對于國內(nèi)各大廠商來說，智能制造如今已不僅僅是一個響亮的口號，同時也是國內(nèi)制造業(yè)發(fā)展的一個重要方向。那么，國內(nèi)現(xiàn)在發(fā)展智能制造的必要性有哪些？智能制造中會用到哪些芯片？這些芯片又是如何應(yīng)用的呢？在2017中國集成電路產(chǎn)業(yè)促進大會上，創(chuàng)維集團總工程師吳偉先生以智能電視發(fā)展為例，從智能制造及產(chǎn)品智能化兩個方面深入介紹了整機制造企業(yè)對芯片的需求。

為什么要搞智能制造

就目前國內(nèi)制造業(yè)發(fā)展來看，發(fā)展智能制造主要有三個推動因素：

1.政策驅(qū)動。2015年5月8日，國家正式發(fā)布了《中國制造2025》規(guī)劃，智能制造試點示范、標(biāo)準(zhǔn)制定、新模式、互聯(lián)網(wǎng)+、量化融合、綠色制造、機器人裝備提升，各部委各項政策全方位支持，預(yù)計將投入5萬億基金布局中國制造2025。

2.業(yè)務(wù)驅(qū)動。隨著我們國家國際化進程的加快，國外訂單總量現(xiàn)在已經(jīng)遠遠超過了國內(nèi)訂單，而國外訂單的特點是訂單數(shù)量多，單張訂單量小。以電視機為例，國內(nèi)市場一年會有將近5000萬臺的體量需求；而在國外，一些國家一年只有幾十萬臺的需求量,有的國家有三四百萬臺的訂單已經(jīng)算很多了。因而國內(nèi)廠商要逐漸適應(yīng)這種柔性化的生產(chǎn)模式。

3.用工驅(qū)動。自2005年起的10年間，我國勞動力成本上升了5倍，相較1995年的勞動力成本則上升了15倍。目前在珠三角地區(qū)雇用一個一線產(chǎn)業(yè)工人所需費用一年要8萬元左右，勞動力成本的提升給制造成本帶來了巨大的壓力。而預(yù)計在未來3年，勞動力成本將會繼續(xù)上漲6成，5年翻番，10年再翻番。

因此，在國內(nèi)政策的推動下，再加上產(chǎn)業(yè)發(fā)展的需求及用工成本的劇增，生產(chǎn)自動化及智能制造就迅速由最初的提出，開始進入細(xì)化執(zhí)行階段。

智能制造整體的解決方案

      圖1所示為創(chuàng)維智能制造的解決方案。由圖可知，整個智能制造解決方案主要分為三層，從下到上依次是現(xiàn)場設(shè)備、傳輸網(wǎng)路和數(shù)據(jù)中心。

圖1 智能制造整體解決方案

      首先是最底層現(xiàn)場設(shè)備，包含工業(yè)機器人、智能物流、自動控制PLC以及現(xiàn)場感知，這是智能制造的第一層。

      第二層是傳輸網(wǎng)絡(luò)。主要完成的工作是將現(xiàn)場設(shè)備及產(chǎn)品上傳來的數(shù)據(jù)通過物聯(lián)網(wǎng)關(guān)進行收集，通過eLTE及工業(yè)交換機實現(xiàn)設(shè)備之間的互聯(lián)互通，并將收集到的數(shù)據(jù)上傳到數(shù)據(jù)中心。

       第三層是數(shù)據(jù)中心。數(shù)據(jù)中心又可以分為支撐平臺和應(yīng)用平臺，其主要功能是實現(xiàn)對產(chǎn)品及設(shè)備的控制，即為制造執(zhí)行系統(tǒng)（Manufacturing Execution System，MES）主要實現(xiàn)的功能。MES系統(tǒng)承擔(dān)了整個智能過程中生產(chǎn)的調(diào)度、技術(shù)的管理、作業(yè)人員的調(diào)配、產(chǎn)品的追溯、柔性生產(chǎn)、能耗管理、物料管理、應(yīng)急處置等。通過MES系統(tǒng)將數(shù)字化車間進行聯(lián)通。而MES系統(tǒng)上端則包括智能經(jīng)營、智能設(shè)計、智能決策，主要有企業(yè)資源計劃系統(tǒng)(Enterprise Resource Planning，ERP )以及產(chǎn)品生命周期管理系統(tǒng)（Product Lifecycle Management，PLM），將產(chǎn)品生命周期和生產(chǎn)計劃管理連接在一起。

智能制造用到的芯片

      在整個智能制造過程中，需要考慮兩個問題，即“生產(chǎn)什么產(chǎn)品”和“采用什么生產(chǎn)設(shè)備”。吳偉先生在大會上舉例介紹了創(chuàng)維在實現(xiàn)智能制造過程中應(yīng)用規(guī)模最大的兩類集成電路——射頻識別（Radio Frequency Identification，RFID，又稱電子標(biāo)簽）和可編程邏輯控制器（Programmable Logic Controller，PLC）。

RFID芯片應(yīng)用

      RFID可以應(yīng)用在工裝板上，如圖2所示。傳統(tǒng)的工裝板只是一個插22V電源插頭的工裝板，而智能工裝板內(nèi)置了RFID芯片作為產(chǎn)品信息化的接口，使得整個產(chǎn)品的數(shù)據(jù)和生產(chǎn)情況全部被記錄下來，避免了生產(chǎn)過程中諸如標(biāo)簽貼錯、物料放錯等問題，如果產(chǎn)生這些問題，系統(tǒng)就會產(chǎn)生報警。從而實現(xiàn)了與MES系統(tǒng)、智能產(chǎn)線、自動化設(shè)備的互通。另外，將RFID加裝到工裝板上，采用周期回收的方式，從而降低了投入成本。

圖2 系統(tǒng)各部分位置分布圖

      RFID可以應(yīng)用在倉儲管理系統(tǒng)（Warehouse Management System，WMS）中。原來產(chǎn)品的流通，包括產(chǎn)品從生產(chǎn)線到整機倉庫，然后運到海外各地的各個分公司，這些都是人工完成的，人工執(zhí)行就難免會出錯。現(xiàn)在通過在托盤和貨架安裝RFID芯片作為WMS系統(tǒng)中的信息入口，從而實現(xiàn)了物料的入庫管理、出庫管理、盤點管理等，通過建立物料全過程批次管理，從而實現(xiàn)生產(chǎn)端、銷售端和物料的雙向追溯管理。

圖3 倉儲管理系統(tǒng)應(yīng)用

       RFID芯片可以直接利用現(xiàn)有的SMT工藝植入電視機機芯的PCB板上。為什么要這樣做呢？主要有兩方面的原因。

      第一，對售后產(chǎn)品進行追溯。電視機什么時候生產(chǎn)的，由哪個工人操作的，里面用的物料是由哪一個生產(chǎn)廠家生產(chǎn)的，只要售后服務(wù)人員發(fā)現(xiàn)機芯有問題，這些信息就很容易通過RFID芯片查出。

      第二，防止串貨。例如某臺電視是賣給湖南的，如果在湖北發(fā)現(xiàn)了，我們就知道這個電視機是由湖南串到了湖北，串貨會對公司整個價格體系造成影響。之前為防止串貨，會在電視機上貼標(biāo)簽，而現(xiàn)在這種老辦法已經(jīng)不管用了，一些串貨人員很容易就可以將標(biāo)簽換掉。通過這一手段，可以有效避免串貨現(xiàn)象。

PLC的應(yīng)用

PLC主要實現(xiàn)在智能制造過程中對生產(chǎn)設(shè)備的實時數(shù)據(jù)采集和監(jiān)控。通過人機界面實現(xiàn)遠程監(jiān)控和操作相應(yīng)的自動化設(shè)備，并實現(xiàn)全線生產(chǎn)設(shè)備的產(chǎn)品信息采集、狀態(tài)顯示、報警及故障處理功能，幫助操作員和管理者快速診斷出系統(tǒng)故障。例如，在系統(tǒng)中，包括視覺機器人、打螺釘機器人、貼標(biāo)機器人，這些機器人有時需要同時作業(yè)，有時又需要分開作業(yè)，如何控制并有序地調(diào)度這些機器人適時地工作就是通過PLC來實現(xiàn)的。

圖4 PLC在智能制造中的應(yīng)用

智能電視對芯片技術(shù)的新需求

      就當(dāng)下全球市場發(fā)展來看，智能電視主要有三大發(fā)展趨勢：大屏化、高清化和智能化。2017年，60英寸電視在全球市場總量占比已經(jīng)達到7%，4K電視占比達到35%，智能電視在占比達到48%。

圖5 智能電視的發(fā)展趨勢

      如圖6所示為2014～2017年中國智能電視零售量及零售量滲透率趨勢具體狀況。由圖中數(shù)據(jù)可知，國內(nèi)智能電視目前的滲透率已經(jīng)接近90%，高清電視已經(jīng)接近35%，創(chuàng)維目前已經(jīng)高清電視的滲透率已經(jīng)在50%以上。

圖6 中國高清智能電視滲透率

      而隨著國際和國內(nèi)大屏化、高清化和智能化的發(fā)展趨勢，也將對芯片產(chǎn)業(yè)提出新的需求。

      第一，智能電視需要更快的CPU處理器。2016年之前電視機CPU一般都是32位的，而從2016年下半年開始，采用64位的CPU電視機已經(jīng)成為當(dāng)下4K電視的主流配置。由于現(xiàn)在智能電視會內(nèi)置一些大型游戲和應(yīng)用，這些游戲及應(yīng)用是手機游戲無法比擬的，而大型游戲和應(yīng)用的CPU 64位的趨勢已經(jīng)很明顯，這就導(dǎo)致了對64位CPU開始產(chǎn)生高要求。同時“64bit”也是安卓8.0主要提升的功能之一，當(dāng)下“64位CPU+安卓8.0+DDR4”的“三位一體”將會是智能電視新配置要求，這樣的配置也會使得智能電視的功用有更完美的發(fā)揮。

      第二，智能電視需要更強大的圖形及運算能力的GPU。由于未來4K游戲?qū)D形處理會有更高要求，因而智能電視需要GPU有更高性能。眾多GPU廠商也針對這一趨勢推出了更高性能的GPU，例如ARM推出了T6系列及以上的GPU。

      第三，智能電視要求更高的芯片工藝。創(chuàng)維2017年4月推出的全新OLED電視，其厚度只有3.6mm，這個厚度約為蘋果手機厚度的一半，因而創(chuàng)維稱之為wallpaper（墻紙電視）的概念。而超薄電視則對我們的芯片工藝產(chǎn)生了更高的需求，之前42nm的芯片工藝已經(jīng)無法滿足當(dāng)下智能電視對超輕薄的需求，智能電視的芯片開始需要28nm及以上的芯片工藝。

第四，智能電視需要更大的存儲空間。要滿足用戶對大型游戲及應(yīng)用的極致體驗，尤其是大型游戲需要更好的用戶體驗，因而需要速率更快、延時更小的Emmc5.0標(biāo)準(zhǔn)的閃存及DDR4。

第五，智能電視需要有更多的超清信號入口。如今業(yè)內(nèi)誕生了諸多新標(biāo)準(zhǔn)，例如HDMI2.0、USB3.1、MHL3.1以及802.11A.C等新標(biāo)準(zhǔn)的出現(xiàn)。創(chuàng)維電視現(xiàn)在已經(jīng)可以支持USB 3.1，MHL 3.0等新標(biāo)準(zhǔn)，新的標(biāo)準(zhǔn)也對智能電視的芯片產(chǎn)生了新的要求。

第六，還有智能電視現(xiàn)在已經(jīng)不僅僅是看電視，加入了諸多如游戲、購物等需要和用戶互動的功能，因而也需要應(yīng)用更多新技術(shù)，例如手勢識別，因為電視機內(nèi)部有很多互動游戲需要用到手勢識別技術(shù)；再如人臉識別，智能電視配備人臉識別功能后，就可以快速地登錄和進行無人關(guān)機、個性化配置等，例如如果智能電視識別出觀看者是老人，就可以推出一些老電影和老電視劇，如果是小朋友，就可以推送一些兒童節(jié)目，另外，如果小孩在看一些暴力電影，也可以自動關(guān)掉電視。另外，6~9軸的空鼠控制（尤其是游戲應(yīng)用）也會是智能電視的必備功能。這也是智能電視的一些新的應(yīng)用及技術(shù)需求。

圖7 智能電視的交互技術(shù)應(yīng)用

第七，智能電視的主芯片要適應(yīng)多操作系統(tǒng)。我國家電產(chǎn)品出口的到世界各地，而不同的用戶人群由于用戶習(xí)慣及專利等問題對界面及操作系統(tǒng)需求不同。例如，美國更傾向于用Linux操作系統(tǒng)，南美更傾向于用安卓操作系統(tǒng)。因而要求智能電視在設(shè)計的時候，主芯片必須兼容安卓和Linux這兩種，甚至更多的操作系統(tǒng)。

第八，智能電視需要適應(yīng)全球平臺化需求。全球地面數(shù)字廣播飛速發(fā)展，例如美國的ATSC已經(jīng)到了3.0，歐洲的DVR已經(jīng)進入第二代（DVR-T2），我國的DTMB也已經(jīng)發(fā)展到第二代。因為全球地面發(fā)射的標(biāo)準(zhǔn)都在發(fā)生非常大的變化，也都在適應(yīng)高清的發(fā)展，所以這些新的標(biāo)準(zhǔn)也對智能電視芯片又產(chǎn)生了諸如軟件體系繁重，需要快速適應(yīng)市場；要求單一平臺全球化，內(nèi)置多任務(wù)解調(diào)器；通過安裝不同APK適應(yīng)不同區(qū)域電視功能等新要求。

      第九，智能電視需要整合人工智能技術(shù)。現(xiàn)在非?；馃岬木褪侨斯ぶ悄?，人工智能在智能電視上也已經(jīng)從今年開始得到大規(guī)模應(yīng)用，在高端產(chǎn)品甚至中端產(chǎn)品上，都已經(jīng)植入了人工智能。包括語音控制和人臉識別兩個方面。

       第十，智能電視需要整合AR技術(shù)。當(dāng)下的智能電視其實已經(jīng)實現(xiàn)了AR功能，如圖所示，用戶可以在智能電視上體驗AR游戲，通過真實的人與虛擬的游戲 場景結(jié)合，加深用戶體驗。另外，現(xiàn)在通過智能電視的電視購物，用戶可以試穿喜歡衣服，從而方便選出更適合你穿的衣服。

圖8 AR/VR技術(shù)在智能電視中的應(yīng)用