以技术创新和场景融合“双轮驱动”,共塑未来工业新生态

随着数字化转型的深入推进,工业领域正迎来前所未有的变革。在这一背景下,施耐德电气通过绿色智能制造创赢计划持续推动技术创新与场景应用的深度融合。自2020年启动以来,绿色智能制造创赢计划已连续举办四季,吸引了超650家专注高新科技领域的中小企业积极参与,借由加速营与成长营的双营机制,更是帮助近50家企业输出了覆盖25个工业场景的联合创新方案。这些方案在推动新型工业化发展,打造新质生产力方面,发挥了重要作用。

近日,由工业和信息化部国际经济技术合作中心与施耐德电气联合主办的第四季绿色智能制造创赢计划结营仪式在上海举行。经过8个多月的技术研发、场景探访与联合开发,加速营企业扎根真实场景,成长营企业持续迭代创新,施耐德电气与众多合作伙伴共同取得了令人瞩目的成果。

施耐德电气高级副总裁、战略与业务发展中国区负责人熊宜表示:“在诸多不确定中,创新驱动和生态共赢成为工业发展最确定的事。绿色智能制造创赢计划以独树一帜的‘前沿探索’和‘真实场景’成为业内开放式创新的标杆。施耐德电气将依托这一平台,联合产、学、研、用,构建创新生态圈,持续推动技术融合创新,发展新质生产力,为新型工业化注入源源不断的新动能。”

值得关注的是,在结营仪式现场,绿色智能制造技术融合创新专家委员会还重磅发布了技术融合创新的最新成果——《2024未来工业技术融合创新报告》(下称“报告”)。报告中前瞻性地提出:以IT、OT、CT、DT、ET(5T)技术深度融合,驱动未来工业新发展,构建未来工业新范式。报告同时聚焦石油化工、食品饮料、有色行业、动力电池、氢能储能、集成电路六个垂直领域,围绕产品生命周期、生产全过程、供应链管理三大维度对企业转型现状进行深入评估,最终锚定了27个技术融合创新场景并展开分析,为企业数字化和低碳双转型提供行之有效的参考。

数字技术融合创新,AI应用加速落地

数字化转型是全球工业发展的必然趋势,而创新技术的不断涌现,将为工业高端化、智能化、绿色化、融合化发展注入强劲动力。当前,AI技术正以前所未有的速度发展,深刻影响着各行各业。在施耐德电气第四季绿色智能制造创赢计划的结营仪式上,gongkong®注意到多个联创方案中应用了AI、数据分析等技术。

在加速营展示环节,6家入营企业分别带来在AI、数字孪生、网络安全等技术领域的全新探索,为工业零信任、水处理、垃圾焚烧、物流、供应链管理等五大场景提供了创新性的联合解决方案。经过激烈的角逐,维美德(中国)有限公司凭借“垃圾焚烧电厂燃烧参数优化”联创方案脱颖而出,荣获“第四季绿色智能制造创赢计划加速营金奖”。这一方案展示了如何利用先进技术优化垃圾焚烧过程,提高能源效率和环保性能。同时,施耐德电气与入围的6家企业签署了联创方案合作协议,未来将在数字孪生软件在物流项目中的应用、垃圾焚烧电厂燃烧参数优化、基于关键装置/设备的微隔离防护、基于多因素认证的增强身份治理、基于AIGC的供应链知识专家等领域展开深入合作,推动优质联创方案的规模化复制,为工业领域的数字化转型注入更多动力。

成长营展示环节中,施耐德电气携手4家成长营企业,基于场景需求与深度实践,围绕行车调度及库管专家、污水处理优化控制、工业变频设备MR检修协助系统等场景持续迭代优化联创方案,并发布3大行业套件,推进优质联创方案从1到小规模的复制。这些方案的发布将进一步推动行业数字化走深向实,为工业领域的创新发展提供有力支持。

其中,上海境腾信息科技有限公司凭借其“工业变频设备MR检修协助系统”联创方案,荣获了“第四季绿色智能制造创赢计划成长营金奖”。这一方案通过引入虚拟现实技术,为工业变频设备的检修提供了更加高效、便捷的解决方案。

“铁三角”模式,驱动场景规模化落地

技术融合与创新固然是企业转型升级的关键,这一点在当今快速发展的工业领域尤为显著。但工业场景复杂多变,只关注单一技术,往往难以满足实际场景中的具体需求。施耐德电气工业创新生态中国区负责人蔡婷婷表示:“越来越多工业场景需要多种技术的融合应用,比如垃圾焚烧发电项目中的视觉控制技术,就涉及了AI算法、数据分析等多种技术的融合。”

施耐德电气在推动技术融合创新时,注重从场景需求出发,而非单一技术角度。蔡婷婷强调,施耐德电气在选择创新场景方面,始终坚持三大原则:首先,必须紧密围绕客户需求和痛点,确保解决方案能够真正为客户创造价值;其次,注重新技术的融合应用,例如AI、区块链、5G等前沿技术;最后,需要有强大的内部团队支撑,确保联合创新项目的顺利实施。

工业领域,最终用户往往面临着各种复杂而具体的痛点。“施耐德电气并非简单地拿着研究成果就进行推广。而是由最终用户先提出自身痛点,围绕其具体需求,施耐德电气再进一步缩小范围,明确应用场景及解决方案。”施耐德电气副总裁、中国及东亚区市场部负责人古月表示,“唯有对痛点精确定位,才能确保我们所提供的解决方案能够真正满足用户的真实需求。因为在工业场景中,即使是再微小的痛点,也可能关联着复杂的情况。而这些场景往往具有特殊性,单一、通用的产品方案难以满足其实际生产需求。”

绿色智能制造创赢计划的“铁三角”模式,为解决这一问题奠定了基础。在此模式中,施耐德电气作为底座,提供通用产品、软件及套件,并联合合作伙伴从最终用户的实际需求出发,进行二次开发和组合;同时,配合最终用户不断试用、实践与磨合,根据其反馈和评估,推动解决方案的持续迭代及优化。古月进一步表示,联创方案“从1到N”绝不是简单的复制,而是一个需要不断精细打磨和逐步优化的过程。在深入聚焦到某一个具体的应用场景时,方案的迭代次数和深度也会相应增加。而每一次迭代还会伴随一定的变化,在此过程中,施耐德电气与合作伙伴和最终用户的紧密配合显得尤为关键。

多维赋能,共创共赢绿色制造未来

创新技术的不断成熟推动着数字化转型升级加速,但企业数字化转型仍存在诸多难题,尤其是中小企业在人力和资金等方面面临较大的挑战。借由绿色智能制造创赢计划,施耐德电气紧密联合产、学、研、用各方,为产业上下游伙伴构建了一个多方参与、合作共赢的创新平台。依托该平台,各方参与企业都能够充分发挥其专业优势,通过形成技术创新与落地的强大合力,有效提高整个产业的创新能力和竞争力,并拓宽行业发展空间,为更多企业带来创新资源与合作机会。

“施耐德电气不仅有技术优势,还有人员和区域覆盖优势。通过将这些优势与中小企业的创新活力和市场需求相结合,施耐德电气能够将这些企业以及‘铁三角’的创新成果推广到更广泛的人群,为更多面临共同痛点、难题的企业提供有益借鉴。”古月说道。施耐德电气主要从广度、深度、速度、产品和规划五大维度帮助中小企业扩展和成长。

第一是广度,施耐德电气能够看到、触达中小企业很难触达的地域及行业,在帮助企业实现技术突破、创新突破的同时,拓宽其市场广度。

第二是深度,施耐德电气在中压、低压以及工业自动化领域拥有深厚的技术积淀与实践经验,依托自身在北京的软件研发中心,以及在上海、西安、深圳的硬件研发中心,能够进一步赋能中小企业。

第三是速度,即快速敏捷的支持。施耐德电气正以做软件的方法论研发硬件及软硬结合产品,通过小分队的形式快速进行课题攻坚,旨在以敏捷创新和快速迭代,去影响并帮助中小型企业提升速度。

第四是产品。很多初创企业拥有优秀的理念和方法论,对最终用户也有较强的认知,但缺乏成熟的、经过几十年验证的产品。施耐德电气历史悠久,拥有完备且经过验证的软硬件产品方案,可有效助力中小企业打造合适的解决方案。

最后一点是规划。企业的转型与发展,都需要规划先行。施耐德电气能够将自身的知识、经验和方法论进行总结并传授,为大中小企业提供战略咨询服务,更好地助力其高质量发展。

施耐德电气绿色智能制造创赢计划携手合作伙伴和最终用户,通过打造具有行业竞争力的技术融合创新方案,实现了更多行业场景和区域覆盖,不仅为中小企业提供了一个展示能力和持续创新的平台,也为工业领域的数字化转型和可持续发展提供了有力支撑。围绕联合创新、技术融合和场景应用,施耐德电气正引领着工业领域向着更加开放、高效与韧性、可持续和以人为本的未来迈进。

2024 年,企业应如何顺应工厂智能化发展趋势?

IT-OT 融合赋能工业4.0

数字技术融入实体产业,推动制造业智能化转型,根据《2023中国制造强国发展指数报告》会上发布的数据显示,工业互联网网络、平台、安全三大功能体系建成,核心产业规模突破1.2万亿元。随着科技的发展,元宇宙的应用更加频繁,越来越多的企业应用人工智能(AI)技术来建设智能工厂和工业 4.0 计划,并且已成熟应用于仓库的视觉拣选中。

IT对于企业的帮助是显而易见的,未来将会拉开更大的差距,同时也将改善企业的业务效率、提高员工满意度和客户的体验感。IT 和 OT 系统的结合能够显著提升企业的运营质量和生产率,不仅能够远程连接设备、机器,还能采集和分析运营数据,完成自动化控制,并利用增强现实(AR)/混合现实技术来提高可用性和协作性。

IT-OT 融合系统为企业售后服务支持以及培训带来了巨大的帮助,能够大大降低处理时间并扩大售后范围,还能更快获得所需的正确信息。据专家预计,数字孪生和增强现实(AR)的使用案例与IT同步使用将进一步提升企业的应用率,特别是在复杂工业设备(如仓库、物流和航空航天环境)的应用领域,潜力无可估量。

超越 ChatGPT,拥抱自动化、边缘分析和以人为本的未来

人工智能(AI)已广为人知,但无论是机器学习形式,还是以基于规则的专家系统形式, ChatGPT将人工智能又推向了另一座高峰,能够进一步提高效率、简化流程和减少人为错误。大数据时代需要快速大量地处理数据,包括结构化和非结构化数据。

数据处理对计算机处理能力要求很高,会消耗大量的存储空间,虽然目前主要是通过云计算来实现。2024年,TeamViewer将进一步增加对边缘计算的投资,在人工智能(AI)分析方面,边缘计算也将突破哑巴数据收集器的概念。

尽管人们对网络安全和监管方面的顾虑仍然存在,对数据流和数据分析的了解也有些欠缺,但这并不会影响企业前进的脚步,因为收益是远远大于风险的。并且企业不能因为人们对网络安全存在怀疑就不对数据进行利用,相反,应采取更加负责任的态度。

人工智能(AI)的应用能够帮助员工提高生产力、效率和准确性,并帮助各行各业克服日益严重的技能短缺问题。因此,人工智能的应用刻不容缓,鼓励员工学习新技能,承担更多价值驱动型任务十分重要。

从传统到科技,工厂智能化该如何走

智能工厂拥有巨大潜力,并能为企业带来切实的利益。不仅仅是对于新建设的工厂, 就现有工厂的智能化更新而言也十分重要,近期在新加坡现代汽车创新中心的成功设立就是智能工厂的典范。

随着工厂智能化不断加深,Mei 预测2024 年智能工厂的数量将显著增长:“工厂运营者需要与时俱进,学会应用智能技术手段对车间流程进行智能化管理”。

工厂车间内准确掌握运营数据是开发垂直化解决方案和提高效率的关键步骤,这一切都取决于数据和分析结果。随着智能工厂的技术更加成熟,可以与现有的运营系统集成,这就意味着不需要新建工厂,使用原有的厂房即可完成智能化升级。

此外,增强现实(AR)技术也将更多地应用于工厂车间。无论是对员工的培训还是机器售后维修,通过佩戴智能眼镜和增强现实(AR)技术,可以直接将指令投射到工人的视野中,现场工人可以在任何地方由专家远程指导操作流程,现场解决实际问题。不仅能够提高工厂的运行时间,还能优化流程。

展望2024 年,预计将有越来越多的企业投入智能工厂领域,利用IT-OT 融合系统完成工厂的智能化更新,通过数据采集和分析降低运营成本,提高利润,提升企业的市场竞争力指日可待。

燃擎之旅:西门子助力流程行业可持续发展加速

近日,2024年西门子流程工业“燃擎之旅”·北京站圆满落幕。本次活动以数字化和低碳化“双轮驱动”为主线,针对化工、制药、水处理、新能源、新材料等流程行业,全面展示了西门子智能制造领域数字化与可持续发展的前沿理念、创新技术、先进实践、全新模式及开放生态。

大会期间,西门子股份公司数字化工业集团过程自动化首席执行官Axel Lorenz、西门子(中国)有限公司数字化工业集团高级副总裁,兼过程自动化事业部总经理刘力康接受了gongkong等媒体采访。

在面对全球经济的不确定性和激烈的竞争时,如何实现高质量的可持续发展已成为所有企业的共同追求。而要实现这一目标,仅仅依靠传统的生产力和发展模式是远远不够的。新质生产力是指借助数字技术的深层应用,催生出新的创新技术和方法,进而推动工业领域的变革和发展。以数字孪生、工业物联网、边缘计算和人工智能等为核心的新一代信息技术正是新质生产力的代表,在推动制造业高质量发展方面具有重要作用。Axel Lorenz向我们分享了他对新质生产力的理解,并重点介绍了西门子在数字孪生、边缘计算、人工智能等创新技术方面的应用。

基于数字孪生的技术,西门子推出了PlantSight和gPROMS,为工厂设计和工程阶段提供了强大的设计工具。此外,西门子还将仿真技术进一步整合到Simatic PCS7和PCS neo控制系统中,使得用户在全生命周期内都能够运用数字孪生技术并从中受益。

工业物联网、边缘计算及云计算等新兴技术,为工厂提供了资产层面的预测性维护及工艺过程优化的可能性。西门子提供的边缘计算能力,使其与生产过程实现直接联系,在现场发挥作用。更重要的是,西门子能够提供智能传感器和智能仪表等产品,用户可以在现有工厂中进一步推进数字化技术的发展。

此外,西门子推出的基于人工智能的软件平台SiePA(Siemens Predictive Analytics),集成了工业人工智能与工业大数据分析技术,将预测功能从 “预测性维护”扩展到 “预测性优化”,并内置众多行业知识与经验。SiePA可以与DCS系统(如Simatic PCS7 / PCS neo)相结合,实现“AI+DCS” 加强控制,助力企业在稳定提高产品质量的同时提升生产效率。

当今时代,传统行业和快速增长型行业都在寻求转型升级,以应对日益严峻的挑战。这些挑战包括提高既有投资和生产效率,降低能耗和碳排放等。尤其是以化工、制药以及水务等行业为代表的传统行业,不仅在国民经济中占据着重要地位,而且对可持续发展具有深远影响。西门子凭借其深厚的技术积累和广泛的行业经验,致力于为这些领域提供高效、智能的解决方案,以推动行业的数字化转型和可持续发展。

例如在石化行业,西门子帮助青岛炼化完成了整个DCS平台SIMATIC PCS7系统的稳定更新,实现了全厂软件平台统一。西门子使用COMOS,SiePA等软件平台,实现了转动设备的运行状态监测、故障管理、KPI分析、主要耗能设备能效、易损件寿命的自动计算等。在制药行业,西门子与北京民海生物在产线数字化建设方面展开了深入合作,为其提供了工业网络及安全、BMS-EMS、SCADA、MES的完整的落地解决方案及工程实施服务,助力民海实现生产过程全流程数字化追溯体系。

依托前瞻视角和深入了解市场趋势和客户需求,西门子还积极布局氢能、电池及半导体等上升性行业,不断丰富产品组合,并针对这些行业设置了专业的行业专家,为客户提供精准的解决方案,以助力客户顺利实现转型。“西门子观察到氢能在工业领域越来越重要。氢能作为未来产业重点发展方向,在实现可持续发展的道路上扮演的角色日益重要。”Axel Lorenz进一步讲道。

作为氢能行业的先行者,西门子为客户提供数字化的整体解决方案。例如,在电解水制氢设备方面,西门子的数字化手段可以实现设备的能效优化和设计优化。此外,西门子利用数字孪生技术,帮助用户从工程设计阶段进行仿真应用。目前,由西门子参与的内蒙古我国首座氢能的绿氨零碳项目,目前中试已经基本调试完毕。该项目中,西门子提供了自动化与数字化技术支持,确保生产效率最大化,保证制氢、制氨的稳定性。

无论是传统的高耗能行业还是新兴的新能源等领域,企业的低碳之路任重而道远。西门子始终关注行业动态和客户需求通过提供数字化和智能化的解决方案,助力产业实现高质量的可持续发展。访谈中,刘力康进一步总结了西门子过程自动化事业部的三大优势是如何赋能产业升级:

一是“软硬结合”,真实世界和虚拟世界的结合,充分发挥西门子底层自动化优势,提供全套的自动化解决方案和数字化软件支持,挖掘、释放生产数据背后蕴藏的价值,将数据转变为影响和优化生产的有价值信息。

二是IT与OT的融合,西门子通过PROFINET技术以及5G技术,将IT与OT在通信层面上的数据链打通,消除信息孤岛。借助于边缘计算,进一步解决IT与OT融合的问题。

第三点,通过真实世界和虚拟世界的融合,帮助客户加快创新,增强可持续性,推动整个行业实现高质量发展。同时,西门子Xcelerator开放式数字商业平台能够提供轻量级服务和产品,助力中小型企业数字化转型的落地与实践。

深耕中国市场,夯实本土研发、生产

当前,中国市场正在推进数字化转型与可持续发展,而西门子全面的自动化、数字化、低碳化产品和解决方案,与中国市场的需求十分吻合。采访中,刘力康表示西门子将持续深耕中国市场,为更多的合作伙伴提供优质的产品和服务,积极参与中国制造业的高质量发展。

为了更好地服务中国市场、贴近客户需求,西门子不断加大在华投入。对于接下来在中国市场的发展规划,刘力康向媒体透露,西门子计划在其位于大连高新区的西门子工厂内新建一条用于生产过程仪表压力变送器核心元件的生产线。预计将于2025年正式投入使用,届时产品交付周期将缩短80%以上,进一步强化西门子本土生产和供应能力。

此外,针对当前中国制造业转型升级以及本土用户市场的需求,西门子还设立了战略产品管理部,将总部的产品管理职能转移到中国。目前,西门子已组建近30人的团队,针对不同的产品领域,如电源交换机、DCS产品、医疗类产品以及软件类产品,设置专门的产品经理,以加速本土化产品的研发与应用。

随着流程行业的深度调整和转型升级的加速推进,西门子作为全球领先的工业自动化和数字化解决方案提供商,在流程工业的转型升级、高质量发展和绿色低碳发展方面具有丰富的经验和创新的技术,致力于与用户及合作伙伴保持紧密联系,以提供符合产业升级需求的针对性解决方案。

国内汽车产销突破3000万大关,全球新能源产业竞争加速

汽车行业,作为全球经济的关键领域,正在经历一个标志性的转型阶段,这一阶段以显著的里程碑和技术进步为特征。2023年成为这一行业的分水岭,特别是在中国,汽车的生产和销售量超过了3000万辆的大关。仔细分析这一增长及其背后的趋势,可以看出未来汽车技术的发展方向。

国内新能源汽车产业快速增长,加速全球化

中国的汽车行业在近些年展现出了显著的韧性和活力,在中汽协近日发布的2023年汽车产销数据中,可以看到2023年全国汽车的生产和销售量分别达到了3016.1万辆和3009.4万辆,同比增长分别为11.6%和12%。这一增长不仅局限于传统车辆,新能源汽车领域的增长尤为显著。

其中,新能源汽车产销量分别达958.7万辆和949.5万辆,同比分别增长35.8%和37.9%。我们认为,这种快速增长反映了全球向可持续和环保交通解决方案的转变,而这一转变驱动力主要归结于环境关切和支持性政府政策。

不仅如此,国内汽车工业的全球足迹显著扩大,总车辆出口量达到491万辆,同比增长57.9%。新能源汽车的出口出现了暴增,同比增长77.6%,凸显了全球对更清洁、更可持续车辆的日益增长的需求。我们认为,新能源汽车已成为全球汽车产业发展的主流方向,中国新能源汽车产销已连续9年位居世界第一,正处于量变引发质变的阶段。

当然,我们也看到了一些国内外企业合作和国内企业大举出海的动作。例如,今年CES展会上,NVIDIA与包括理想汽车、小米汽车等在内的领先汽车公司为其NVIDIA DRIVE Thor和DRIVE Orin平台建立了合作关系,这预示着未来人工智能和先进计算将成为汽车设计和功能的一个整体部分。

另外,比亚迪近日也宣布收购巴西锂矿开发商Sigma,该公司市值约29亿美元(约合208亿元人民币)。同时,比亚迪正在当地积极寻找锂资产,并计划建设一家集电动客车、卡车底盘和新能源乘用车整车生产于一体的大型生产基地综合体,该项目总投资额为30亿雷亚尔(折合人民币约45亿)。

所以现阶段下,中国新能源车企正在加速海外扩张。也有分析机构预计到2024年,全球新能源汽车市场将增长27%,达到1750万辆。值得注意的是,中国新能源汽车品牌预计将占据市场份额的78%左右。同时在2024年,中国在新能源汽车市场的份额有望达到47.1%。

新能源汽车将成为一个全球性的“战场”

虽说,目前国内新能源车企在全球处于领先地位,但是北美、欧洲等地区的发展仍然值得关注。从分析机构Canalys预测数据来看,2023年全年,全球新能源汽车销量预计增幅29%,达到1370万辆,渗透率达17%,其中欧洲和北美的销量分别达320万辆和180万辆,与中国共同成为2023年全球前三大新能源汽车市场。但是,北美即将超越欧洲,提供更低的电动汽车价格。英国也在投资策略上发生了明显的变化,汽车制造商更多地关注竞争力强的电池电动汽车。

而且,电动汽车电池的发展已经取得显著进步,特别是锂离子(Li-ion)技术,这为电池提供了更高的能量存储、更轻的重量和更长的使用寿命。新的发展如固态电池,预计将进一步革新这一领域,提供更高的能量密度和快速充电能力。如Schaeffler Americas正在开发的固态电池旨在增强电池寿命、减小体积,并降低成本,同时实现快速充电。同时,美企量子景观(QuantumScape)公司表示,其固态电池也通过了德国大众公司的50万公里耐久性测试。

并且,从国内海关的数据就可以看出来,全球都在十分注重以ESG为代表的绿色环保理念。2023年“新三样”出口同比增三成2023年我国货物贸易出口23.77万亿元,同比增长0.6%。电动载人汽车、锂离子蓄电池和太阳能电池,“新三样”产品合计出口1.06万亿元,增长了29.9%,首次突破万亿元大关。增加电动汽车和光伏的市场对于减少排放至关重要,也是符合全球规定的目标和里程碑。然而,电动汽车行业在确保盈利的同时,面临着满足环境目标的挑战。工控网认为,尽管近些年消费端对电动汽车的情绪有所放缓,但市场整体增长并未减弱,理解消费端的偏好,特别是关于电动汽车的续航里程、充电时间和成本等因素,对于全球市场的持续扩张至关重要。

而且,全球电动汽车市场正在经历加速竞争的阶段,主要表现在原始设备制造商(OEM)转向内部开发关键电气化推进组件,例如集成电驱动轴。这一趋势不仅激化了技术竞争,还推动了对永磁体(PM)依赖的减少,这一措施主要是国外考虑到中国在这些资源的市场上占据主导地位。此外,随着产量的增加,行业内部的合作、联盟和合资企业日益增多,这既带来了技术挑战,也对供应链造成了潜在的限制。这些变化共同推动了全球电动汽车行业的快速进步和竞争加剧。

总结来说,汽车行业向电动出行的转型涉及复杂的技术创新、市场动态、环境考虑、经济因素、消费者行为和全球供应链挑战的互动。特别是固态电池等电池技术的重大进步将在这一过程中发挥关键作用。然而,新能源汽车必须在继续实现可持续增长和电动汽车的广泛采用的同时,导航各种挑战,包括不断变化的消费者偏好、经济不确定性、供应链复杂性和法规环境。

汇川技术与山东玻科达成战略合作,引领玻璃深加工行业迈向“数智未来”

近日,山东玻科数控设备有限公司(简称“山东玻科”) 董事长王正胜一行到访苏州汇川技术有限公司(简称“汇川技术”)华东总部园区,并与汇川技术正式签署战略合作协议。双方以实现资源优势互补、互惠共赢为共同目标,开启新一轮战略合作。山东玻科董事长王正胜、销售总监姚纯刚、汇川技术联合创始人张卫江、玻璃行业总经理梁鹏等相关人员出席并见证本次签约。

数自融合有实效 加工效率提升10%

山东玻科自2000年7月创立以来,在生产、科研、开发和销售领域展现出强大的综合实力。公司专注于研发和生产“正通达”品牌的中空玻璃加工全套智能设备,致力于推动行业的技术进步。

2023年,山东玻科在其中空线设备上全面采用了汇川的方案及产品,涵盖了充气线和打胶机等关键设备。汇川的小型H5U和中型AM系列PLC控制器,以及高性能的变频器和伺服驱动器产品在山东玻科得到了广泛应用,成功实现了设备测高、测长、测厚等工艺的全自动化升级,中空玻璃氩气填充密度提升至98%以上。

此外,山东玻科还通过数字化手段,以智能连线取代了传统的人工输入作业模式,这不仅实现了上下游设备间的数据互通,还将数据采集准确率提升至高达99%的水平。值得一提的是,连线缓存功能的引入使整线加工效率提高了10%,显著提升了生产效率。

在打胶设备的开发过程中,山东玻科与汇川紧密合作,共同推进关键核心技术的攻关工作。双方携手探索玻璃加工行业的新技术、新应用,为行业的创新发展注入了新的活力。

战略签约 开拓合作共赢新局面

本次战略合作,双方聚焦产业数字化、智能化、绿色化转型技术创新推动中空打胶装备的高质量发展,并在公司治理、战略管理、人力资源数字化建设等公司管理运营等层面展开多维度交流合作。

张卫江首先代表汇川技术对山东玻科的来访表示热烈欢迎,并高度评价了山东玻科为玻璃深加工领域做出的重大贡献。山东玻科董事长王正胜则对汇川技术的信任与支持表示感谢,他表示,自动化与数字化的加持,IT&OT的融合探索,构建数据驱动的管理决策体系,玻科与汇川的战略合作将开启中国玻璃加工自动化及信息化的新路径。

此次战略合作协议的签署,是双方合作历程中新的里程碑,双方将会进一步提升合作层级,大力深化合作领域。未来,在彼此的共同努力下,一定能够走好创新型工业化之路,推动行业可持续发展,实现玻璃由“中国造”到“中国智造”的跨越。

以柔性制造加固核心壁垒

为重量超数千公斤、批量最少仅10余件的高精密阀门零件投建高端自动化产线,梁桂华先生,西派集团有限公司董事长,于2019年做出这个决定时,几乎遭到了公司所有高层的反对和同行的质疑:“这么小批量做自动化不是哗众取宠嘛”,“各种不同类型的阀门,规格大小不同而且是各种特殊材料,要如何实现自动化”,“产品品质怎么保证”……如今,三年过去,这条集成了6台高端加工中心、长度接近100米,堪称亚太区规模最大的适用多品种小批量生产的柔性产线已成功运行,在用生产效率翻番、生产人员减少40%卓越表现击碎一切质疑的同时,也成为了西派智能梦工厂的“定海神针”,为其跻身中国最完善的高端阀门制造企业之列打下了坚实基础。

“对于制造企业来说,想更胜一筹,必须要有自己的独特优势。之于西派,我认为就是智能化。”梁桂华介绍说,“锚定熄灯工厂、数字工厂,西派正是以这条柔性线为起点,持续发力,不断加固面向未来制造挑战的核心壁垒。”

成立于2009年的西派,是一家专注流体控制解决方案的高端智能企业,一直从事于石油钻采专用设备、管线阀门、控制阀、仪表仪器的研发和生产,并凭借着高性能、高精度的产品成为了中石油、中石化,以及科威特国家石油公司(KOC)、阿布扎比国家石油公司(ADNOC)、阿尔及利亚SONATRACH等领先能源企业的一级供应商,在业内有着的较高知名度和影响力。

走进西派位于江苏金湖的工厂,无论是设计前沿的现代化厂房,还是智能高效的生产装备、自动化产线,又或是极具未来感的数据监控大厅,其先进程度令人赞叹。正如一位省领导在参观时所说“我没有想到金湖有这样先进的企业,更没有想到金湖有这样具备先进思想的企业家”,这一切的背后,离不开其掌舵人梁桂华深刻且前瞻性的思考。

“竞争只会更激烈,一面是国内巨头和海外品牌双向夹击,一面是用户需求瞬息万变,唯有走智能化路线才能让西派拥有‘差异化竞争优势’。数年前,我们着手规划,直至2019年遇到了Fastems。”梁桂华介绍说,“通过Fastems遍布全球的诸多成功案例,我看到了自己设想中柔性产线的样子;在多次深入探讨中,我切实感受到了Fastems的‘不一样’,他们总能站在我的角度出发,赢得了我的信任。”

值得一提的是,西派柔性产线不仅在长度上创下纪录,其产线的混合性、复杂程度在业内来说也是首屈一指。首先是不同品牌的机床的混合,西派产线集成了大隈和牧野两种品牌、不同规格型号的6台四轴四联动加工中心,这不仅要求产线集成商有着强大的品牌兼容能力,还需要有丰富的应用经验。一个难点也是亮点:不同尺寸、不同功能的托盘的混合。为配合两种型号机床,产线内的159个机加托盘有着两种差异不小的尺寸,分别为630*630mm台面卧加和800*800mm台面卧加,此外还有118个1200*800mm的物料木托盘,柔性线需要智能地识别各个托盘,并将它们精准送至对应的料站或机床,对于柔性控制软件的性能也是一个不小的考验。

芬发自动化上海有限公司总经理丁永平介绍说:“不同品牌机床、不同托盘尺寸混线及物料托盘管理,从来不是哪家公司的‘专利’,而Fastems能够承接这一项目,并确保产线顺畅运行的笃定和自信,皆来自于我们在自动化领域潜心四十余年的丰富经验。哪种品牌的机床配备怎样的接口,垛机如何切换识别不同尺寸的托盘,柔性控制软件怎么满足用户不同需求,这些问题的答案在我们遍布全球的数千个案例中已经得到无数次的成功验证。并且,本次西派柔性线的安装与调试工作均由我们中国服务团队完成,取得了客户的高度认可,这也是Fastems中国定位‘全球技术标准、本地响应速度’的一次有力证明。”

当走进车间,这条柔性线真实矗立在眼前时,其所带来的震撼无以名状。只见,长度近百米、高度近八米的五层立体库整齐排列,库内集成有一台垛机,以每分钟210米的超快速度,高效且有序地将各类托盘以及托盘上的毛坯、在制品等搬运至产线内的6台机床和3个装载站内。所有工序仅依靠两位技术人员,通过操作控制面板与装夹零件来完成。

“在梁总最初让我来负责柔性线项目时,我是心存怀疑的,甚至直接和梁总提出‘公司的产品不适合上自动化线’。”西派集团设备部经理、柔性产线技术负责人陈辉回忆道,“在我最初的认知中,自动化线一般只适合大批量产品,因为要切换产品,需要对产线进行大规模调整,步骤极其繁琐。而我们的阀门零件最大批量仅有几百件,种类、规格之多,多托盘生产对夹具精度要求极高,怎么自动化生产呢?直至看到Fastems那么多成功的应用,我才真正理解了柔性自动化与常规自动化的区别。基于软件它可以同时生产不同的订单,将待加工的产品自动送入需要加工的机床,产品切换精准、灵活。Fastmes柔性线采用的是托盘交互形式,零件、夹具和托盘作为一个整体在线内移动,由此可实现产线不同零件的快速切换加工。此外,当一个零件在调试、装夹、检测时,柔性线可以自动调换其他零件进行加工,大大提升了设备利用率。”

这条柔性线如今运行状况如何呢?陈辉非常自豪地介绍说:“我们的产线自2022年底调试完成后,目前已经运行近一年时间。各类阀门(6A、6D)的多个零件,包括阀盖、阀体、管头等各种规格都已上线生产过,零件重量从几公斤到数千公斤,批量最小仅为18件,无论是加工品质还是生产效率均表现出色。以闸阀管头零件举例,传统车间里单机生产8小时能够做7件,柔性线上的单机则可以生产13件,效率几乎提升一倍。再比如球阀阀体零件,柔性线单机生产32件的时间,传统车间的单机只能加工20件。”

柔性线还减少了操作人员的数量与工作量。得益于Fastems软件,只要上线加工过的产品,以后如有重复,一键可以重启生产,实现了工艺的可传承。Fastems软件在生产还没有开始前,便提前告知操作员保证持续生产所需准备的所有生产资源。西派实现了‘最长的FMS线,用最少的人’!

“西派80%的业务是出口海外,客户对交货期以及产品品质的要求非常严格。因此我最看重的就是柔性线的稳定性和高效率。在这一年的时间中,Fastems没有辜负我们的期待,在有效提升加工效率的同时,极少发生故障,即使偶尔有报警,其技术团队的售后保障也十分给力。”梁桂华补充介绍说,“此外,这条柔性线还在很大程度上提升了我们的品牌影响力,不仅有来自政府的关注,一系列奖项荣誉以及资源的获得,当客户来到工厂,看到这条产线,便对西派的供货能力、产品品质有了更大信任。”

作为驱动世界生产最重要的产业之一,油气开采装备却一直被认为是智能化建设较为落后的洼地。一方面,产品本身特性,如品种多、体积大、制造工序长、定制化程度高等,致使生产环节数据易碎片化,对自动化、数字化技术方案要求非常高。另一方面,由于油气装备投入高、整合资源难度大,实现全流程智能生产更加困难。然而,这些在外人看来的重重挑战,却成为了目标高远、敢于突破的西派集团一路前行的动力。

为了响应政府招商引资的号召,梁桂华从2009年调转赛道投身实业,创办了西派工厂;在这十多年中,与大部分企业一样,经历了冰岛次贷危机、石油危机、中美贸易战、疫情爆发等多重考验,在行业低迷困境下,仍力排众议投建柔性产线……梁桂华以创新者的魄力一步步成长蜕变,同时也让油气阀门生产一次次实现“更高效率”的升级跃迁。如今,西派卓越制造又将登上新的台阶,一幅智能数字梦工厂的蓝图正围绕柔性产线缓缓展开。“以柔性制造、自动化生产为基础,西派已经搭建起了一个较为完整的全信息化平台,集成了覆盖生产、企业信息、物流、采购、用户管理等多个数字化系统,在最终建成后可实现公司内外部所有数据的互联互通,并依靠科学的数据分析达成生产管理层面的智能决策和企业整体的智能战略规划。”梁桂华介绍说。

“Fastems柔性线所配置的MMS生产控制管理软件能够完全满足西派的数字化需求。首先,实现自动排单,以及遇到急单或设备故障时订单自动调整动态,加上实时、详细的订单进程监控系统,可真正帮助用户做到不间断生产。其次,MMS还可与公司的数据网络轻松连接,实现产线所有生产要素数据的实时采集和监控,如机床、刀具、夹具、托盘等,为工艺优化、生产管理,乃至企业管理提供科学的数据支撑。”丁永平补充介绍说。

数据的透明化,让西派对生产要素产前准备、订单进展、瓶颈排除和机床OEE一目了然。生产加工不再仅依靠于人员的技术水平和应用经验,而是一个标准化的操作流程、一个程序化的工艺方案。无论是谁,只要依循数据,就可以加工出相同高品质的产品。这一优势在现实加工中,可大大减少操作人员的工作量,正如陈辉说介绍的,柔性线在加工已生产过的产品时,无需重复调试,直接在软件中调取数据即可。从长远来看,为西派数字化工厂未来在全球范围内的复制带来了可能。

从跟跑到赶超,国产减速机的“加速运动”

当下,智能制造已成为全球工业制造领域的大势所趋,柔性化的供应链逐渐替代传统的低韧性体系,对制造企业的智能制造能力提出了更高要求。与此同时,随着我国新型工业化建设大力推进,构建完善的现代化高端制造体系成为题中之义,保障产业链、供应链安全可控亦成为智能制造的重要一环。智能制造领域热潮奔涌,机器人则是其中必不可少的角色。

机器人产业近年来发展势头旺盛,潜力巨大,已成为各国竞相争夺的战略高地。随着软硬件技术的持续进步,机器人不断拥有更高的精度、更强的适应性和更广阔的应用范围,从工业制造延伸到医疗、服务等领域,逐渐成为促进经济社会高质量发展的重要力量。与此同时,在机器人核心零部件的技术创新方面,中国企业无论是研发还是制造都取得了显著进展。例如,伺服电机、减速机、控制器等关键部件的国产化水平越来越高。其中,以机器人的“关节”——减速机为例,我们可以看到包括美的工业技术在内的国内企业主动挑起了大梁,开启了国产减速机的“加速运动”。

以核心技术突破减速机发展瓶颈

中国机器人市场规模占据了全球市场的52%,连续十年成为全球最大市场。据《中国机器人产业发展报告(2022年)》预测,2024年全球机器人市场规模有望突破650亿美元,市场空间非常广阔。其中,中国品牌的工业机器人增长是最近十年来同比最快的,几乎超过一半的国民经济领域都在应用自主品牌机器人。

未来随着技术进步和场景拓展,机器人行业还将呈持续增长态势。工业机器人主要应用于汽车、电子、食品、医药等行业的生产线,通过提高生产效率和准确性,帮助企业降低成本、提升竞争力。以工业机器人为例,精密减速机的成本占比为30%左右,在人形机器人中这一比值则更高。

由此可见,减速机与高端制造产业发展息息相关,为更好地推动中国现代化产业升级,国家及相关主管部门制定了一系列的支持、指导类政策,进而推动减速机朝着高精密、高性能、进一步提高能效、实现国产化替代等方向发展,力图解决制约机器人发展的瓶颈。2023年6月,工信部等五部门印发《制造业可靠性提升实施意见》,要求重点提升工业机器人用精密减速器等关键专用基础零部件的可靠性水平,意味着未来高端装备制造将对标国际同类产品先进水平,率先成为制造业“长板”。 随着国内RV减速机和谐波减速机的部分量产,国内精密减速器行业进入国产替代阶段。

正是在这种高端技术转型的大势所趋之下,美的工业技术敏锐地洞察到市场需求,依托自身在精密制造领域的强大实力和多年实践,自2019年开始专注于精密减速机的研发与制造,并在齿轮、轴承、材料、仿真、摩擦磨损及润滑等关键领域积累了丰富的经验。

比如市场上的谐波减速机虽已初步实现国产化且品种繁多,但目前大多数国产品牌的产品质量和国外知名品牌还存在一定的差距,其精度及寿命仍落后于国外领头企业的产品。谐波减速机作为工业机器人的核心零部件,其精度、耐久性等性能水平直接决定机器人整机的性能。除了巨大的成本投入等因素之外,由于缺乏正向设计技术和基础技术研究,对于在应用端发生的抖动、噪音、泄露及失效等问题,缺少有效的解决方案。无法满足机器人厂商的高质量配套标准,更难以应对目前柔性化的智能加工生产企业在小批量多品种、快速转换生产线方面面临的成本和时间问题。

针对这一系列“疑难杂症”,美的工业技术从组建行业领先的研发团队入手,聚焦减速机精度和使用寿命提升加大研发力度。如今,其具有自主知识产权的正向设计技术和行业首创M型齿设计,推动减速机产品的承载力与寿命大幅提升,整体性能已得到“国际先进”水平鉴定,让当前国产化减速机“卡脖子”技术难题得到有效破解,更以产业化的生产应用推动我国机器人产业高质量发展。

助力中国机器人产业更深、更远发展

对于无论是有定制化生产还是大规模成品加工需求的制造企业客户来说,这些显著的技术特色都能为其添砖加瓦。一些精密部件的加工对产品精度有着严苛的要求,机器人所能达到的加工精度当然是客户考量的第一标准。同样,对于重复大批量生产的需求,24小时不间断工作条件下的加工寿命就关乎到企业的直接效益。高性能谐波减速机的耐久性等性能水平直接决定机器人的使用价值和可发挥的加工用途,以及能否在不同的自动化产线上灵活且持久运作。

依托在精益制造、研发与专利领域的优势,美的工业技术在减速机领域已收获80项技术专利,成为国产减速机行业的新锐力量。稳定可靠高精度是衡量减速机性能的重要标尺,美的工业技术高性能谐波减速机在材料源头采用兼具高精度和高刚性的行业高标准材料,在空程、滞后损失、传动误差、扭转刚性等指标方面均媲美行业标杆;优化结构设计,采用柔轮变壁厚设计等高精度仿真技术,降低柔性轴承受力,从而大大提升减速机寿命;独创M齿形设计,提升齿形同时啮合率,大幅提升产品承载力与寿命。

检测显示,美的工业技术的高性能谐波减速机产品寿命超过10000小时,达到行业领先水平。具体来说,产品初始精度≤1角分,并保证10000小时后精度退化量≤1角分,真正以稳定可靠高精度的减速机产品,赋能高端机器人的广阔应用。如今,美的工业技术高性能谐波减速机已测试或量产导入部分机器人“四大家族”、国内及日系头部企业,在仿生机器人、工业机器人、协作机器人、服务机器人及工业自动化等多元场景展现出巨大的应用潜力。

针对制造企业的调研显示,当制造商谨慎考虑2024年的预算时,自动化和机器人等相关技术必然成为首要考虑因素:部署这些技术不仅对于提高生产效率、质量至关重要,也能降低制造业工人经常面临的一些高危环境风险。同时,先进的自动化生产线有助于企业缩小与竞争对手之间的差距。相信随着以美的工业技术高性能谐波减速机为代表的国产机器人核心部件企业崛起,凭借快速迭代的技术创新与成本等优势,我国机器人的应用与普及将更上一个层次,而我国工业机器人及核心部件竞争力的提升也将进一步为我国工业、经济的高质量发展注入强劲动力。

机械制造业: 智能机器的复兴

今天的机械制造企业面临着不确定的市场环境,除了对高质量、高性能以及低成本的迫切要求,降低能源使用,减少碳排放,减少废料产生也对企业的可持续发展提出挑战。

从全球趋势来看,一些成熟的制造领域正在转移到邻近领域或者新市场。例如,造纸机制造商向电池机制造领域扩张,以满足电动汽车需求的急剧增长。然而,无论是机器制造商还是整个制造业,劳动力的短缺都迫使自动化的需求向上增长。未来工厂正围绕可持续性、灵活性和未来劳动力的范式发展。

技术的进步为制造企业提供了蓬勃发展的机会,数字化集成了数字工具、系统和物联网数据,将以前孤立的设计、工程、生产和服务信息连接起来,所产生的丰富数据使这些新功能成为可能。随着数字化的深入,制造企业可以超越自动化,进入更具预测性和适应性的生产环境。自适应制造提供了灵活性,可以随着市场和客户需求的变化轻松切换生产。此外,它还能简化工作流程系统,制造企业可以依靠相同数量的劳动力来做更多的事情。

数字孪生:数字化的核心

制造业的复兴需要对包括生产机械在内的整个生产过程进行数字化,而一切的起始点就在于设计,即创建智能机器的数字孪生。在设计过程中,机器的数字孪生是基于多学科工程开发的,包括机器的机械、软件、电气和自动化系统等等。这种数字孪生最初用于虚拟样机的设计探索和评估。一旦机器准备好部署,机器的数字孪生就可以在机器物理安装之前进行虚拟调试,从而大大降低部署所需的风险和时间。

在工厂部署完毕后,机器的数字孪生将在机器的使用寿命内不断丰富实际操作的数据。这样做的好处在于可以在真实表示和数字表示之间形成一个闭环。随着精确度的提高,数字孪生可以为业务运营提供宝贵的性能见解,使制造团队能够持续监控和提高制造效率和质量。数字孪生提高了操作的可靠性,其能够提供数据来预测机器何时需要维护,并提供见解来管理机器的服务生命周期管理,消除计划外停机或机器损坏的可能。数字孪生还有助于加快新产品的推出,在车间进行物理改变之前,制造团队可以测试潜在流程。

数字主线改变机械制造业

在数字化开始实施后,它将为制造业带来全新前景。离散型机械的数字孪生可以集成到一个数字主线中,该主线从单个机器扩展到工厂布局和设计,然后扩展到制造操作。工厂级仿真使我们能够跨机器、自动化流程和生产线,不断优化速度和质量。制造商可以优化工厂的整体性能,从规划开始,贯穿正在进行的运营。如此一来,在智能工厂的整个运营过程中可以无缝访问和共享数据。

这样的作法能够有效推动在可持续性和生产灵活性,并缓解劳动力短缺问题:

·能源管理的可持续性——制造商可以在工厂内部甚至全球运营中进行完整的工厂能源评估、优化、二氧化碳减排和报告。

·生产灵活性——实现真正的IT/OT融合,可以连接和分析整个供应链、工厂运营和业务流程的数据,实现近乎实时的数据驱动决策。

·部署与人工智能/机器学习和数据分析的人机协作——包括来自工业边缘能力的数据。制造企业可以获得更好的洞察力,对意外事件做出快速反应。此外,利用创成式AI(Generative AI)进行操作分析(如西门子的Industrial Copilot),允许用户快速生成、优化和调试复杂的自动化代码,并缩短仿真时间。

数字主线的出现大大降低了转换或修改线路以适应波动的市场条件时的风险。随着我们继续连接物理世界与数字世界,网络安全风险和威胁的复杂性也在继续增加,并随着更大的数据和更广阔的地理空间逐渐延申,网络安全成为了优先事项,并融入数字化的每一步。

从小规模智能起步

那么应该怎样迈出第一步?我们建议,可以从小规模开始,先确定可以推动流程转型所需要的工具,那么对流程进行优化或重新定义就必不可少。利用这些工具的优势,教育员工应该如何有效利用新工具和新流程,并在其不断提高熟练程度的同时为其提供持续支持。然后,通过重复这一流程,将数字化扩展到整个公司,以这种方式实施数字化转型战略,将让企业变得更有弹性、适应性更强。例如,可以考虑专为机械制造企业构建的工业云解决方案,其无论从成本考虑还是灵活度考虑,都十分适合数字化的逐步推进。

在西门子,我们对数字化的成熟度规划有五个阶段,我们首先会对客户的数字化成熟度进行评估,确定其在这个数字化进程中的具体位置;然后,我们会看同行业的行业领导者已经成功部署了哪些工具;接着为客户制定路线图,助其开启数字化之路。

如今,大多数机械制造企业已经接受了这一过程的前两个阶段:从基于文档的数据框架转移到基于模型的数据框架,以及跨领域地共享数据。这两个阶段可显著提高整个组织中数据的可追溯性和可访问性,有助于提高流程效率以及工程灵活性。

例如我们的客户之一,为全球客户提供灵活创新的包装机的挪威公司Tronrud Engineering,就在其数字化的进程中使用西门子的工业软件解决方案,并实现了设计过程减少约10%,调试阶过程减少了20%至25%的喜人成果。

有了数字化,机械制造企业就可以更加自信地拥抱创新的未来,其可以从自动化转向适应性制造,并在整个运营中建立数字主线,这一转变将帮助他们在变化的环境中蓬勃发展,以适应未来可能发生的种种挑战。

传感器和AI相结合,ST智能传感器助力未来可持续的虚实交融生活

时间来到2023年,ST在中国召开了其首届传感器大会,支持本地端的AI计算的智能传感器成为了本次大会的焦点。在开幕演讲上,意法半导体副总裁·中国区总经理曹志平表示,我们的生活经历了从off-line到on-line的变革,以及从on-line到on-life发展,目前迈入Sustainable Onlife阶段,具备AI能力的传感器将会是构建永久在线的、虚拟交融的可持续生活的关键。

2019年ST就推出了集成自家ML内核的传感器,这在当时确实是业界首款。而这款产品并不是ST的浅尝辄止,而是开启了其在AI传感器上的完整生态布局。

时间来到2023年,ST在中国召开了其首届传感器大会,支持本地端的AI计算的智能传感器成为了本次大会的焦点。在开幕演讲上,意法半导体副总裁·中国区总经理曹志平表示,我们的生活经历了从off-line到on-line的变革,以及从on-line到on-life发展,目前迈入Sustainable Onlife阶段,具备AI能力的传感器将会是构建永久在线的、虚拟交融的可持续生活的关键。

智能传感器要具备多强的计算能力,才能实现端侧AI应用?传感器和MCU/SoC之间又该如何分配数据的处理任务?带着这些问题我们有幸采访到了ST的诸多高层。

智能传感器布局:从MLC进化到ISPU

“智能传感器必须要能够实现独立的决策——通过它收集到的一些数据,能够不依赖微控制器(不管是节点级别的次微控制器,还是主SOC)独立做出决策。”意法半导体亚太区模拟器件、MEMS和传感器产品部 (AMS) MEMS及影像传感器子产品部市场及应用副总裁、智能手机创新中心负责人Davide BRUNO表示,“所以就ST本身而言,现在正在努力让传感器(不管是运动传感器、加速记仪,还是影像传感器方面)最终能够根据自己收集和感知到的数据做出独立的决策,并自动采取干预行为,从而得到预期的效果。”

通常在一个端侧系统中,会需要用到传感器、MCU和其他一些连接的功能。传感器负责采集真实物理世界的信号以及人体的相关信息,然后负责将数据传递到MCU中进行计算。MCU通过对于数据的计算分析,然后产出控制信号给到执行机构。在这其中,复杂的数据运算可能需要上传到云端进行处理和记录。

而ST在2019年推出的MLC(Machine Learning Core),则是在传感器内增加一个可重新配置的单元,被称为rPU。该rPU可以通过寄存器重新配置,能够运行一些简单的AI模型。其中FSM是用于设计逻辑连接的数学抽象。它是由有限数量的状态和状态之间的转换组成的行为模型,类似于流程图,可以在流程图中检查满足某些条件时逻辑的运行方式。FSM允许可以将一些算法从应用处理器转移到传感器中运行,从而持续降低功耗。

而在传感器峰会上,我们听到了一个更新的产品类型叫做——ISPU,即Intelligent Sensor Processing Unit。据了解,ISPU其实是早在2022年初就已经发布,这是一款内置了DSP的IMU产品,ISPU是集成在传感器的ASIC中的一个专门用于机器学习和处理器的DSP,可采用专用指令集进行编程,能够运行1位NN精度的AI算法。Davide表示,ISPU能够在边缘自动分析处理数据,并根据特定应用的需求,采取干预行为,并确保所需的精确度,从而让终端应用变得更为丰富。而这一理念可以从IMU延伸到ST所有类型的MEMS和imaging传感器当中。

意法半导体MEMS传感器产品市场经理Francesco BIANCHI表示,ISPU是意法半导体跨向人工智能领域的最大一步。目前,可以通过ISPU来帮助客户实现在他们自己的神经网络端,以及包括在他们自己的人工智能算法上的解决方案的打造。

数据分区处理,带来系统能效提升

通过在传感器中集成NN单元,像ISPU这样的产品,可以让用户的数据做到分区处理:在传感器上运行特定级别的一些数据的处理,比如说一些比较简单的或者是中等难度的数据处理;并将比较复杂的算法和比较密集强度的一些问题,留给MCU进行处理。

因为传感器上的AI算力增强而实现的这种数据分区处理,能够大大提升整个端侧系统的能效。

Francesco表示,如果从传统的系统优化的角度来说,大家都认为传感器本身就是一个低功耗的产品,是整体技术架构里面低功耗的一个部分。而对于MCU微控制器来说,因为它要进行大量数据的处理,所以它处理数据数量的高低,直接决定了它的功耗的多少。如果我们能够让一些原始数据实现本地(传感器侧)的处理,就可以帮助为微控制器留出更多的空间来进行复杂任务的处理。这是可以帮助进一步地优化系统及整体的功耗的。“更多原始数据的处理,都可以在ISPU实现本地完成。这样就能够提供更多的信息,提供更多的原数据,帮助我们和客户通过数据的方式执行更多的任务。通过这样的方法,可以帮助客户实现其解决方案极大的系统化的升级和优化。”

此外,数据分区处理还可以提高安全等级。因为通过传感器所收集到的大部分数据都是原始数据,如果采用传统意义的传感器,这些数据可能会放到云端,或者是放到应用端去进行处理。因此,这些数据如果保护不好,就会出现外泄并为第三方所获取。但如果传感器本身就能够实现对数据的一些处理的话,它就帮助降低了数据外泄的可能性。

正如Davide所讲到的,智能传感器的概念并不仅仅局限在MEMS传感器、IMU类型的传感器上,而是也贯穿到了Imagining的传感器产品布局中。意法半导体影像传感器总监Marc VASSEUR就强调到,ST的Imagine传感器可以在计算数据之间实现有效的平衡。

影像传感器的原始数据量非常庞大,要基于其进行算法开发需要花费巨大的时间——很多可供终端用户使用的算法需要花2年以上的开发时间。“所以,我们提供的算法之所以能够为客户所使用,是要确保当我们在数据处理的分区的过程当中,特别是在图像处理的过程当中,我们非常接近这个层级数据的采集,确保我们的传感器能实现有效的数据的收集,数据的处理和数据的存储。”Marc分享到。

超级传感器的融合之力,赋能未来应用

传感器除了智能化外,也存在着融合的趋势,通过多种传感器融合,一方面可以实现系统中更好的BOM和面积优化,另一方面还可以带来安全冗余的特性。Francesco将这种融合的传感器称为超级传感器:“对于任何的应用来说,如果想进一步提升它的性能,都可以考虑使用这样的多传感器融合之后的超级传感器。我们之所以称之为超级传感器。”

除了ISPU外,ST在此次传感器峰会上还介绍了一个独具特色的模块——vAFE。该类器件是在MEMS传感器上增加了一个模拟前端,从而实现了机电感知+模拟感知技术的融合。Francesco表示,通过vAFE,客户就能够有效地连接到MEMS传感器,从而能够更好地使用其内部的处理逻辑,能够更好地嫁接和外部任何的模拟器件之间的联系。

据了解,vAFE提供的信号和运动传感器的信号本质上是同步的,所以可以在传感器的边缘完成独特的上下文感知分析,从而实现低功耗和最小可能的延迟。这也同样契合ST的智能传感器的概念。集成了vAFE的产品,在体积上更具优势,非常适用于TWS耳机等可穿戴设备的应用。

传感器融合的技术和强大的AI算力结合,能够赋能诸多的新兴终端产品形态。例如针对折叠屏手机,ST就将陀螺仪和加速度计的数据相结合,然后在传感器的算法中进行融合,进而可以持续跟踪精确的屏幕开合角度、速度和位移等信息的判断。这一专利技术基于LID系列的产品,因此被称为LID角度解决方案。

Francesco表示,ST在三年前就已经开始投入在这一专利技术的研发中,目前已经进一步推出了新的传感器产品,可以支持多屏和折叠屏上的数据的传感收集和处理。

同时Francesco也表示,多传感器融合的超级传感器可以适用于多种新兴的应用,这不仅包括折叠屏手机,也包括新一代笔记本电脑等。而在XR设备上,超级传感器可以为用户呈现出一些混合现实的影像和效果;而在汽车应用上,这一技术也早就广泛使用,通过多个高精度传感器的数据进行融合,从而形成超级传感器来进一步赋能ADAS的性能。

结语

此次在北京召开的ST传感器峰会,是ST首次在中国召开的、以传感器为主题的大型峰会活动。而我们透过ST的分享,观察到了传感器技术的趋势变化。传感器已经不再是单纯的一个感知器件,而是在追求精准感知的基础上,延展出更多的和AI相关的计算、融合的功能。在端侧AI的浪潮中,传感器在系统优化层面上,可以提供更多的数据处理的价值,助力未来真正的“可持续的、虚实交融的生活”。

物联网设备: GSMA eSIM卡的最佳时机到了吗?

今年夏天给物联网开发者带来了一些令人振奋的好消息。GSMA新发布的物联网框架让嵌入式SIM卡eSIM与物联网设备的集成变得轻而易举。当然,ST也在升级自己的产品组合,将在2024年推出一波新产品。接下来,我们将探讨GSMA-eSIM如何提高物联网项目的设计灵活性和开发效率。

让我们从零开始了解eSIM

嵌入式用户识别卡(eSIM)基于安全微控制器,系统结构不亚于一台微型电脑,主要功能是管理密钥并保存机密信息,以便运营商安全地识别设备,验证用户身份。与常规SIM卡相比,嵌入式SIM卡为开发者提供了三大优点。第一个优点,eSIM卡是直接焊接到设备上,无法从设备内取出,固定式安装有助于释放PCB板上的宝贵空间,这对电池来说是个好兆头。eSIM卡的尺寸是SIM卡的四分之一到十五分之一,是物联网产品和可穿戴设备的理想选择。举一个例子,ST最新的eSIM的封装面积是7mm2。第二个优点,eSIM的鲁棒性或耐变性更好,它们可用于工业环境中的机器间通信和车路通信。第三个优点,eSIM有可能提高最终用户的选择运营商的自由度。令人失望的是,这个优点没有变为现实。尽管eSIM在技术上可以支持同一台设备运行多个电信运营商网络,但是用户仍然不能自由转网。不过,一切都将会改变。

面向物联网的GSMA eSIM:随心选网

到2025年,我们身边的联网物联网设备将达到309亿,有些设备可以让我们的生活得更轻松自在,有些设备保护我们的安全,守护我们的健康。因此,开发者必须确保物联网设备能够随时随地连接最好的流量费划算的移动网络。

那么,这一规范有哪些新意?套餐订购变得简单快捷是主要的好处之一。用户可以订购多种国际套餐,并根据自己的需求或所在位置在最短的时间内切换套餐。每个Profile软件代表一个不同的移动套餐。通过移动网络无线更新Profile,用户可以立即激活或关闭不同的国际运营商的业务套餐,全程无需人工介入。

对开发者,这意味着什么?现在,开发者可以开发一个能够自动切换到最好网络物的联网方案,最大限度地提高网络性能,并节省通信成本。以资产跟踪为例,随着下一波GSMA认证的eSIM的问市,漫游费将会取消,网络延迟也会大幅减少。

从产品设计到制造,降低物联网开发的复杂性

忘记你所听到的关于物联网开发复杂性的各种吐槽吧,按照以前的GSMA规范(专为机器间通信设计),远程更新eSIM卡需用经过认证的Subscription Manager安全路由(SM-SR)服务器,该服务器预集成在经过认证的Subscribe Manager数据准备(SM-DP)服务器内。当设计没有用户界面或用户界面有限的超低功耗设备时,这对于很多物联网开发者来说是一大麻烦。这里有一个好消息,这个新规范不需要如此复杂的配置,这个颠覆性变化是通过即时更新来简化换网过程。

此外,未来GSMA认证的eSIM卡将适用于绝大多数没有智能手机或平板电脑那样的处理能力或用户界面的物联网设备。eSIM卡将能够支持各种低功耗低速网络,包括LPWAN(低功率广域网)技术,例如,NB-IoT(窄带IoT)。

据我们所知,ST是世界上为数不多的工业和物联网eSIM卡一站式供应商。从半导体芯片,到软件操作系统开发,意法半导体提供完整的软硬件解决方案,为开发者节省时间和金钱。我们甚至还提供写卡发卡服务,使用经过认证的内部制造流程把客户的敏感数据写入客户的卡片。

总之,未来GSMA认证的eSIM将成为下一代物联网设备发展普及的关键赋能者。我们的下一代GSMA eSIM产品将于2024年发布。联系ST销售就可以获得样片!