半导体技术将自动化和智能化引入了在线工业生产，极大地提高了工业生产的速度和效率。尽管窃取许多工人的工作受到了批评，但他们正在向更先进的自动化生产线发展。

半导体技术将自动化和智能化引入了在线工业生产，极大地提高了工业生产的速度和效率。尽管窃取许多工人的工作被批评，但走向更先进的自动化生产线，甚至无人工厂的更高愿景，仍然是所有工厂主追求的目标。

半自动vs智能

NI嵌入式系统项目经理vineetaggarwal指出，机器与人不同，要使机器平稳运行，必须给出一系列指令。自动化的意义是让机器知道在哪里和做什么而不出错。在添加更多的指令后，你可以处理更多的事情，并提前预测将要发生的事情。

只是机器毕竟不同于人。当人们累了的时候，他们会知道他们需要休息，但是如果机器没有给出休息的指令，他们会继续这样做。因此，在人类认知中，指令被认为是理所当然的，但对机器来说却不是。从自动化到智能化，实际上就是不断地给出更多的指令，使机器能更有效地做出更正确的初步判断，从而提高生产效率，加快测试速度，或者延长机器寿命，减少人员伤亡。不同的指令赋予机器不同程度的进化，但最终目标是让机器的行为更接近人类。

当然，为了使机器高度自动化甚至智能化，所需的指令将会非常多。如果有大量的数据和信息处理属于不同的平台，这不仅会对整体的一致性造成很大的问题，甚至可能超过核心平台本身的负载。

倪营销经理郭表示，倪工业自动化平台的初衷是使整个系统能够通过同一个处理核心来识别信号和控制运动。就像人们用同样的头脑处理所有的事情一样，这样犯错误的可能性可以被最小化。

工业自动化的三大方向

自动化当然是工厂生产的利器。在工业自动化的道路上，有三个重要的发展方向。包括性能改进、成本降低和功能安全。在性能提升方面，智能电网和智能生产工具都强调高性能，包括节能减排和更高的效率，从而达到节能减排的目的。要降低成本，关键在于使用单片机和多轴控制。

特别是对于多轴控制，过去工厂中使用的大多数机器人只有四五个关节。在未来，为了响应工厂自动化，为了更高效和降低成本，有必要设计一种具有更复杂结构的机器人手臂，其可以同时与多个轴一起工作，而不是同时与不同的轴一起工作。

至于强调功能安全，实际上是广义上的生命安全保障，这已经成为世界趋势。也就是说，如何保护机器免受损坏和人员伤亡。因为如果自动化生产线需要频繁维护，停止生产线会造成巨大损失。此外，如果机器经常出现问题，不仅设备本身容易损坏，而且人员也会受伤。

目前，许多制造商主要推出能够满足这些需求的产品。例如，fpga制造商altera和xilinx不断推出与工业自动化相关的fpga参考设计。测量制造商ni也专注于工业自动化开发平台，以其自身的labview图形化开发软件为核心，工业自动化市场正在蓬勃发展。

多轴是产业升级的关键

在机器人行业，常见的机器人类型包括deltarobot和工业在线机器人手臂。如果我们关注工业自动化市场，机器人手臂就是关注的焦点。因为工厂自动化能走多远取决于机器人手臂的技术水平。

Altera亚太工业业务部市场开发经理蒋云贵表示，为了提高工业生产线的自动化程度，多轴机械臂的开发是目前的主要趋势。多轴，顾名思义，意味着在同一个机械臂上，许多不同的电机同时或分时运行。其目的是使同一产品在同一条生产线上完成生产过程的所有工作，而不必将它分成多条生产线，从而节省大量的人力和时间成本。

然而，为了实现多轴的目标，机器人臂上的电机轴的数量必须非常大。这些不同的电机可以同时连接，也可以分时连接，但关键是要相互配合。也就是说，当一个轴旋转到某个角度时，其他轴必须到达相对位置。它将涉及多轴旋转时差的复杂运算，这就是为什么具有并行处理能力的fpga在工业自动化领域比只能进行串行处理的cpu或mcu更有优势。

蒋云贵说，例如，以一家半导体封装厂的生产线为例，在进行芯片封装操作时，机械臂的操作非常复杂，最多可以要求60个以上的轴的操作。也就是说，在同一条生产线上，如果你想制作一个包装，你必须同时执行60多个动作，这将涉及到非常复杂的机械动作。在加工的同时，当一个轴转动到一定角度时，其他轴必须配合才能到达特定位置。这种相对运动是机器人手臂设计中最复杂的部分。另一个例子是直升机的螺旋桨叶片，切割时必须同时连接五个轴。除了机械臂可以自行旋转外，切刀也必须同时旋转，这是一个非常复杂的多轴联动加工。

就工业自动化而言，应用的轴越多，生产线加工水平就越高。通过复杂的多轴加工，我们可以使产品更加多变。这也是工业自动化的趋势。

机器视觉的重要性正在增加

ni还强调了机器视觉的重要性。在许多情况下，由于疲劳和人的错觉，工厂操作员在接受人眼检查时经常会遇到问题。ni的技术营销工程师黄香燕说，ni的机器视觉开发模块是为开发和部署机器视觉应用而设计的。有数百种内置功能，可以通过多个摄像头捕捉图像、增强图像、定位对象、识别对象、测量零件以及检查对象是否存在以进行图像处理。

事实上，在机械臂上增加传感器是工业自动化的一个重要发展方向，例如增加ccd视频模块使机器能够正确移动和定位，或者增加传感器使机器能够更加灵敏和智能地操作。目前，labview机器视觉开发模块可以通过多台摄像机和机器视觉软件捕捉和处理图像，从而降低维护成本和开发时间。如果硬件需要更换，它只需要导入现有的程序代码。

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工业以太网发挥着重要作用

在自动化工厂，包括工业网络、可编程逻辑控制器(plc)、伺服驱动器、io、hmi等。都是非常有价值的项目。以台湾出口的最著名的数控机床为例。一台完整的车床、洗衣机、磨床等。几乎涵盖了上述所有关键组件。

在这些关键组件中，工业以太网起着重要的作用。因为在工厂自动化生产线上，信息传输是通过工业以太网连接的。工业以太网不仅可以用于工业自动化，包括运动控制、智能电网、高速轨道车、捷运门相干、纺织机械、机床等。，这是工业以太网的应用范围。

工业以太网的传输线路与普通pc机使用的以太网线路相同。传统的工业传输线路，包括地址线、数据线和控制线，必须采用大量的并行线路。然而，通过工业以太网，只需要一条线路来传输控制数据的命令，而不需要使用大量的电线。工业以太网还具有工业应用所需的余量和定时管理功能。虽然工业以太网与家用电脑以太网不完全一样，但其精神是一样的。

蒋云贵表示，对于工业以太网，各大厂商都推出了自己的标准。例如，西门子自己的标准是profinet，美国的rockwell标准叫做ethernetip，德国的beckhoff推动Ethernet cat，奥地利的B&: R主要推动ethernetpowerlink，每个大工厂都有自己的协议，其心态无非是希望市场使用自己的协议，让玩家可以担任裁判，但这也导致了市场标准的混乱。

虽然每个制造商都有自己的标准，但它必须支持其他制造商的市场份额协议。只是工业以太网标准太多了，我们该怎么办？

目前，市场上有很多解决方案，如asic，但只能选择一种固定的协议。一些制造商将不同的协议制成小模块，并根据客户需求改变模块以支持不同的协议。但缺点是许多模块必须为不同的协议制作，这不仅增加了成本，而且在管理上没有灵活性。虽然所有这些方法都能解决问题，但它们不是最好的解决办法。

蒋云贵指出，要解决这些问题，一个fpga就足够了。Fpga是一个可编程逻辑芯片，所以只需将协议的ip地址写入fpga就可以一次支持所需的协议，非常灵活。

无人工厂不是梦

从自动化到智能化，工业生产线的最终目标是创造一个真正无人值守的工作环境。然而，这只是一个梦，还是真的有一天会实现？事实上，一般来说，机器需要由人类程序来编写，以使它们行动。目前，许多机器人已经开始具有智能学习的能力，这种能力可以通过经验而变得更加进化。

郭说，让机器具有学习功能并不容易，但已经可以做到了。另一方面，实现工厂自动化比让机器自己学习要容易得多。从这个角度来看，一个全自动无人工厂不是一个遥远的梦想。

事实上，许多任务工厂已经在一些地区一个接一个地运行，使用无人操作的整机。这显然是无人工厂的初步实现。在未来，工厂将会有更多的无人区域，这样更多的任务可以由机器完成。