當前，工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)成為我國新基建的重點之一。那么，工業(yè)市場的特點是什么，需要什么樣的芯片解決方案？

近日，意法半導體(ST)舉辦了工業(yè)自動化線上發(fā)布會，亞太區(qū)功率分立和模擬產(chǎn)品部區(qū)域營銷和應用副總裁Francesco MUGGERI等領導向電子產(chǎn)品世界等媒體分析了中國工業(yè)自動化的特點，新冠疫情對工業(yè)自動化的影響，并介紹了ST的核心競爭力，以及對于4個新增長點的案例：電機的預測性維護，BLE-KNX智能照明控制，醫(yī)療超聲成像方案，低壓電機。

ST亞太區(qū)功率分立和模擬產(chǎn)品部區(qū)域營銷和應用副總裁Francesco MUGGERI

1 中國的工業(yè)自動化特點

雖然中國的工業(yè)自動化起步較晚，但近年來進程速度不斷加快。

過去，“中國制造”很大程度上是“制造”，在拉丁語中是手工制作的意思。中國人口眾多，加工制造速度快，人勤奮，做活好，這是中華文化的一大亮點。

當20世紀90年代末和21世紀初，大規(guī)模制造進入中國時，“制造”意味著制造業(yè)水平低下。蘋果CEO蒂姆·庫克在一次采訪中曾說：“我們去中國生產(chǎn)手機不是貪圖便宜，而是只有他們才能做出這樣高質量的手機?！边@是中國制造的優(yōu)勢所在。顯然，這家消費電子大廠來到中國不僅是因為產(chǎn)量，還是因為大規(guī)模、高質量的生產(chǎn)能力。西方國家還不清楚中國的自動化，甚至在中國也看不全整體情況。但是，如果去看過海爾和奧克斯等家電生產(chǎn)線，會驚訝地發(fā)現(xiàn)那里的技術水平非常高，已經(jīng)實現(xiàn)了很多自動化。

現(xiàn)在也有一些中國公司在投資工廠自動化，例如，蘇州匯川是中國一家主要的工廠自動化投資公司。實際上，中國的自動化投資非常大，在此不落后。中國只是整體制造水平不如發(fā)達國家先進；但是，在某些自動化領域，中國是非常出色、先進的。 

中國需要解決的另一個問題是技術標準。當涉及規(guī)范標準時，在中國，ST支持IO-Link和KNX等歐洲標準。在標準方面，建議中國走得更快一些。ST準備并愿意參與這些標準的制定工作，以滿足中國工業(yè)的嚴格要求。

中國在自動化領域中更先進的方面，得益于中國采集人像的靈活性，公安系統(tǒng)在人臉識別、跟蹤周圍人和識別周圍眼睛的能力方面非常先進，這在中國是非常容易實現(xiàn)的。因此，中國擁有非常先進的樓宇安全監(jiān)控系統(tǒng)。而這些在其他國家很難做到。這是中國的要素之一。

2   新冠疫情對工業(yè)自動化的影響

自動化市場有兩大特點。首先，自動化是對技術水平要求很高的市場，客戶和技術開發(fā)機構在此投入很大。其次，該市場是遞增式增長，據(jù)Industrial Semiconductor Market Tracker 2019年第4季度的預測，從2019—2023年，復合年增長率將達到8％（如下圖）。

近期發(fā)生的新冠肺炎疫情沒有導致市場需求增長完全放慢，或許需求出現(xiàn)了差異化，但依然保持強勁的增長勢頭；而且，在某些應用中，市場需求正在加速。例如，在疫情期間，很多公司改造生產(chǎn)線快速轉產(chǎn)口罩，如果你有一條服裝生產(chǎn)線，要想升級改造設備，需要改變的地方很多，包括使用不同種類的傳感器和工序。ST收到了市場對定制化的巨大需求以及在新產(chǎn)品中增加這些執(zhí)行單元的需求。另外，不僅在口罩制造上，在呼吸機生產(chǎn)和氧氣水平檢測方面，也需要有更快的轉產(chǎn)能力，這些都是推動某些市場增長的要素。

當然，我們也看到其他經(jīng)濟領域的發(fā)展放緩，特別是與出口有關的行業(yè)，這是因為交通運輸不暢所致。

但是，總體來看，ST收到了越來越多的市場需求?？梢钥闯觯谛鹿诜窝滓咔槌掷m(xù)時，更需要進一步地發(fā)展工業(yè)/制造業(yè)來推進工業(yè)4.0/工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)。因此，市場對支持這種先進工業(yè)化的需求很高。

ST亞洲區(qū)的工業(yè)市場的目標是專注于三大應用領域：自動化，電機控制，電力和能源。這些市場趨勢如下。

●   在制造和加工方面，亞洲TAM（整體目標市場）體量非常大，高達31億美元。在樓宇及家居控制方面，亞洲TAM市場規(guī)模約12億美元。

●   電機控制市場的需求量很大，每種產(chǎn)品的平均售價都很高。電機模塊是一個大市場。在電機控制方面，樓房暖通風空調（HVAC）系統(tǒng)有很大的需求。另一大需求來自差異化智能，這意味著隨著工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)和工業(yè)自動化推進，MCU市場將快速增長。因為需要越來越多的節(jié)點，每個節(jié)點都需要MCU。

●   在電力和能源市場，ST看好所有電源市場，特別是采用GaN新技術的電源產(chǎn)品。隨著SiC這種新技術的出現(xiàn)，預計GaN（開關器件）在未來幾年后將會大幅增長，諸如適配器、充電器等細分市場。另外，新能源的需求將成為推動工業(yè)發(fā)展的動能之一。 

3   ST的核心競爭力

ST有很多基于芯片的工業(yè)自動化解決方案。相比友商，ST的核心競爭力有如下幾點。  

1）有廣泛的產(chǎn)品技術組合。ST有眾多產(chǎn)品，從無線連接、無線充電，到ViperPlus電源管理產(chǎn)品，再到STPOWER碳化硅產(chǎn)品和STM32微控制器(MCU)，還有STSPIN、SPIRIT、無線通信和安全芯片。

2）ST強大的技術背景。ST掌握所有芯片的制造技術，其中一些是ST專有的技術，包括BCD、SiC和BLDC。此外，ST在研發(fā)上投入很大，有很多自主知識產(chǎn)權。

3）深耕工業(yè)市場30多年。30多年來，ST在電表市場一直非常成功。在電機控制市場，產(chǎn)品銷量已經(jīng)超過30億個，這意味著ST有豐富的經(jīng)驗。

4）與市場龍頭企業(yè)有長期的合作。如果你不可靠，客戶遲早會離開?？梢奡T是家靠譜的供應商。

4   預測性維護的機會與方案

在工業(yè)自動化方面，ST有一個自動化技術創(chuàng)新中心。此次分享2個自動化解決方案，一個是狀態(tài)監(jiān)測和預測性維護，另一個是BLE-KNX智能照明控制（下一節(jié)介紹）。

狀態(tài)監(jiān)測和預測性維護。預測性維護對于工業(yè)4.0非常重要。①可以預見潛在的故障或生產(chǎn)線停產(chǎn)，使突發(fā)故障率（如生產(chǎn)線突然停機）降低70％，停機時間減少50％，這意味著不會有很多的閑置產(chǎn)能，可以降低成本。據(jù)測算，早期故障檢測可以節(jié)省30％的成本，例如，如果及早發(fā)現(xiàn)洗衣機的皮帶老化，只需花費0.5美元更換皮帶即可；但如果一直等到洗衣機壞了或發(fā)出奇怪的聲音才發(fā)現(xiàn)，就不得不更換電動機主軸，這可能需要花費幾百塊美元。所以，提前檢測到故障可以節(jié)省一大開銷，而且比設備的定期保養(yǎng)成本將低很多。②預測性維護還能減少人身安全事故。

ST的預測性維護解決方案和生態(tài)系統(tǒng)涵蓋了設計人員的各種需求，包括連接模塊、感測模塊、處理模塊和安全模塊。這些模塊甚至可以部署在原來的系統(tǒng)中。

除了硬件系統(tǒng)外，軟件算法可能更加關鍵。在軟件算法方面，ST提供了多種軟件算法來支持不同的傳感器，并可以與強大的STM32 Cube.AI人工智能生態(tài)系統(tǒng)配合使用。

再有，ST還與合作伙伴合作，以支持預測性維護應用發(fā)展。

ST有3種解決方案。

1）STEVAL-IDP004和BFA001是IO-link通訊解決方案，一個是IO-link 主站，另一個則是接收器。IO-link是一種無線通信協(xié)議，可以無縫地傳輸數(shù)據(jù)，且沒有錯誤數(shù)據(jù)。傳感器數(shù)據(jù)送到MCU進行邊緣計算處理，然后送到主板，主計算單元接收并共享數(shù)據(jù)。在這里，我們執(zhí)行第二層邊緣計算。

2）STWIN解決方案。該方案首次啟用無線工業(yè)通信技術?？梢詸z測到振動（注：振動是故障的主要癥狀，過熱和磁感應是故障的其他主要癥狀）。ST已經(jīng)優(yōu)化了工業(yè)M12連接器，并且有專門的算法。ST能利用專業(yè)知識定制解決方案，并根據(jù)客戶的生產(chǎn)線需求優(yōu)化解決方案。

具體地，STEVAL-STWINKT1是一款工業(yè)級傳感器的解決方案，用于超聲波檢測、分析機械振動。它不僅有傳感器的檢測功能，還有數(shù)據(jù)處理、分析能力。ST可以提供一站式的產(chǎn)品(如下圖)，例如在振動監(jiān)測方面，有MEMS傳感器。對于信號調理，ST提供各種模擬設備和接口。數(shù)據(jù)處理方面，有STM32系列MCU。為了實現(xiàn)安全的電源管理，ST提供了電源管理芯片和分立器件，例如STPMIC1芯片，以及分立MOSFET開關管。對于設備連接，ST有電力線和無線通信產(chǎn)品。ST也有安全連接技術。

另外，ST不僅有產(chǎn)品，還有整個配套的生態(tài)系統(tǒng)。該解決方案用到了STM32 Cube.AI支持STM32，且STM32 Cube.AI兼容市場上所有軟件標準的數(shù)據(jù)庫或軟件庫，例如Caffe, TensorFlowLite, ONNX, PyTorch。顯然，ST不僅提供產(chǎn)品，而且還提供數(shù)據(jù)分析生態(tài)系統(tǒng)。借助ST的軟件庫，你可以支持計算機視覺，實現(xiàn)復雜的音頻，滿足所有狀態(tài)監(jiān)測需求。所以能按照客戶的需求提供定制化的產(chǎn)品，這離不開ST強大的生態(tài)系統(tǒng)。

5   BLE-KNX智能照明控制

KNX是智能家居的通信協(xié)議。例如，現(xiàn)在人們試圖在房屋和樓房內鋪設新線來供電，那么可否用已有的電力線來給建筑物和房屋分配電力？為了實現(xiàn)這種方法，需要使每個設備有智能開關功能，然后將它們連接到集中式的智能系統(tǒng)。

有時大樓中不同辦公室之間的線路會中斷，這會對電力供應造成困擾。針對這種現(xiàn)象，無線通信可謂一種解決辦法。ST已經(jīng)在無線通信產(chǎn)品中集成了有相同KNX協(xié)議的系統(tǒng)，所以，KNX評估板、LED評估板、BLE評估板可以堆疊起來，組裝成一個新的Nucleo電路板（如下圖），整合成一個更復雜的優(yōu)化解決方案。

可見，ST的解決方案能建立有線和無線通信，以及設備與主系統(tǒng)通信，特別是家庭自動化系統(tǒng)，可以與蘋果和安卓設備通信。

KNX協(xié)議的主要優(yōu)點是能夠集成到家庭和辦公室環(huán)境現(xiàn)有IT基礎設施和網(wǎng)絡中。ST通過引入智能控件來降低能耗，能夠讓暖通空調系統(tǒng)（HVAC）、照明系統(tǒng)、通風系統(tǒng)實現(xiàn)智能化和自動化，例如在需要遮陽時自動關閉卷簾窗，當房間沒有人時，自動關閉通風系統(tǒng)中的風扇。

在這個解決方案中有ST的很多無線產(chǎn)品：有Bluetooth 5認證產(chǎn)品——內置STM32的BlueNRG產(chǎn)品；STM32 MCU可以連接任何主要的移動平臺，兼容Zigbee, Thread, Bluetooth等系統(tǒng)。

如果擔心樓房或房屋的解決方案僅僅是短期投資，這大可放心，因為ST提供10年的產(chǎn)品生命周期保障。

6 醫(yī)療超聲成像方案

在當下新冠疫情時期，醫(yī)療具有非凡的意義。

ST帶來了超聲成像解決方案，提供多個超聲演示板。在歐美亞市場，ST正在為一些大公司提供產(chǎn)品，以支持先進的超聲成像設備。ST電路板中有很多ST的芯片，例如STM32 MCU，STHV系列4通道、8通道、16通道超聲波激勵發(fā)生器，STHV64SW 64通道超聲波激勵發(fā)生器及雙向功率復用器。這些板卡的主要功能包括USB接口（用于連接STM32和 PC機，在圖形用戶界面（GUI）軟件上開發(fā)應用），和可滿足客戶開發(fā)最先進的系統(tǒng)要求的更大容量的閃存和負載模擬器。           

ST有豐富的醫(yī)療產(chǎn)品組合。對于數(shù)據(jù)采集，ST有傳感器。針對數(shù)據(jù)處理，有功能強大的MCU，以及AI技術。對于電機控制，有電機驅動產(chǎn)品系列。

最重要的是，ST也有數(shù)據(jù)安全技術。在人身安全和健康方面，除了必須確保人身安全，還必須保護個人的信息安全。ST提供STSAFE安全解決方案，其中包括唯一設備ID碼、數(shù)字簽名和加密算法。對于網(wǎng)絡連接，ST提供有線和無線連接技術，用于醫(yī)學影像、超聲診斷、能量收集和神經(jīng)刺激器、無損檢測、心電圖 (ECG)、光電容積脈搏波 (PPG)、皮膚電反應（GSR）、生物阻抗功能、血氧飽和度測試、呼吸頻率和體溫測量等應用。

值得一提的是，在工業(yè)市場上，STM32G4是ST主推的新一代MCU，優(yōu)勢是計算性能高，集成豐富的模擬和數(shù)字外設，體積緊湊，集成度高，例如，帶有可接收信號的數(shù)字比較器、213DMIPS 和550 CoreMark? 的性能測試成績、自帶硬件過采樣的12位ADC 4Msps和USB type-C供電功能。

7   低壓電動控制

適合對功率要求很高的電池供電設備。其應用范圍很廣，例如智能割草機。在倉儲物流自動化方面，需要大量的機器人搬運倉庫中的貨物，這也需要大量的供電。

在ST的解決方案里用到了很多ST的組件。例如，如果需要電擊和ESD防護，ST可提供STPROTECT產(chǎn)品。此外，ST也有各種功率器件，例如STPOWER、STSPIN電機驅動芯片，以及STM32系列MCU及生態(tài)系統(tǒng)。

現(xiàn)在已經(jīng)有3種套件在市面銷售，可用于醫(yī)療設備、伺服模塊和電動工具，相關產(chǎn)品組合非常廣泛。例如，對于工廠自動化，下圖所示的是一種機器設計規(guī)范，需要電機并行運轉，以確保線程的運動速度相同。因此，同時管理控制多臺電機運轉，需要高性能的低壓電機控制解決方案，ST擁有可以創(chuàng)建高精度雙電機控制解決方案的產(chǎn)品和解決方案，并且還提供配套的硬件和固件。

以電動園林工具為例，STSPIN32F0xx能夠驅動最高達36 V的電池供電設備。ST有36V到60 V的高壓驅動解決方案，并提供STSPIN芯片和低壓電機驅動板，以滿足不同的市場需求。

ST有不同的產(chǎn)品組合，以滿足客戶的不同需求。如下圖，這些方框都代表了可能的解決方案。當客戶對設計靈活性有很高要求時，ST有分立的解決方案；當客戶對可靠性和緊湊性有很高要求時，也許會需要全集成的解決方案或系統(tǒng)芯片。實際上，每類系統(tǒng)架構ST都可以定制，以滿足不同的客戶需求。

關于功率器件，特別提到ST的低壓MOSFET產(chǎn)品組合。例如，處于技術創(chuàng)新前沿的STripFET F7?？蛻粜枰敯粜院透吖β誓芰?，STripFET F7中采用了先進技術，可提供40V、60V、80V和100V版本和多種封裝可選。

8 小結

工業(yè)是穩(wěn)健增長的市場。

ST可為客戶提供一站式服務。因為ST擁有先進的自動化解決方案、廣泛的產(chǎn)品組合，以及分析算法、軟件和固件解決方案。

ST有AI、狀態(tài)監(jiān)測和預測性維護解決方案，通過BLE-KNX等通信技術收集并解釋傳感器數(shù)據(jù)。

ST的醫(yī)學成像解決方案在市場上很成功。

ST提供低壓電機控制解決方案，可用于醫(yī)療、電動工具和園林工具市場。