24小时连续作业@@，无人工干预@@，机器自助配合@@，质量远程监控@@……产业界将具备@@这些特点的@@工厂定义为@@“熄灯工厂@@”，也可称为@@“关灯@@工厂@@”或@@“黑灯工厂@@”。当前@@，全球头部品牌的@@汽车制造工厂@@，智能手机@@/PC代工厂@@，很多都是以@@“熄灯工厂@@”标准来打造@@。
“熄灯工厂@@”的@@架构和@@价值@@
“熄灯工厂@@”代表着全自动化的@@生产@@流程@@。通过@@“关灯@@”运转模式@@，工厂在@@生产@@效率和@@库存周期等方面得到明显改善@@，助力企业的@@可持续发展战略@@。达沃斯世界经济论坛与管理咨询公司麦肯锡将这些先进的@@工厂定义为@@“灯塔工厂@@”，截至目前@@，全球共有@@132座@@“灯塔工厂@@”，其中@@50座@@位于中国@@。
“熄灯工厂@@”作为@@工业@@@@4.0的@@典型应用@@@@，其体系架构和@@工业@@@@4.0类似@@，如下图@@所示@@。
图@@1：工业@@4.0体系框图@@@@（图@@源@@：Plattform Industrie 4.0）
这样看可能不够具体@@，我们以富士康@@工业@@互联网@@的@@智能工厂@@架构来具体看一下@@“熄灯工厂@@”的@@组成@@。如下图@@所示@@，“熄灯工厂@@”是富士康@@工业@@互联网@@的@@主要应用@@之一@@，其非常大的@@改变是软硬件对人的@@替代@@：系统中的@@决策@@者变成了各种智能软件系统@@，管理者则是操作系统配合硬件系统@@，执行者是各种终端设备@@@@。
图@@2：富士康@@工业@@互联网@@云架构和@@@@“熄灯工厂@@”应用@@（图@@源@@：富士康@@）
在@@人工成本快速上涨@@，产品迭代速度日益加快的@@大背景下@@，“熄灯工厂@@”是工业@@制造领域发展的@@必然趋势@@，带来了更高的@@柔性生产@@@@效率和@@协同生产@@能力@@。同时@@，“熄灯工厂@@”具备@@更高效@@、高质量的@@自动质量检测能力@@，有效避免了人工主观造成的@@漏检与误检@@，能大幅提高@@产品交付质量@@。当然@@，“熄灯工厂@@”并不意味着完全无人化@@，只是将生产@@@@、决策@@、调度的@@权利留给了前端设备@@@@，极少数的@@人员在@@后端负责监管和@@运维@@。
通过@@图@@@@2我们能够清晰地看到@@，“熄灯工厂@@”的@@企业层主要由各种功能@@软件和@@系统组成@@，车间@@层主要是各种硬件系统和@@连接技术@@@@，设备@@层则是具体的@@设备@@和@@仪器@@。“熄灯工厂@@”涉及的@@关键技术@@包括云计算@@、大数据@@、物联网@@@@、人工智能@@、自动质量和@@工业@@自动化等@@，这些关键技术@@均以电子@@元器件为基础构建@@底层系统@@，这是贸泽电子@@@@携手原厂为产业发挥赋能价值的@@地方@@。
为了持续提升这些核心技术@@的@@整体性能@@，信号链@@、微控制@@器@@、传感器@@、网@@关芯片和@@电源管理芯片等也在@@持续突破@@。以传感器@@为例@@，已经不仅是简单地将物理信号转换为数字信号@@，在@@小型化@@、集成化的@@前提下@@，也逐步具备@@了智能化的@@能力@@。
下面我们就来具体看一下@@，构建@@“熄灯工厂@@”可以用到哪些性能领先的@@电子@@元器件@@。
“熄灯工厂@@”中的@@机器视觉@@@@
上面已经提到@@，“熄灯工厂@@”一大显著特点是仅需要少数几个人根据现场信号灯来解决一些突发情况@@。我们都知道在@@传统工厂中很多工作需要人眼去做判断@@，那么机器在@@执行相同的@@操作@@，甚至是更复杂的@@操作时@@，也需要具备@@这种视觉能力@@，这就是为什么机器视觉@@会如此被重视@@。
GGII数据显示@@，2022年中国机器视觉@@市场规模为@@170.65亿元@@，预计到@@2027年将达到@@565.65亿元@@，其中@@2D视觉市场规模将达到@@407.15亿元@@，3D视觉市场规模将达到@@158.5亿元@@。快速增长的@@机器视觉@@技术@@在@@@@“熄灯工厂@@”里主要从@@事以下几方面的@@工作@@：
#01. 引导定位@@
为了让包括机械臂在@@内的@@产线@@设备@@能够找准目标物的@@位置@@，基于@@图@@像处理和@@分析技术@@的@@视觉定位引导系统便是系统中不可或@@缺的@@一部分@@，在@@上下料@@、生产@@、装配等环节发挥重要作用@@，其配置模式包括固定机位模式@@、移动机位模式以及@@混合模式@@。
#02. 外观检测@@
机器视觉@@质检技术@@是一种信号链@@@@、无损伤的@@自动检测技术@@@@，过往这是生产@@制造环节用人工较多的@@地方@@，换用机器视觉@@检测系统之后@@，在@@尺寸检测@@、形状检测@@、外观缺陷检测等方面得到明显改善@@。
#03. 高精度检测@@
在@@检测环节@@，引入机器视觉@@之后@@，系统检测的@@能力已经超出人类极限@@，可以实现@@毫米级@@，甚至是微米级的@@检测@@，比如电路板引脚检测@@、硬币字符检测等@@。
#04. 识别和@@分拣@@
机器视觉@@能够对图@@像进行处理@@、分析和@@理解@@，以识别各种不同模式的@@目标和@@对象@@，主要的@@识别手段包括@@Blob分析法@@（BlobAnalysis）、模板匹配法和@@深度学习法@@。同时@@，系统基于@@识别的@@结果还可以进一步结合机械臂增加分拣环节@@，这在@@目前的@@仓储和@@快递行业已经非常普遍@@。
因此@@，机器视觉@@是实现@@工业@@自动化和@@智能化的@@必要手段@@，相当于人类视觉在@@机器上的@@延伸@@，具备@@精确性@@、持续性@@、高效性和@@可重复性等特点@@。为了帮助大家更好地打造机器视觉@@方案@@，在@@此我们为大家推荐一款来自制造商@@ADI的@@100万像素@@飞行时间模块@@，贸泽电子@@@@官网@@上@@该器件的@@料号为@@@@ADTF3175BMLZ。
图@@3：ADTF3175 100万像素@@飞行时间模块@@（图@@源@@：贸泽电子@@@@）
ADTF3175基于@@ADSD3100进行设计@@@@，集成了用于成像器@@的@@镜头和@@光学带通滤波器@@、包含光学@@188足彩外围@@app
的@@红外照明源@@、激光二极管@@、激光二极管@@驱动器和@@光电检测器@@、闪存以及@@电源稳压器@@，可产生本地电源电压@@。
图@@4：ADTF3175模块系统框图@@@@@@（图@@源@@：ADI）
作为@@ADTF3175模块的@@核心@@，ADSD3100是一款@@100万像素@@CMOS间接飞行时间@@（ITF）成像器@@，设计@@用于高分辨率@@3D深度传感和@@视觉系统@@。该芯片支持@@1024（水平@@）×1024（垂直@@）像素阵列@@，3.5μm×3.5μm方形像素@@，以及@@1/3.6英寸光学格式@@。
图@@5：ADSD3100系统框图@@@@（图@@源@@：ADI）
ADSD3100通过@@移动行业处理器接口@@(MIPI)、摄像头串行接口@@2（CSI-2）接口与主机系统进行电气连接@@，这一点在@@@@ADTF3175模块上得到了充分利用@@。同时@@，ADTF3175模块编程和@@操作通过@@@@4线@@SPI和@@I2C串行接口进行控制@@@@。
除了@@机器学习系统以外@@，ADTF3175模块还可用于机器人@@、楼宇自动化和@@增强现实@@(AR)系统等应用@@方向@@。
“熄灯工厂@@”中的@@状态监测@@
机器视觉@@的@@应用@@很多都是为了让工业@@制造系统清晰地了解产品的@@状态量@@，其实系统自身的@@状态量监测也很重要@@。如果系统能够及时发现和@@预测出故障的@@发生@@，将会大幅度提升设备@@运行的@@可靠性@@。
一般而言@@，设备@@从@@正常运转到发生故障停机@@，有一个发生和@@发展的@@过程@@，很多故障并不是突发的@@@@。因此@@，在@@“熄灯工厂@@”里都会有一个工况监测系统@@，属于设备@@管理系统的@@一部分@@。通过@@这个系统@@，能够准确把握系统中各设备@@的@@运转情况@@。这样做对于产线@@良率的@@保持也很有帮助@@。
作为@@MEMS惯性@@188足彩外围@@app 的@@一种@@，MEMS加速度计能够测量物体的@@加速力@@，从@@而得到物体的@@振动和@@位置信息@@，让物体能够了解自身状态@@，因此@@在@@@@“熄灯工厂@@”里得到广泛应用@@@@，典型应用@@包括振动检测@@、姿态控制@@@@、安防报警@@、状态记录@@、动作识别等@@。
接下来@@，我们便为大家介绍一款性能领先的@@@@MEMS加速计@@，同样是来自制造商@@ADI，贸泽电子@@@@官网@@上@@，该器件的@@料号为@@ADXL367BCCZ-RL7。
图@@6：ADXL367 MEMS加速计@@（图@@源@@：贸泽电子@@@@）
ADXL367 MEMS加速计@@是一款@@超低功耗三轴微机电系统@@(MEMS)加速计@@，在@@100Hz输出数据速率下仅消耗@@0.89μA电流@@，在@@运动触发唤醒模式下消耗@@180nA电流@@。与使用功率占空比来实现@@低功耗的@@加速计@@不同@@，ADXL367没有通过@@欠采样混叠输入信号@@，而是采用全数据速率对传感器@@的@@整个带宽进行采样@@。器件内部的@@低通滤波器转角自动设置@@，以确保满足奈奎斯特采样准则@@。
图@@7：ADXL367 MEMS加速计@@在@@几种电源电压下的@@电流@@消耗与输出数据率@@（图@@源@@：ADI）
ADXL367 MEMS加速计@@具有@@14位恒定输出分辨率@@。同时@@，在@@较低分辨率足够时@@，还提供@@8位格式化数据@@实现@@更高效的@@单字节传送@@。为了兼容@@ADXL362设计@@，还支持@@12位格式化数据@@。该器件具有@@±2g、±4g和@@±8g测量范围可供选择@@，在@@±2g范围内@@，分辨率为@@0.25mg/LSB。
ADXL367是一款@@高集成@@、多性能的@@器件@@，内置微功率温度传感器@@@@，用于同步转换额外模拟输入和@@具有中断能力的@@内部模数转换器@@(ADC)、可以在@@任何输出数据速率下工作和@@仅增加@@35nA电流@@的@@单击和@@双击检测@@@@，以及@@防止误触发的@@状态机@@。
图@@8：ADXL367 MEMS加速计@@功能@@框图@@@@（图@@源@@：ADI）
图@@9：ADXL367单击和@@双击检测@@（图@@源@@：ADI）
ADXL367 MEMS加速计@@提供深度多模输出先进先出@@(FIFO)功能@@。
图@@10：ADXL367 MEMS加速计@@FIFO读取功能@@@@（图@@源@@：ADI）
图@@11：ADXL367 MEMS加速计@@SPI FIFO读取功能@@@@（图@@源@@：ADI）
除了@@24/7全天候不间断感测和@@工业@@应用@@以外@@，ADXL367 MEMS加速计@@还可用于运动使能省电开关@@、运动使能计量设备@@@@、数字医疗保健@@、单节电池供电的@@智能手表@@、智能家居@@、产销合一商品和@@生命体征监控设备@@等应用@@中@@。
“熄灯工厂@@”的@@下一步@@：精益化@@
“熄灯工厂@@”的@@广泛部署打通了离散制造企业的@@设备@@@@、网@@络@@、控制@@、车间@@、企业间的@@信息流与控制@@流@@，帮助企业实现@@了数字化和@@智能化升级@@。不过@@，当前@@很多@@“熄灯工厂@@”解决的@@痛点还主要是机器替代人工@@，虽然提高@@了生产@@效率@@，不过@@对于生产@@任务的@@变动不能灵活地响应@@。在@@生产@@的@@过程中@@，大部分自动化设备@@只能从@@事简单重复的@@工作@@，对于使用复杂系统的@@产品生产@@难以胜任@@。另外@@，有些企业为了强制性推动@@“熄灯工厂@@”的@@概念@@，导致工厂能耗大幅度上涨@@。
因此@@，“熄灯工厂@@”下一步发展趋势是精益化@@@@。精益化@@首先要求@@“熄灯工厂@@”各环节的@@设备@@和@@系统需要具备@@更高的@@智能化水平@@@@，与时下另一大热门理念@@——“柔性生产@@@@”进行融合@@，从@@机械自动化迈向柔性自动化@@，对产品具有自主建模@@、自主规划的@@能力@@。
精益化@@其次是要求@@“熄灯工厂@@”和@@企业的@@可持续发展战略相一致@@，在@@提升生产@@效率的@@同时@@降低工厂整体能耗@@，持续降低制造型企业的@@碳排放@@，助力工业@@的@@@@“双碳目标@@”实现@@。
从@@“熄灯工厂@@”后续发展态势不难看出@@，智能化和@@低功耗的@@属性是非常明显的@@@@，这就要求应用@@于这一方向的@@元器件同样具备@@这些特征@@，当然@@这也是贸泽电子@@@@元器件新品的@@卖点@@。