机器人2.0时代即将来临 半导体企业积极布局
近年来,伴随着人口红利的不断减弱、国民经济结构转型以及产业结构的调整,中国的工业机器人市场实现了较强劲的增长,并成为了全球机器人重要的市场。今年,国务院印发的《中国制造2025》规划将机器人列为重点发展领域,并提出机器人产业的发展要“围绕汽车、机械、电子、危险品制造、国防军工、化工、轻工等工业机器人应用以及医疗健康、家庭服务、教育娱乐等服务机器人应用的需求,积极研发新产品,促进机器人标准化、模块化发展,扩大市场应用。中国机器人产业或将因此迎来黄金发展期。但中国机器人仍停留在1.0时代。那么作为机器人智能化的技术支持,半导体企业将如何帮助机器人加快进入2.0时代?
中国机器人市场潜力巨大
有数据显示,2014年中国工业机器人销量达到5.6万台,同比增长52%,成为全球最大工业机器人市场。但中国市场上的机器人密度与发达国家相比仍有很大的差距。目前,中国每万名产业工人所拥有的工业机器人数量仅为25台,跟韩国的347台、日本的339台都无法比拟,甚至还不足国际平均水平58台的一半。
艾迈斯半导体中国区总经理张建臣表示,和其他技术领先的国家一样,中国已经准备好了迎接机器人时代。“如今,中国制造业员工的工资大幅上涨,虽然仍不及欧美国家,但这正在影响着企业的利润。因此,需要大量低技能制造员工的中国企业正考虑更具经济效率的解决方法,而保持其成本竞争力的唯一途径就是转向机器人。”他认为,中国的大型生产工厂在未来5到10年会出现劳动力的巨大转变:典型的制造业将从100%人工变成人与协作机器人各占50%的混合协作工作方式。“甚至在一些企业中,可能完全从人工转为使用机器人进行生产。”
目前,中国机器人制造企业超过500家,占全球同行企业总数的一半,大部分企业是最近四年涌现出来的新企业。张建臣对此谈道:“这个事实本身表明中国致力于将制造业的劳动力从人转变为机器人的努力。这一现象也强调了,在降低机器人成本以及创新的需求和压力下,很多进入这个新兴市场空间的企业将面临激烈的竞争。这也证明了工业和消费类机器人市场有一天可能会和汽车产业一样大,甚至会更大。”
此外,由于机器人涉及到消费者市场,因此张建臣表示,相较于工业机器人,消费领域的机器人市场将在机器人革命中拥有更大的市场潜力。“工业机器人市场与消费机器人市场都很巨大,但消费机器人市场将具备成为与手机一样庞大市场的潜力。”
机器人推动半导体市场发展
机器人领域对半导体的要求不同于汽车、消费电子、工业等市场。然而,由于制造业对机器人的使用需求十分迅速且市场巨大,这将进一步推动半导体企业加大其研发和投资力度。而在汽车等市场,由于大家都在研发无人驾驶技术,对终端消费者(司机),这实际上也是在创造不同版本的机器人。
如今,机器人市场已经对传感器等半导体技术提出了更多的要求,如改善马达和连接控制设备的磁性位置编码器设备,以及改善机器人的可视性和肢体控制的成像应用。张建臣表示,所有传感器技术的根源都是卓越的模拟“前端”传感元件。除了传感元件,数字电路和软件是转换传感器数据的必要元素,但是机器人真正具备的传感性能归根结底是来自模拟传感电路。“这意味着,新的数字硬件和嵌入式软件的结合,将对管理机器人动作并确保其在人机协作的工作环境里的安全性具有至关重要作用。”此外,为了保证可靠的通信,半导体领域的接口技术也将越来越高,以提高机器人内部传感器数据的传输速度。“同时,我们也看到机器人接口和通信协议最终会采用诸如Ethernet这样的局域网协议,以此来减少机器人的重量并加快其内部通信和信息的可靠性。而这将为通信半导体公司带来新的机遇。”[page]
与此同时,更低功耗的对机器人产业也起到了至关重要的作用。因此,专注于电源管理的半导体公司,比如那些从事电脑电源管理的企业,将可以在机器人半导体领域取得不错的发展。而艾迈斯半导体具备丰富的模拟电路设计、多样的传感器技术和电池、电源管理方面的经验,这些都为其在繁荣发展的机器人领域提供了充分的准备。“艾迈斯半导体公司的历史和实力是建立在模拟传感器IC技术上。而模拟集成电路技术是所有传感器及其性能的根本所在,其性能体现在分辨率、精确度、带宽、功耗和物理尺寸,而其强大的数字处理后端、小尺寸封装和快速接口使传感器与现成的微处理器实时通信。”张建臣表示,艾迈斯半导体公司已经发展成为传感器解决方案覆盖多个市场,其中包括机器人市场。
对机器人来说,“联、感、知”是基础的行为,也是其最重要的特性。而这些动作涉及到工业传感器、微控制器、电子标签、和高效的功率器件等。英飞凌表示,高精度的工业传感器是捕捉有效数据的关键,收集到有意义的数据后,高性能的微控制产品进行数据的分析和计算,从而发出指令对生产进行智能控制,微控制器再将指令传达给功率半导体,保障高能效地生产。此外,在整个生产流程中,数据的安全,设备的防伪贯穿始终,安全芯片可为智能生产的数据和信息安全提供保障。
Vishay表示,机器人的集成应用日趋普及,工业控制自动化也是必然趋势,并推动了工业PC、PLC(可编程逻辑控制器)等数控系统发展迅速,这些产品和技术被广泛应用于各种大中小数控设备中。而随着自动化数控的发展,智能多轴机器人电机驱动控制技术的应用范围不断扩大,并呈现出多个发展趋势:运动速度高速化、多传感器融合技术实用化、控制功能智能化。作为全球分立半导体和无源电子元件的最大制造商之一,Vishay的产品覆盖了工业、计算、汽车、消费、通信、军事、航空航天、电源等应用领域。针对电机驱动、马达控制、电力电源应用等领域,Vishay推出了一系列高精密、高可靠性的离散式元器件,如MOSFET、二极管、电阻器、电感器、电容器,以及传感器(光电子传感器)方案。
半导体企业积极迎接机器人2.0
尽管中国是全球最大的机器人市场,但不可否认的是,中国机器人产业仍然存在着缺乏核心竞争力等问题。随着大数据、云计算、人工智能等技术的飞速发展,未来新一代机器人的轮廓已经渐渐清晰。国际机器人及智能装备产业联盟首席执行官罗军曾表示,现在多位的机器人还只是一些自动化装备,并不具有机器人的特点。目前,中国仍处在机器人1.0时代。但随着技术的发展,人类社会将在未来10年基本进入到智能制造时代,机器人产业也将在未来10年基本进入到2.0时代。
人工智能技术不是第一代批量生产机器人的主要驱动力,其中的关键因素在于传感器以及负责检测和控制的硬件、软件。但在未来五年之后,人工智能很有可能在第二代批量生产机器人中扮演重要角色。张建臣表示,机器人2.0时代将会成为物联网的重要组成部分,人工智能也将在机器人生产中得到普及。此外,传感器技术的进步也将成为机器人2.0时代发展的一部分。“关于艾迈斯半导体如何在未来迎接机器人2.0时代,我们将继续革新传感器技术,提高性能、降低能耗、简化集成,并采用机器人接口及安全标准。”事实上,物联网需要数十亿个传感器。而这意味着,物联网对于各种类型的传感器芯片制造商而言将是一个不断增长的巨大市场。张建臣表示,这对于艾迈斯半导体等企业来说同样是个利好消息。
而作为工业4.0的创始成员,英飞凌将全面助力《中国制造2025》战略的实施,并其功率器件广泛地应用于工业生产、电机控制、轨道机车、新能源汽车等领域以实现最大程度的能效等。据悉,机械、汽车、轻工、机器人、家用电器及电子信息等都是英飞凌特别关注的行业,产品智能化中所重点提到的高端芯片和传感器也正是英飞凌自身的业务领域。
“随着机器人半导体需求和标准的变化,艾迈斯半导体将持续跟进并开发满足市场需求的半导体解决方案。安全和保障是机器人行业中两个关键领域,而这将需要得益于传感器集成电路的支持。就像我们通过满足ISO26262标准来支持汽车市场的安全需求一样,我们的产品也将在机器人领域保障其安全性”,张建臣补充道。
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