提供了創(chuàng)新的技術(shù)，協(xié)助將其制造設(shè)施轉(zhuǎn)換成智能工廠。因此，中小型企業(yè)在此扮演了重要角色，因為他們是德國工業(yè)的主要組成(比重超過98%)。究竟，工業(yè)4.0實際的支援類型為何，半導(dǎo)體制造商面對的挑戰(zhàn)，以及它將帶來什么樣的機(jī)會，這些問題都會在文中逐一探討。

公司必須決定其制造設(shè)施是否要轉(zhuǎn)型成智能工廠，而其所代表的則可能是無意義的努力，或者是以相應(yīng)地成本降低實際提升生產(chǎn)力。

為了找到這些關(guān)鍵問題的答案，多家市場研究公司已經(jīng)進(jìn)行大量的研究了。他們都得到了相同的結(jié)論：工業(yè)4.0將會對中小型企業(yè)提供附加價值，而企業(yè)也應(yīng)該抓住相關(guān)機(jī)會，借以鞏固其公司的成功。特別是對于半導(dǎo)體制造商而言，其研究的結(jié)果可以分成三個部份：新技術(shù)、新產(chǎn)品的提供以及新事業(yè)模式。這三個方面結(jié)合起來就涵蓋了生產(chǎn)及其產(chǎn)品的整體價值鏈——起始于傳感器節(jié)點，透過云端，然后到達(dá)下游服務(wù)。

就轉(zhuǎn)型至智能工廠而言，在智能化以及節(jié)能產(chǎn)品方面有著強(qiáng)制性的需求，或者甚至是可以透過簡單的方法(例如即插即用)整合至現(xiàn)有生產(chǎn)架構(gòu)的完全自動化系統(tǒng)。這些系統(tǒng)是由各種半導(dǎo)體元件與傳感器，并結(jié)合類比與數(shù)位訊號處理IC而組成的。價值鏈從這些元件開始——首先，傳感器負(fù)責(zé)收集來自于現(xiàn)實世界的數(shù)據(jù)，接著必須在數(shù)位領(lǐng)域內(nèi)轉(zhuǎn)換與處理數(shù)據(jù)(圖1)。

圖1：智能工廠的訊號鏈

新的需求是什么？
隨著價值鏈的發(fā)展，市場需求也需要隨之改變。這就是為何半導(dǎo)體制造商必須調(diào)整自家企業(yè)及其產(chǎn)品以因應(yīng)智能工廠現(xiàn)實之故。技術(shù)的趨勢正朝著智能化與節(jié)能產(chǎn)品，以及整合安全防護(hù)與能量采集等功能的方向發(fā)展。這樣的元件，或是更完整的系統(tǒng)看起來就如圖2所示，采用ADI以MEMS為基礎(chǔ)的加速度計ADXL356。

ADXL356是一款低成本、低雜訊的三軸加速度計，具有高達(dá)±40g的量測范圍(FSR)。此元件的關(guān)鍵特點在于具有極低的偏置漂移以及低功率耗損。由于ADXL356采用高度密閉的封裝方式，因此特別適合在嚴(yán)苛環(huán)境中進(jìn)行精密的傾斜量測、高解析度的振動量測，以及在低電流或是以電池運(yùn)作的無線傳感器網(wǎng)路中實現(xiàn)高性能(長時間)的測量，例如用于結(jié)構(gòu)健康監(jiān)測(SHM)、姿態(tài)航向參考系統(tǒng)(AHRS)或是其它各種猛然間受到過多力度的應(yīng)用裝置。
ADXL356形成了系統(tǒng)的基礎(chǔ)，然后再以更多的功能加以延伸：透過類比數(shù)位轉(zhuǎn)換器(ADC)、微控制器，以及各種類比與數(shù)位元件，部份絕緣或是支援乙太網(wǎng)路(Ethernet)、6LpoWPAN或ADRadioNet等通訊標(biāo)準(zhǔn)的無線介面，實現(xiàn)整合型訊號處理功能。ADI開發(fā)的ADRadioNet通訊標(biāo)準(zhǔn)是一種無線的自愈多點跳躍通訊協(xié)定，具有高可擴(kuò)展性與低記憶體消耗等特性。此外，整合的加密方式像是AES-128與AES-256改善了安全性，以避免可能的網(wǎng)路攻擊。最后，功能安全在這些系統(tǒng)的開發(fā)過程中扮演了重要的角色，因為這一點在智能工廠架構(gòu)下也具有相等的重要性。

對于半導(dǎo)體制造商而言，未來若只是延伸其傳感器與其它半導(dǎo)體元件的范圍是不夠的。為了要在市場上被認(rèn)可為一家全球廠商，以及深入開發(fā)工業(yè)4.0的完整潛力，現(xiàn)有產(chǎn)品的范圍必須要以通訊和低功率微處理器技術(shù)予以擴(kuò)展。例如，ADI為通訊領(lǐng)域提供多個使用HART數(shù)據(jù)機(jī)的解決方案，可利用既有的基礎(chǔ)架構(gòu)，以相當(dāng)簡單的方式改善傳統(tǒng)的匯聚型通訊網(wǎng)路，實現(xiàn)其新的節(jié)能技術(shù)。

圖2：以MEMS為基礎(chǔ)的智能傳感器解決方案

根據(jù)市場研究顯示，中小企業(yè)希望得到制造商與供應(yīng)商的大力支持，以便更快且更具效率地將新產(chǎn)品整合于其系統(tǒng)中。透過這種方式，企業(yè)就可以減少額外的工作，且能持續(xù)地專注于其核心事業(yè)上。尤其是供應(yīng)商企業(yè)之間的合伙或合作計劃，都可以被視為是支援的類型。

因為工業(yè)4.0有著許多的優(yōu)點，許多相關(guān)的問題也隨之而起，像是為何有許多的企業(yè)至今仍未投資打造自家智能工廠？

猶豫的原因
投資的主要障礙之一就是對于智能工廠感受到的非利益因素及其有關(guān)的成本。舉例來說，由于缺乏貨幣評估的標(biāo)準(zhǔn)，因此目前想要計算投資率仍然是相當(dāng)困難的。所以半導(dǎo)體制造商必須提升其客戶的認(rèn)知，并提供能夠展現(xiàn)智能工廠優(yōu)點的教育材料，同時也要指出在投資時所能獲得的價值。

然而，投資的進(jìn)行不能只限于有意愿要將自家設(shè)施轉(zhuǎn)型為智能工廠的中小企業(yè)。智能化解決方案的供應(yīng)來源，例如半導(dǎo)體制造商，必須要投資于其產(chǎn)品上，甚至可能要投資于各種事業(yè)部門所需的重新建構(gòu)方面。對于新的技術(shù)與事業(yè)模式，以及行銷活動、資格評估以及銷售管理的開發(fā)與擴(kuò)展而言，投資是必要的。

隨著生產(chǎn)領(lǐng)域的轉(zhuǎn)型，數(shù)據(jù)與IT安全等領(lǐng)域的重要性不斷地受到重視。這些主題不只是成功導(dǎo)入工業(yè)4.0的重要需求而已，還必須持續(xù)地實施于數(shù)位系統(tǒng)當(dāng)中，做為關(guān)鍵的接納與成功的因素。

對于許多公司而言，重要的是在實施工業(yè)4.0的早期階段即設(shè)定基本策略課程，以相關(guān)技術(shù)匯整經(jīng)驗。然而，這個過程需要相當(dāng)?shù)哪托?，因為許多相應(yīng)技術(shù)在5至10年或更長的時間內(nèi)都還不太可能充份地發(fā)揮潛力。因此，工業(yè)4.0的實施過程將會需要很長的時間。此外，由于缺乏一套清楚的定義，因此哪一種工業(yè)4.0將被完整執(zhí)行并沒有確切的日期。與其討論工業(yè)革命，改用“工業(yè)演進(jìn)”這樣的說法還更具意義。

隨著生產(chǎn)環(huán)境的改變，新的廠商與競爭者也會出現(xiàn)或是影響市場。各種聯(lián)盟也會隨之出現(xiàn)，并將以一種更有意義的方式塑造生產(chǎn)的形象。工業(yè)或是企業(yè)的未來將越來越不必在工廠內(nèi)決定。軟體與服務(wù)領(lǐng)域也將會扮演重要角色，因為只有將虛擬與現(xiàn)實的世界加以連結(jié)與合并，才能確保有更強(qiáng)大的生產(chǎn)潛力。

對于企業(yè)而言，目前的發(fā)展步調(diào)顯然正加速中，假如錯過了這一波大勢，往后將很難以再跟上腳步。

因此，企業(yè)不再只是把工業(yè)4.0當(dāng)作是一個短暫炒作的話題。同時，目前的市場發(fā)展也清楚地顯示出業(yè)界朝向工業(yè)4.0與智能工廠前進(jìn)之勢不可擋。至于缺少標(biāo)準(zhǔn)、缺少安全性、缺乏知識等大問題，顯然也就相對地變成小問題了。此外，對于未來生產(chǎn)環(huán)境的疑慮也隨之減少了。

總而言之，朝向智能工廠轉(zhuǎn)型的工業(yè)4.0及其所需的技術(shù)，為半導(dǎo)體制造商與其成功提供了龐大的潛力。