朝向智能工廠轉型的工業(yè)4.0及其所需的技術，為半導體制造商以及實現(xiàn)成功提供了龐大的潛力。

目前，經(jīng)常被稱為“工業(yè)4.0”(Industry 4.0)或是德國所稱的‘Industrie 4.0’典范轉移正在進行中。在國際間的使用習慣上，(工業(yè))物聯(lián)網(wǎng)(Industrial IoT)、智能工廠或是虛實整合(生產(chǎn))系統(tǒng)等專有名詞通常都可以互換用于代表同一件事情。工業(yè)4.0意指工業(yè)價值鏈及其產(chǎn)品朝向數(shù)位化與網(wǎng)路化發(fā)展的全球趨勢。

工業(yè)4.0的高度發(fā)展(特別是在德國)，絕非僅僅發(fā)生在商業(yè)世界。工業(yè)4.0因為其對于經(jīng)濟帶來的沖擊，例如進一步地發(fā)展德國制造業(yè)的競爭力，因而也受到政治面的驅動。在這樣的氛圍之下，政府官員開始推動一項結合供應商與使用者公司觀點的雙重策略，主要著眼于工業(yè)自動化以及工廠設計。為此，對于制造商來說，重要的是將最新技術用于其生產(chǎn)制程中，以及將這些技術與產(chǎn)品推廣到市場上。

從主導供應商的角度而言，資訊或通訊技術與典型高科技方案的整合，主要是用來擴展生產(chǎn)部門以及其技術。為了實現(xiàn)如此的擴展，必須滿足由于市場動態(tài)與復雜度日益升高而出現(xiàn)的先決條件。從制造商的觀點來看，設計出適合新市場并且在往后可以服務這些市場的智能技術與產(chǎn)品十分重要。因應供應商與制造商的需求，公司需要有能夠因應這兩種觀點的策略。舉例來說，半導體產(chǎn)業(yè)的公司就很擅長采用這些雙重策略。

許多半導體制造商都能處理這種復雜的概念，將自家生產(chǎn)線轉型為全自動化的智能工廠，例如Analog Devices (ADI)。此外，這些制造商也為同屬制造領域的其他公司提供了創(chuàng)新的技術，協(xié)助將其制造設施轉換成智能工廠。因此，中小型企業(yè)在此扮演了重要角色，因為他們是德國工業(yè)的主要組成(比重超過98%)。究竟，工業(yè)4.0實際的支援類型為何，半導體制造商面對的挑戰(zhàn)，以及它將帶來什么樣的機會，這些問題都會在文中逐一探討。

公司必須決定其制造設施是否要轉型成智能工廠，而其所代表的則可能是無意義的努力，或者是以相應地成本降低實際提升生產(chǎn)力。

為了找到這些關鍵問題的答案，多家市場研究公司已經(jīng)進行大量的研究了。他們都得到了相同的結論：工業(yè)4.0將會對中小型企業(yè)提供附加價值，而企業(yè)也應該抓住相關機會，借以鞏固其公司的成功。特別是對于半導體制造商而言，其研究的結果可以分成三個部份：新技術、新產(chǎn)品的提供以及新事業(yè)模式。這三個方面結合起來就涵蓋了生產(chǎn)及其產(chǎn)品的整體價值鏈——起始于傳感器節(jié)點，透過云端，然后到達下游服務。

就轉型至智能工廠而言，在智能化以及節(jié)能產(chǎn)品方面有著強制性的需求，或者甚至是可以透過簡單的方法(例如即插即用)整合至現(xiàn)有生產(chǎn)架構的完全自動化系統(tǒng)。這些系統(tǒng)是由各種半導體元件與傳感器，并結合類比與數(shù)位訊號處理IC而組成的。價值鏈從這些元件開始——首先，傳感器負責收集來自于現(xiàn)實世界的數(shù)據(jù)，接著必須在數(shù)位領域內轉換與處理數(shù)據(jù)(圖1)。

圖1：智能工廠的訊號鏈

新的需求是什么？
隨著價值鏈的發(fā)展，市場需求也需要隨之改變。這就是為何半導體制造商必須調整自家企業(yè)及其產(chǎn)品以因應智能工廠現(xiàn)實之故。技術的趨勢正朝著智能化與節(jié)能產(chǎn)品，以及整合安全防護與能量采集等功能的方向發(fā)展。這樣的元件，或是更完整的系統(tǒng)看起來就如圖2所示，采用ADI以MEMS為基礎的加速度計ADXL356。

ADXL356是一款低成本、低雜訊的三軸加速度計，具有高達±40g的量測范圍(FSR)。此元件的關鍵特點在于具有極低的偏置漂移以及低功率耗損。由于ADXL356采用高度密閉的封裝方式，因此特別適合在嚴苛環(huán)境中進行精密的傾斜量測、高解析度的振動量測，以及在低電流或是以電池運作的無線傳感器網(wǎng)路中實現(xiàn)高性能(長時間)的測量，例如用于結構健康監(jiān)測(SHM)、姿態(tài)航向參考系統(tǒng)(AHRS)或是其它各種猛然間受到過多力度的應用裝置。
ADXL356形成了系統(tǒng)的基礎，然后再以更多的功能加以延伸：透過類比數(shù)位轉換器(ADC)、微控制器，以及各種類比與數(shù)位元件，部份絕緣或是支援乙太網(wǎng)路(Ethernet)、6LpoWPAN或ADRadioNet等通訊標準的無線介面，實現(xiàn)整合型訊號處理功能。ADI開發(fā)的ADRadioNet通訊標準是一種無線的自愈多點跳躍通訊協(xié)定，具有高可擴展性與低記憶體消耗等特性。此外，整合的加密方式像是AES-128與AES-256改善了安全性，以避免可能的網(wǎng)路攻擊。最后，功能安全在這些系統(tǒng)的開發(fā)過程中扮演了重要的角色，因為這一點在智能工廠架構下也具有相等的重要性。

對于半導體制造商而言，未來若只是延伸其傳感器與其它半導體元件的范圍是不夠的。為了要在市場上被認可為一家全球廠商，以及深入開發(fā)工業(yè)4.0的完整潛力，現(xiàn)有產(chǎn)品的范圍必須要以通訊和低功率微處理器技術予以擴展。例如，ADI為通訊領域提供多個使用HART數(shù)據(jù)機的解決方案，可利用既有的基礎架構，以相當簡單的方式改善傳統(tǒng)的匯聚型通訊網(wǎng)路，實現(xiàn)其新的節(jié)能技術。

圖2：以MEMS為基礎的智能傳感器解決方案

根據(jù)市場研究顯示，中小企業(yè)希望得到制造商與供應商的大力支持，以便更快且更具效率地將新產(chǎn)品整合于其系統(tǒng)中。透過這種方式，企業(yè)就可以減少額外的工作，且能持續(xù)地專注于其核心事業(yè)上。尤其是供應商企業(yè)之間的合伙或合作計劃，都可以被視為是支援的類型。

因為工業(yè)4.0有著許多的優(yōu)點，許多相關的問題也隨之而起，像是為何有許多的企業(yè)至今仍未投資打造自家智能工廠？

猶豫的原因
投資的主要障礙之一就是對于智能工廠感受到的非利益因素及其有關的成本。舉例來說，由于缺乏貨幣評估的標準，因此目前想要計算投資率仍然是相當困難的。所以半導體制造商必須提升其客戶的認知，并提供能夠展現(xiàn)智能工廠優(yōu)點的教育材料，同時也要指出在投資時所能獲得的價值。

然而，投資的進行不能只限于有意愿要將自家設施轉型為智能工廠的中小企業(yè)。智能化解決方案的供應來源，例如半導體制造商，必須要投資于其產(chǎn)品上，甚至可能要投資于各種事業(yè)部門所需的重新建構方面。對于新的技術與事業(yè)模式，以及行銷活動、資格評估以及銷售管理的開發(fā)與擴展而言，投資是必要的。

隨著生產(chǎn)領域的轉型，數(shù)據(jù)與IT安全等領域的重要性不斷地受到重視。這些主題不只是成功導入工業(yè)4.0的重要需求而已，還必須持續(xù)地實施于數(shù)位系統(tǒng)當中，做為關鍵的接納與成功的因素。

對于許多公司而言，重要的是在實施工業(yè)4.0的早期階段即設定基本策略課程，以相關技術匯整經(jīng)驗。然而，這個過程需要相當?shù)哪托裕驗樵S多相應技術在5至10年或更長的時間內都還不太可能充份地發(fā)揮潛力。因此，工業(yè)4.0的實施過程將會需要很長的時間。此外，由于缺乏一套清楚的定義，因此哪一種工業(yè)4.0將被完整執(zhí)行并沒有確切的日期。與其討論工業(yè)革命，改用“工業(yè)演進”這樣的說法還更具意義。

隨著生產(chǎn)環(huán)境的改變，新的廠商與競爭者也會出現(xiàn)或是影響市場。各種聯(lián)盟也會隨之出現(xiàn)，并將以一種更有意義的方式塑造生產(chǎn)的形象。工業(yè)或是企業(yè)的未來將越來越不必在工廠內決定。軟體與服務領域也將會扮演重要角色，因為只有將虛擬與現(xiàn)實的世界加以連結與合并，才能確保有更強大的生產(chǎn)潛力。

對于企業(yè)而言，目前的發(fā)展步調顯然正加速中，假如錯過了這一波大勢，往后將很難以再跟上腳步。

因此，企業(yè)不再只是把工業(yè)4.0當作是一個短暫炒作的話題。同時，目前的市場發(fā)展也清楚地顯示出業(yè)界朝向工業(yè)4.0與智能工廠前進之勢不可擋。至于缺少標準、缺少安全性、缺乏知識等大問題，顯然也就相對地變成小問題了。此外，對于未來生產(chǎn)環(huán)境的疑慮也隨之減少了。

總而言之，朝向智能工廠轉型的工業(yè)4.0及其所需的技術，為半導體制造商與其成功提供了龐大的潛力。