Yn seiliedig ar ddatblygiadau diweddar yn y sector gweithgynhyrchu diwydiannol, mae'r farchnad awtomeiddio a rheoli diwydiannol yn parhau i fod mewn cyfnod o dwf cyflym. Wedi'i ysgogi gan gostau llafur cynyddol, pwysau i leihau treuliau a chynyddu effeithlonrwydd, ac angen dwys gweithgynhyrchwyr i gwrdd â therfynau amser, mae'r galw am dechnolegau rheoli awtomeiddio mewn ffatrïoedd wedi cyrraedd lefelau digynsail. Yn ôl ystadegau a rhagamcanion Grand View Research, prisiwyd y farchnad awtomeiddio a rheoli diwydiannol ar oddeutu $194.99 biliwn y llynedd, a rhagwelir y bydd y ffigur hwn yn cyrraedd $379.93 biliwn erbyn 2030.
Marchnad Rheoli Diwydiannol Tsieina yn dod i'r amlwg fel Prif Chwaraewr
Mae marchnad rheoli diwydiannol Tsieina hefyd wedi cael newidiadau sylweddol. Yn ôl data cenedlaethol, cynhaliodd sector diwydiannol Tsieina dwf cyson yn 2023, gyda ysgogwyr twf newydd yn cyflymu. Ymhlith mentrau diwydiannol ar raddfa fawr, cynyddodd gwerth ychwanegol gweithgynhyrchu offer 6.8% flwyddyn ar ôl-flwyddyn, gan gyfrif am 33.6% o gyfanswm gwerth ychwanegol mentrau diwydiannol ar raddfa fawr. Tyfodd gwerth ychwanegol gweithgynhyrchu technoleg uchel 2.7%, sef 15.7% o gyfanswm gwerth ychwanegol mentrau diwydiannol ar raddfa fawr.
Pam fod bwlch penodol rhwng y marchnadoedd byd-eang a domestig? Mae hyn i'w briodoli'n bennaf i'r gefnogaeth polisi cenedlaethol ar gyfer trawsnewid ac uwchraddio gweithgynhyrchu. Ers rhyddhau'r 14eg Cynllun Pum Mlynedd, mae'r genedl wedi rhoi pwyslais digynsail ar drawsnewid ac uwchraddio'r sector gweithgynhyrchu diwydiannol. O fewn y nod o wella cystadleurwydd craidd gweithgynhyrchu, mae ffocws cryf ar ddatblygu offer rheoli diwydiannol megis systemau rheoli dosbarthedig a rheolwyr rhesymeg rhaglenadwy, tra hefyd yn cyflawni datblygiadau arloesol mewn cydrannau fel rheolwyr uwch a systemau gyriant servo manwl uchel. Mae datblygiad cyflym diwydiannau poeth fel cerbydau ynni newydd wedi gyrru trawsnewidiad digidol ffatri, gyda thaleithiau a dinasoedd yn cyflwyno polisïau cymhorthdal ar gyfer ffatrïoedd arddangos meincnod deallus digidol.
Rheolaeth Ddiwydiannol i fyny'r afon, canol yr afon, a chadwyn gyflenwi i lawr yr afon
Nesaf, gadewch i ni archwilio'r gadwyn gyflenwi rheolaeth ddiwydiannol i fyny'r afon, canol yr afon ac i lawr yr afon. Mae'r rhan i fyny'r afon yn bennaf yn cynnwys sglodion rheoli / cyfathrebu, IP dylunio, synwyryddion, cydrannau, a PCBs. Rhennir y midstream, yn seiliedig ar wahanol brosesau rheoli diwydiannol, yn haen gweithredu, haen gyrru, haen reoli, a monitro gweithredol. Mae'r haen gweithredu yn cynnwys falfiau rheoli a gyriannau modur; mae'r haen gyrru yn cwmpasu gyriannau amledd amrywiol a systemau servo; mae'r haen reoli yn cynnwys AEM, DCS, a CDPau; ac mae monitro gweithredol yn ymgorffori offerynnau a systemau gweledigaeth ddiwydiannol. Mae'r segment rheolaeth ddiwydiannol i lawr yr afon yn cwmpasu nifer o ddiwydiannau arbenigol, gan gynnwys nifer sydd wedi ennill tyniant sylweddol yn ystod y blynyddoedd diwethaf: gweithgynhyrchu 3C, cerbydau ynni newydd, storio ynni, gweinyddwyr, petrocemegol, a thrafnidiaeth rheilffyrdd.
O safbwynt lled-ddargludyddion, gellir categoreiddio'r sector rheoli diwydiannol i fyny'r afon yn bedair rhan fawr: synwyryddion diwydiannol, sglodion rheoli diwydiannol, IP dylunio, a FPGAs diwydiannol. Mae synwyryddion diwydiannol, fel cydrannau craidd yr haen canfyddiad (neu haen adborth) yng nghanol y llif o reolaeth ddiwydiannol, yn chwarae rhan hanfodol wrth optimeiddio prosesau diwydiannol a darparu monitro a diogelu asedau. Mae gweithgynhyrchwyr tramor yn cynnwys ON Semiconductor, Precision Electronics, SICK, Keyence, Beckhoff, Honeywell, Omron, Datalogic, a Leica Geosystems. Mae chwaraewyr domestig yn cynnwys SmartSens, NXMicro, Cognex, Beiyang Group, XCMG, Minghao Sensing, XiaoAowei, Meixin Semiconductor, a Feien Microelectronics.
Yn y sector sglodion rheoli diwydiannol a modiwlau, mae'r rhan fwyaf o weithgynhyrchwyr yn canolbwyntio ar ddatblygu MCUs -diben cyffredinol. Ymhlith y chwaraewyr allweddol mae cwmnïau rhyngwladol fel TI, ADI, ST, Microchip, Infineon, NXP, ON Semiconductor, a Renesas, ochr yn ochr â gweithgynhyrchwyr domestig fel JiHai Semiconductor, Huada, Zhongying Electronics, Xinwang Microelectronics, Fengteng Technology, Artel, Jucheng Semiconductor, Nuvoton, Vanhungsguard, Times, Saiyuan, Guoguo Technology, Dongtu Technology, Zhongke Jingshang, Xinhai Technology, a Zhaoxin.
Ar yr un pryd, wrth i ofynion gwahaniaethol gynyddu, mae dylunio IP wedi dod yn elfen anhepgor ar gyfer gweithgynhyrchwyr sglodion i fyny'r afon, gan gwmpasu IP craidd ac IP rhyngwyneb. Ymhlith y chwaraewyr rhyngwladol mae Arm, Synopsys, Cadence, Imagination, Renesas, a Sifive, tra bod cwmnïau domestig yn cynnwys PingTouGe, Andes Technology, VeriSilicon, a CanSemi.
Yn olaf, mae FPGAs diwydiannol yn gweld galw sylweddol mewn sectorau sy'n datblygu'n gyflym fel roboteg ddiwydiannol ac-cyfarpar manwl uchel, lle mae rheolaeth servo perfformiad aml-echel, uchel-yn gynyddol hanfodol. O ganlyniad, mae FPGAs yn parhau i gael eu defnyddio'n eang mewn gyriannau servo, systemau CNC, ac awtomeiddio diwydiannol. Maent hefyd yn dod o hyd i gymwysiadau mewn cyfathrebu diwydiannol, megis gwasanaethu fel meistri EtherCAT neu gaethweision. Mae gwneuthurwyr rhyngwladol yn cynnwys AMD (Xilinx), Intel (Altera), Lattice, a Microchip. Mae gwneuthurwyr domestig yn cynnwys Gowin Semiconductor, Anlu Technology, ac Unisoc.
Nesaf, byddwn yn defnyddio rhai cynhyrchion i fyny'r afon fel enghreifftiau i ddangos tueddiadau sy'n dod i'r amlwg yn y farchnad rheolaeth ddiwydiannol. Yn gyntaf mae rheolaeth modur robot. Mae cymwysiadau diwydiannol sy'n gofyn am integreiddio prosesu a-cyfathrebu amser real-fel rheolaeth echddygol robot-yn galw am berfformiad prosesu amser real uwch tra'n cefnogi ystod eang o brotocolau cyfathrebu diwydiannol. Fodd bynnag, mae hefyd yn hanfodol dewis MCU sydd â digon o le ar gyfer perfformiad ar gyfer ehangu yn y dyfodol a nodweddion ychwanegol.
O fewn pensaernïaeth integredig o'r fath, mae rheolaeth modur yn aml yn gofyn am un MCU i reoli echelinau lluosog. O ganlyniad, mae'n rhaid i'r MCU ymgorffori creiddiau prosesu amser real perfformiad uchel, megis R5F neu DSP, ochr yn ochr â rhyngwynebau cyfathrebu amser real fel EtherCAT. Cymerwch MCU diwydiannol aml-graidd TI AM2343x a ddangosir yn y diagram fel enghraifft. Gall integreiddio hyd at bedwar craidd Cortex-R5F, gan ddarparu perfformiad digonol ar gyfer rheolaeth echel aml-echel mewn roboteg tra hefyd yn cefnogi ehangu gyda phrotocolau cyfathrebu diwydiannol fel EtherCAT.
Nesaf yw'r sglodyn rheoli servo cwbl integredig. Mae rheolwyr servo yn ddyfeisiau a ddefnyddir i reoleiddio moduron servo, sy'n rhan hanfodol o systemau rheoli symudiadau modern. Fe'u defnyddir yn eang mewn offer awtomataidd fel robotiaid diwydiannol a chanolfannau peiriannu CNC. Mae sglodion rheoli Servo yn darparu rheolaeth cyfeiriadedd maes magnetig ar gyfer moduron wrth fynd ar drywydd effeithlonrwydd gyrru uwch a pherfformiad deinamig. Mae'r diagram yn dangos datrysiad rheoli modur servo cwbl integredig Shijian yn seiliedig ar y TMC4671, gan ddarparu rheolaeth gaeedig ar gyfer moduron DC di-frwsh, moduron cydamserol magnet parhaol, moduron stepiwr 2 gam, moduron DC wedi'u brwsio, a moduron coil llais. Fe'i gelwir yn "integredig llawn" oherwydd bod yr holl swyddogaethau rheoli wedi'u cydgrynhoi o fewn y caledwedd, ochr yn ochr ag ADCs integredig, rhyngwynebau synhwyrydd sefyllfa, a rhyngosodwyr safle. O ganlyniad, mae'r datrysiad rheolydd hwn yn addas ar gyfer cymwysiadau servo amrywiol.
Nesaf, gadewch i ni archwilio AEM yr haen reoli. Gan gymryd -AEMau diwydiannol pen uchel fel enghraifft, maent angen cefnogaeth ar gyfer galluoedd arddangos aml-, cydraniad uwch a chyfraddau ffrâm, a pherfformiad graffeg gwell i alluogi dyluniadau rhyngweithio gweledol mwy cymhleth. Cymerwch MCU cyfres HPM6800 o Xianji Semiconductor fel enghraifft. Y tu hwnt i integreiddio craidd RISC-V perfformiad uchel, mae'r sglodyn hwn hefyd yn ymgorffori IP GPU 2.5D VeriSilicon, gan ddarparu perfformiad graffeg digonol ar gyfer cymwysiadau AEM. Y tu hwnt i hyn, mae AEMau nad ydynt yn cael eu rheoli'n cyffwrdd â llais yn aml yn blaenoriaethu dyluniadau cryno tra'n gofyn am gefnogaeth ar gyfer mewnbynnau gorchymyn sydd wedi'u rhaglennu ymlaen llaw ac amlieithog. Mae llais Renesas AEM ASSP MCU, yr R9A06G150, yn enghraifft o'r dull hwn.
Mae gwella monitro cyflwr a diagnosteg tra'n cyflawni optimeiddio system gyffredinol yn her graidd yn y defnydd heddiw o gyfleusterau mecanyddol a systemau technegol. Mae'r pwnc hwn yn fwyfwy hanfodol nid yn unig mewn lleoliadau diwydiannol ond lle bynnag y defnyddir systemau mecanyddol. Yn draddodiadol, roedd peiriannau'n cael eu cynnal a'u cadw yn unol â'r amserlenni, gydag oedi cyn cynnal a chadw yn peryglu amser segur cynhyrchu. Heddiw, mae pobl yn rhagweld oes peiriant sy'n weddill trwy ddadansoddi data gweithredol. Gellir trosoli paramedrau allweddol fel tymheredd, sŵn a dirgryniad o ddata a gofnodwyd i bennu'r amodau gweithredu gorau posibl a hyd yn oed y cyfnodau cynnal a chadw gofynnol. Mae'r dull hwn yn atal traul diangen tra'n galluogi canfod problemau posibl a'u hachosion sylfaenol yn gynnar.
Yn yr un modd, mae synwyryddion delwedd ar gyfer archwilio gweledigaeth ddiwydiannol yn gweld galw cynyddol yn y sector offer diwydiannol i wella effeithlonrwydd cynhyrchu a sicrhau cyfraddau cynnyrch cynnyrch. Yn y cyd-destun hwn, rhaid i synwyryddion delwedd a ddefnyddir ar gyfer archwilio golwg peiriant nid yn unig ganfod golau gweladwy ond hefyd gryfhau eu gallu i ganfod golau mewn tonfeddi anweledig, megis y sbectrwm isgoch tonfedd fer (SWIR). Cymerwch synwyryddion delwedd IMX992/993 Sony fel enghraifft. Maent yn integreiddio technoleg SenSWIR perchnogol Sony, gan gyfuno 3.45 picsel micron. Mae'r IMX992 yn cyflawni 5.32 megapixel, gan alluogi delweddu cydraniad uchel a gwella cywirdeb mewn amrywiol gymwysiadau arolygu a mesur diwydiannol.
Yn aml mae angen sglodion arbenigol ar gyfer protocolau cyfathrebu diwydiannol penodol, megis EtherCAT. Fel un o gynhyrchwyr cyntaf Tsieina i lansio sglodion rheolyddion caethweision EtherCAT, cyflwynodd Yasin Electronics yr AX58100 yn 2019. Yn dilyn hynny, rhyddhaodd reolwyr caethweision EtherCAT craidd deuol gyda 2/3 porthladd, gan sicrhau effeithlonrwydd uwch tra'n galluogi rhyng-gysylltiad â'r holl systemau sy'n cefnogi protocolau cyfathrebu safonol EtherCAT. Mae'r cymwysiadau'n cynnwys rheolaeth I/O signal digidol, caffael data synhwyrydd, rheolaeth echel robotig, ac EtherCAT-IO{-Ffensiynau porth meistr. Mae'r ddelwedd ar y dde yn dangos y bwrdd craidd diwydiannol TL3568 a ddatblygwyd gan Chuanglong Technology gan ddefnyddio cydrannau cwbl ddomestig. Wedi'i gynllunio o amgylch prosesydd RK3568 Rockchip, gellir ei ddefnyddio hefyd i adeiladu meistri EtherCAT. Nid oes angen sglodion pwrpasol ar feistri EtherCAT; gellir eu gweithredu mewn meddalwedd yn unig. Er enghraifft, mae integreiddio prif brotocol EtherCAT i mewn i RT-Thread yn galluogi-rheoli moduron servo ac I/O o bell mewn amser real.
Yn olaf, mae FPGAs diwydiannol yn cynnig gweithredu rhesymeg caledwedd gyda manteision megis prosesu cyfochrog cyflym, toreth o unedau I/O, ac amlblecsio swyddogaethol. Fodd bynnag, maent yn wynebu cyfyngiadau o ran rheolaeth hyblyg a phrotocolau cyfathrebu cymhleth. Mae hyn yn ein harwain at SoC FPGAs, sy'n integreiddio proseswyr craidd caled o fewn pensaernïaeth FPGA. Mae hyn yn lleihau defnydd pŵer system a chost tra'n lleihau ôl troed mamfwrdd. Maent yn cadw hyblygrwydd rhaglenadwy FPGAs tra'n cynnal cydnawsedd â'r ecosystem prosesydd caled. Cymerwch gyfres SALDRAGON FPSoC Anlu Technology a ryddhawyd y llynedd fel enghraifft: mae'n cynnig integreiddiad dewisol o naill ai-core Arm Cortex-A35 neu un prosesydd RISC-V craidd 64-bit, gan ganiatáu defnydd llawn o'r ddwy ecosystem.
Cyfathrebu Diwydiannol: Mae goruchafiaeth Ethernet yn Parhau i Gryfhau
Ar ôl degawdau o esblygiad ac iteriad, mae dulliau cyfathrebu diwydiannol yn perthyn yn bennaf i dri chategori yn seiliedig ar weithrediad corfforol: Ethernet diwydiannol, bws maes, a rhwydweithiau diwifr diwydiannol. O fewn Ethernet diwydiannol, mae technolegau sy'n dod i'r amlwg fel EtherCAT, PROFINET, ac EtherCAT bellach yn dominyddu. Mae systemau Fieldbus yn cwmpasu PROFIBUS DP, Modbus-RTU, a CC-Dolen. Mae rhwydweithiau diwifr diwydiannol, sydd ond wedi dod i'r amlwg yn ddiweddar mewn rhwydweithio diwydiannol, yn cynnwys datrysiadau cysylltedd adnabyddus fel Wi-Fi, Bluetooth, a 5G.
Yn ôl ystadegau HMS, parhaodd Industrial Ethernet i ddominyddu gosodiadau nodau newydd yn 2023, gyda’i gyfran o’r farchnad yn codi o 68% y flwyddyn flaenorol i 71%-cynnydd sylweddol o 12%. Er bod PROFINET, EtherNet / IP, ac EtherCAT yn parhau i fod y tri chwaraewr amlycaf yn y farchnad, mae poblogrwydd PROFINET ac EtherCAT yn tyfu'n gyson. O'i gymharu â chysylltedd diwifr, mae fieldbus yn dal i gyfrif am gyfran sylweddol o nodau newydd. Fodd bynnag, mae wedi colli digon o fomentwm yn y farchnad ac mae'n dibynnu'n llwyr ar offer, peiriannau a ffatrïoedd yn parhau i ddefnyddio'r dyfeisiau bws maes hyn sy'n gweithio'n dda, yn ôl yr amser a brofwyd.
Mae cysylltedd diwifr yn cynnal sefydlogrwydd cyffredinol. Er gwaethaf galwadau cyson am ffatrïoedd cwbl ddiwifr, mae mabwysiadu yn parhau i fod yn gyfyngedig oherwydd yr angen am ailgyfeirio ceblau helaeth a'r her o greu amgylcheddau sy'n cefnogi mynediad di-wifr i beiriannau ac offer diwydiannol symudol.
Mae erydiad cyfran y farchnad bysiau diwydiannol yn deillio'n bennaf o'r manteision sylweddol a gynigir gan Ethernet Diwydiannol dros fysiau diwydiannol traddodiadol. Y fantais fwyaf blaenllaw yw cyflymder: Yn wahanol i - fysiau diwydiannol cyfresol, mae Ethernet Diwydiannol yn cyflawni cyflymderau sylweddol uwch, sy'n fwy na 100Mbps. Mae gan hyd yn oed y bws diwydiannol PROFIBUS a ddefnyddir fwyaf, yn benodol yr amrywiad PROFIBUS DP cyflymder uchel ar gyfer awtomeiddio ffatri, gyflymder ffurfweddu uchaf wedi'i gapio ar 12Mbps. Yn ail yw ei thopoleg fwy hyblyg. Ar gyfer gosodiadau rhwydwaith diwydiannol cymhleth, mae bysiau diwydiannol sy'n defnyddio ffurfweddiadau cadwyn llygad y dydd mawr yn creu rhwydweithiau sy'n agored iawn i fethiannau. Fodd bynnag, mae Ethernet Diwydiannol yn defnyddio topolegau hyblyg fel rhwydweithiau seren i adeiladu rhwydweithiau diwydiannol cyflymach a mwy dibynadwy.
Yn olaf, mae cynghreiriau diwydiant yn gyrru mabwysiadu. Cymerwch Profinet (yn bennaf yn Ethernet Diwydiannol) a Profibus (yn bennaf mewn bysiau diwydiannol) fel enghreifftiau: er bod y ddau yn cael eu hyrwyddo gan PI, ers 2016, mae Profinet wedi rhagori ar Profibus mewn gosodiadau nodau dyfais newydd. Gyda datrysiadau mudo tir llwyd a maes glas cynhwysfawr bellach ar gael, mae’r bwlch hwn yn parhau i ehangu.
Wrth i fwy o ddyfeisiau, synwyryddion a systemau gysylltu â rhwydweithiau diwydiannol, mae technolegau diwifr sylfaenol fel Wi-Fi, LoRaWAN, a DECT-2020 NR yn galluogi dichonoldeb casglu a rhannu data diwydiannol hanfodol yn ddi-wifr. Fodd bynnag, wrth i ddefnydd 5G ac esblygiad technolegol aeddfedu, mae'r farchnad gweithgynhyrchu diwydiannol yn troi ei sylw fwyfwy at dechnolegau rhwydwaith cellog - a ddefnyddiwyd yn anaml yn flaenorol mewn rhwydweithiau diwydiannol oherwydd pryderon ynghylch cyflymder a hwyrni. Er gwaethaf hyn, mae rhwydweithiau diwifr diwydiannol yn parhau i fod yn heriol i'w mabwysiadu fel y prif ateb mewn rhai amgylcheddau RF llym. Ar ben hynny, oni bai eu bod yn cael eu cefnogi gan weithredwyr telathrebu, mae rhwydweithiau diwifr cellog fel 5G yn ei chael hi'n anodd gwarantu'r ansawdd rhwydwaith gofynnol mewn gosodiadau ffatri.
O ran cyfran y farchnad, mae mabwysiadu 5G mewn rhwydweithiau diwifr diwydiannol yn gyfyngedig o hyd. Mae hyn oherwydd bod rhwydweithiau diwifr diwydiannol 5G yn cael eu defnyddio'n wahanol i ddulliau rhwydweithio eraill, yn bennaf trwy adeiladu ffatrïoedd 5G sydd wedi'u cysylltu'n llawn yn uniongyrchol. Wedi'i ysgogi gan y fenter Rhyngrwyd Ddiwydiannol 5G +, mae nifer y prosiectau ledled y wlad wedi rhagori ar 8,000. Mae'r Weinyddiaeth Diwydiant a Thechnoleg Gwybodaeth (MIIT) wedi dewis a chyhoeddi'r "2023 5G Factory Directory" sy'n cynnwys prosiectau meincnod, gyda chyfanswm buddsoddiad adeiladu yn cyrraedd 9.73 biliwn yuan. Mae'r tri gweithredwr telathrebu mawr hefyd wedi cymryd rhan weithredol yn y gwaith o adeiladu rhwydweithiau diwydiannol yn uniongyrchol ar gyfer ffatrïoedd 5G.
Syniadau Terfynol
Mae tueddiadau'r farchnad yn nodi bod y sector awtomeiddio a rheoli diwydiannol yn parhau i fod mewn cyfnod datblygu cyflym, yn enwedig yn Tsieina, lle mae polisïau cenedlaethol sy'n cefnogi trawsnewid ac uwchraddio gweithgynhyrchu wedi rhoi hwb sylweddol. Yn ail, wedi'i atgyfnerthu gan ddatblygiadau yn y diwydiant lled-ddargludyddion i fyny'r afon, mae sector awtomeiddio diwydiannol Tsieina yn symud o ehangu graddfa i wella ansawdd. Nid slogan yn unig yw cyfnewid domestig ar gyfer offer rheoli diwydiannol pen uchel bellach. Mewn cyfathrebu diwydiannol, tra bod systemau bysiau diwydiannol yn wynebu heriau twf, mae Ethernet diwydiannol yn cyflymu ei gyflymder newydd. Mae rhwydweithiau diwifr diwydiannol yn dangos ychydig o arafu cyffredinol mewn twf, ac eto mae gosodiadau ffatri 5G yn cyflymu, yn enwedig yn y farchnad ddomestig.