進(jìn)入 6 月，半導(dǎo)體供應(yīng)趨緊的情況并未好轉(zhuǎn)。伺服與運(yùn)動(dòng)控制企業(yè)一頭面對(duì)的是設(shè)備市場(chǎng)呈現(xiàn)出的爆發(fā)式增長(zhǎng);而另一頭，則是因?yàn)樯嫌伟雽?dǎo)體元器件供應(yīng)鏈緊張，所導(dǎo)致的產(chǎn)能阻滯和壓力。身處于這樣的冰火兩重天之間，企業(yè)需要更為縝密地規(guī)劃自身的發(fā)展計(jì)劃，緊緊跟上當(dāng)前中國(guó)智能制造加速前行的步伐。

　　對(duì)比2020年高潮迭起的口罩機(jī)生產(chǎn)熱潮，今年的伺服與運(yùn)動(dòng)控制市場(chǎng)顯得更為錯(cuò)綜復(fù)雜。位于產(chǎn)業(yè)鏈的中游，伺服與運(yùn)動(dòng)控制企業(yè)面對(duì)著：一頭是由于疫苗普及率迅速提升、全球經(jīng)濟(jì)加速?gòu)?fù)蘇、疫情蔓延引發(fā)的東南亞和印度部分訂單回流國(guó)內(nèi)等因素的作用下，設(shè)備市場(chǎng)呈現(xiàn)出的爆發(fā)式增長(zhǎng);而另一頭，則是因?yàn)樯嫌伟雽?dǎo)體元器件供應(yīng)鏈緊張，所導(dǎo)致的產(chǎn)能阻滯和壓力。身處于這樣的冰火兩重天之間，使得部分廠商更為謹(jǐn)慎地接單和安排產(chǎn)能計(jì)劃，有的廠商甚至表示，今年的整體業(yè)務(wù)增長(zhǎng)如果能夠達(dá)到去年同期的水平，就已是一份不錯(cuò)的成績(jī)單了。

　　半導(dǎo)體供應(yīng)鏈一片漲價(jià)潮

　　眼下最困擾制造業(yè)的一大難題，就是風(fēng)云變幻中的半導(dǎo)體供應(yīng)鏈格局。實(shí)際上，從2021年2月起，日本福島地震、美國(guó)德克薩斯州出現(xiàn)冬季嚴(yán)寒風(fēng)暴，造成了瑞薩、恩智浦、英飛凌、三星電子等多家半導(dǎo)體工廠生產(chǎn)中斷，豐田等汽車大廠旋即宣告未來(lái)將發(fā)生由于芯片短缺而不得不減產(chǎn)或停產(chǎn)的狀況。

　　進(jìn)入6月，半導(dǎo)體供應(yīng)趨緊的情況并未好轉(zhuǎn)，部分上游元器件供應(yīng)廠商紛紛發(fā)出漲價(jià)及貨期變更的客戶通知函。新冠疫情肆虐，仍然對(duì)半導(dǎo)體供應(yīng)鏈帶來(lái)嚴(yán)重沖擊。6月1-14日，馬來(lái)西亞全國(guó)進(jìn)入全面封鎖期，當(dāng)?shù)匕雽?dǎo)體封測(cè)、被動(dòng)器件廠商的正常運(yùn)營(yíng)再次陷入危機(jī)中。在臺(tái)灣，5月底至6月初，臺(tái)積電多名員工確診導(dǎo)致晶圓供應(yīng)遭遇暴擊 ;此外，另兩家封測(cè)大廠京元電子、超豐電子也出現(xiàn)大規(guī)模員工確診新冠肺炎，影響正常生產(chǎn)，令全球半導(dǎo)體供應(yīng)鏈雪上加霜。

　　在高盛最新的研究報(bào)告中顯示，當(dāng)前全球性芯片短缺的影響不只是在汽車和電子產(chǎn)品這兩大領(lǐng)域，全球有多達(dá)169個(gè)行業(yè)在一定程度上受到了芯片短缺的影響，并且受到芯片短缺影響的行業(yè)相當(dāng)廣泛，從鋼鐵、混凝土生產(chǎn)，到空調(diào)、啤酒生產(chǎn)，甚至到肥皂生產(chǎn)等等，都在受影響的范圍之內(nèi)。盡管多家芯片代工商已滿負(fù)荷運(yùn)行，部分廠商也在擴(kuò)大產(chǎn)能，但多位業(yè)內(nèi)人士都認(rèn)為，全球性的芯片短缺還將持續(xù)一段時(shí)間。英特爾新任CEO Pat Gelsinger表示，“芯片荒”預(yù)計(jì)會(huì)持續(xù)數(shù)年，目前，英特爾正在改造部分工廠以增加芯片產(chǎn)量，但供應(yīng)緊張可能至少要幾個(gè)月后才能有所緩解。

2021 年下半年部分半導(dǎo)體廠商價(jià)格上漲及貨期變化統(tǒng)計(jì)(根據(jù)網(wǎng)絡(luò)資料整理)

　　上游芯片、被動(dòng)元器件的供應(yīng)緊張同樣波及伺服、運(yùn)動(dòng)控制行業(yè)內(nèi)的每一家企業(yè)。從實(shí)際走訪中了解到，雖然部分伺服廠商在年初已經(jīng)做好了充分的物料備貨，但庫(kù)存消耗隨著時(shí)間的推移，逐漸捉襟見(jiàn)肘，一邊是國(guó)內(nèi)制造業(yè)市場(chǎng)訂單的暴增，另一邊則是企業(yè)不敢隨便接單，得“看米下鍋”，需要根據(jù)自己手中的庫(kù)存物料制定生產(chǎn)計(jì)劃，有的甚至開(kāi)工率相比去年大幅降低，接下來(lái)廠商最重要的任務(wù)就是趕緊補(bǔ)充包括明年在內(nèi)的物料計(jì)劃，而與此同時(shí)，各種芯片、元器件價(jià)格的漲幅平均已上升了30%以上，供應(yīng)交期也大幅后延。

　　除了供應(yīng)持續(xù)緊張之外，另一個(gè)不容忽視的半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)的潛在危機(jī)，就是英偉達(dá)對(duì)Arm收購(gòu)計(jì)劃的未來(lái)走向。Arm憑借其開(kāi)放性、中立性，在進(jìn)入中國(guó)市場(chǎng)的近二十年時(shí)間里，已經(jīng)建立起了龐大的中國(guó)客戶群體和產(chǎn)業(yè)生態(tài)圈，毫不夸張地說(shuō)，中國(guó)半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)對(duì)于Arm的依賴更甚，其中包括：手機(jī)處理器市場(chǎng)、汽車電子市場(chǎng)、物聯(lián)網(wǎng)市場(chǎng)等等。英偉達(dá)在去年9月宣布將收購(gòu)Arm，整個(gè)過(guò)程預(yù)計(jì)將耗時(shí)18個(gè)月，但此計(jì)劃也遭到了多方的反對(duì)。一旦英偉達(dá)對(duì)Arm的收購(gòu)計(jì)劃成功的話，則無(wú)疑會(huì)破壞Arm的開(kāi)放性、中立性(英偉達(dá)是一家美國(guó)公司)，對(duì)中國(guó)產(chǎn)業(yè)帶來(lái)巨大的影響，同時(shí)也將導(dǎo)致以數(shù)據(jù)為中心的計(jì)算市場(chǎng)格局發(fā)生變化，甚至形成新的壟斷，這些都是當(dāng)前產(chǎn)業(yè)人士密切關(guān)注和引發(fā)擔(dān)憂的產(chǎn)業(yè)大事件。

　　從底層開(kāi)始的智能自動(dòng)化

　　根據(jù)市場(chǎng)調(diào)研機(jī)構(gòu)Fortune Business Insights的調(diào)查數(shù)據(jù)顯示，截至2027年，全球工業(yè)自動(dòng)化市場(chǎng)規(guī)模預(yù)計(jì)將達(dá)到3261.4億美元。物聯(lián)網(wǎng)和網(wǎng)絡(luò)邊緣計(jì)算等技術(shù)趨勢(shì)正在推動(dòng)智能自動(dòng)化系統(tǒng)的發(fā)展，從而提升生產(chǎn)效率和保障工人安全。

　　在越來(lái)越多工業(yè)4.0的實(shí)際現(xiàn)場(chǎng)，智能制造被劃分為執(zhí)行層、驅(qū)動(dòng)層、控制層和信息層四個(gè)層次，電機(jī)驅(qū)動(dòng)與控制在智能制造領(lǐng)域起到關(guān)鍵作用。在主控芯片方面，市場(chǎng)主流的伺服驅(qū)動(dòng)器多采用的是雙核結(jié)構(gòu)(DSP/ARM+FPGA)，使用FPGA，時(shí)間緊迫的電流控制執(zhí)行通過(guò)硬件來(lái)實(shí)現(xiàn)，因此延遲和執(zhí)行時(shí)間是固定的，并且快速而又穩(wěn)定;另外在進(jìn)行多軸控制時(shí)，F(xiàn)PGA 的硬件特性及可編程特性能夠快速進(jìn)行功能擴(kuò)展，從而實(shí)現(xiàn)在不同軸電機(jī)之間的便捷同步，因而大大降低了DSP/ARM 的負(fù)荷。為了因應(yīng)目前工控領(lǐng)域?qū)Φ凸摹⒌脱舆t、精確可預(yù)測(cè)性、高穩(wěn)定性、接口靈活的應(yīng)用需求，F(xiàn)PGA器件也將發(fā)揮更大的作用。全球低功耗可編程器件的領(lǐng)先供應(yīng)商萊迪思(Lattice)半導(dǎo)體公司近期推出了全新的Lattice

　　Automate?解決方案集合，進(jìn)一步擴(kuò)展了基于低功耗FPGA、全面的解決方案集合產(chǎn)品系列。Automate包括軟件工具、工業(yè)IP核、模塊化硬件開(kāi)發(fā)板和軟件可編程參考設(shè)計(jì)和演示，有助于簡(jiǎn)化和加速實(shí)現(xiàn)機(jī)器人、具有預(yù)測(cè)性維護(hù)功能和可擴(kuò)展的多通道馬達(dá)控制以及實(shí)時(shí)工業(yè)網(wǎng)絡(luò)等應(yīng)用。Automate實(shí)現(xiàn)的智能工業(yè)系統(tǒng)將在未來(lái)智能工廠、倉(cāng)庫(kù)和商業(yè)建筑的自動(dòng)化過(guò)程中發(fā)揮至關(guān)重要的作用。

　　萊迪思工業(yè)市場(chǎng)營(yíng)銷總監(jiān)Mark Hoopes表示：“為了讓自動(dòng)化工業(yè)系統(tǒng)提供企業(yè)所需的高生產(chǎn)效率和安全優(yōu)勢(shì)，這類系統(tǒng)需要支持低功耗運(yùn)行、低數(shù)據(jù)延時(shí)、高可用性和實(shí)時(shí)處理等特性。Automate解決方案集合為開(kāi)發(fā)人員提供了快速便捷的方式來(lái)創(chuàng)建能夠利用這些特性支持預(yù)測(cè)性維護(hù)等新興技術(shù)的工業(yè)系統(tǒng)?！?/p>

　　Automate解決方案提供下列參考設(shè)計(jì)和軟件工具，便于快速開(kāi)發(fā)常見(jiàn)的工業(yè)應(yīng)用：

　　? 可擴(kuò)展的馬達(dá)控制方案——加速開(kāi)發(fā)實(shí)現(xiàn)靈活的馬達(dá)控制系統(tǒng)，包括用于系統(tǒng)監(jiān)控和控制的基于GUI的用戶界面工具;

　　? 預(yù)測(cè)性維護(hù)——通過(guò)監(jiān)視系統(tǒng)中的多個(gè)馬達(dá)，最小化停機(jī)時(shí)間;

　　? 嵌入式實(shí)時(shí)網(wǎng)絡(luò)——使用萊迪思Nexus?FPGA作為中央控制器，為各種設(shè)備實(shí)現(xiàn)可擴(kuò)展的傳感和控制系統(tǒng);

　　? 網(wǎng)絡(luò)保護(hù)恢復(fù)——實(shí)現(xiàn)硬件可信根，實(shí)時(shí)檢測(cè)、保護(hù)基于固件的攻擊并從中恢復(fù);

　　? 易于使用的軟件設(shè)計(jì)方法——Automate支持萊迪思Propel?，使用嵌入式RISC-V處理器，通過(guò)軟件和硬件協(xié)處理簡(jiǎn)化工業(yè)自動(dòng)化系統(tǒng)的開(kāi)發(fā)。

　　驅(qū)控一體化開(kāi)發(fā)新進(jìn)展

　　驅(qū)控一體化是把控制器和伺服驅(qū)動(dòng)器集成在一起優(yōu)勢(shì)包括：體積小、重量輕、部署靈活、低成本、高可靠性等等。目前大部分廠商開(kāi)發(fā)的驅(qū)控一體化集成技術(shù)采用的都是分布式多CPU控制器方式，做到一個(gè)控制板，彼此之間有物理連接的接口。隨著多核芯片技術(shù)的能力提升，分布式CPU方式正朝著整體SoC芯片方案的方向發(fā)展，即將伺服驅(qū)動(dòng)、運(yùn)動(dòng)控制一體化集成在底層嵌入式系統(tǒng)當(dāng)中，這樣可極大地降低系統(tǒng)集成的復(fù)雜性、成本與體積;并且由于克服了總線通訊的延時(shí)，使得運(yùn)動(dòng)控制的整體性能也得到了大幅提升。

　　高性能控制系統(tǒng)制造商ACS新發(fā)布的控制模塊ECMsa、智能驅(qū)動(dòng)器IDMsa，通過(guò)集成多軸控制、電源和精確性實(shí)現(xiàn)高性能、靈活、節(jié)省成本和友好的全套解決方案。

　　ECMsa是緊湊、高度集成一體化運(yùn)動(dòng)控制器和驅(qū)動(dòng)器解決方案的經(jīng)濟(jì)型控制模塊(ECM)系列一員，旨在滿足OEM設(shè)備低成本需求的運(yùn)動(dòng)控制應(yīng)用。其獨(dú)特的多處理器架構(gòu)利用了強(qiáng)大的控制算法，實(shí)現(xiàn)了同類產(chǎn)品中的優(yōu)秀性能，而其通用的伺服驅(qū)動(dòng)技術(shù)使系統(tǒng)設(shè)計(jì)者能非常容易地控制大部分類型的電機(jī)和運(yùn)動(dòng)平臺(tái)。 IDMsa 單軸EtherCAT DS402 智能驅(qū)動(dòng)器，是IDM伺服驅(qū)動(dòng)器系列的一員，旨在為了滿足采用EtherCAT控制系統(tǒng)的OEM設(shè)備制造商的高精度運(yùn)動(dòng)平臺(tái)需要而設(shè)計(jì)的驅(qū)動(dòng)器。據(jù)介紹，目前ACS產(chǎn)品廣泛地應(yīng)用于半導(dǎo)體制造和檢測(cè)、SMT設(shè)備和其他拾放設(shè)備、電子組裝和測(cè)試、太陽(yáng)能面板劃片/刻線、醫(yī)學(xué)影像設(shè)備、大幅面數(shù)字印刷機(jī)、FPD平板顯示檢測(cè)、精密運(yùn)動(dòng)直線平臺(tái)控制、機(jī)器人控制等行業(yè)。

　　另外，隨著近年來(lái)電子制造、半導(dǎo)體、機(jī)器人等行業(yè)的發(fā)展，設(shè)備的復(fù)雜程度越來(lái)越高，需要的伺服驅(qū)動(dòng)器軸數(shù)逐漸增加，但是傳統(tǒng)伺服驅(qū)動(dòng)器軸和軸之間的線纜耦合較多，包括通信線纜、電源線纜、動(dòng)力線纜、編碼器線纜、饋能線纜、數(shù)字信號(hào)線纜、模擬信號(hào)線纜、STO線纜等等，復(fù)雜的線纜使設(shè)備變得極其臃腫。龐大的線纜數(shù)量，不僅帶來(lái)了設(shè)備的可靠性問(wèn)題，增加了維護(hù)成本，也使系統(tǒng)總成本增加。尤其是小而精密的設(shè)備，由于空間的限制和高可靠性的需求，對(duì)伺服驅(qū)動(dòng)器的高度集成化有更高需求。

　　為此，Stone Motion Control開(kāi)發(fā)的Ruby系列多軸微型伺服控制器采用新一代伺服技術(shù)，除了功率密度比傳統(tǒng)多軸交流伺服大十倍以上，尺寸只有傳統(tǒng)交流伺服的十分之一，帶寬比傳統(tǒng)交流伺服高兩倍以上之外，進(jìn)一步對(duì)伺服驅(qū)動(dòng)器之間互聯(lián)的線纜進(jìn)行內(nèi)部高度集成，產(chǎn)品內(nèi)部通信線纜、電源線纜、饋能線纜、數(shù)字信號(hào)線纜、模擬信號(hào)線纜、STO線纜實(shí)現(xiàn)共用互聯(lián)，所有軸之間共用一根網(wǎng)線、共用一根電源線、共用數(shù)字信號(hào)、共用模擬量信號(hào)、共用STO信號(hào)，一根電源線實(shí)現(xiàn)所有軸能量輸入，一根網(wǎng)線實(shí)現(xiàn)所有電機(jī)、所有數(shù)字信號(hào)、所有模擬信號(hào)的控制和傳感，電機(jī)的類型可以在旋轉(zhuǎn)伺服電機(jī)、音圈電機(jī)、直線電機(jī)、力矩電機(jī)(DD馬達(dá))、無(wú)刷電機(jī)、有刷電機(jī)、空心杯電機(jī)、無(wú)框電機(jī)、減速電機(jī)之間任意組合。這種多軸微型伺服系統(tǒng)相對(duì)于傳統(tǒng)伺服系統(tǒng)不僅性能大幅提高、尺寸大幅節(jié)省，可以靠近電機(jī)安裝，在運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)上進(jìn)行電源和網(wǎng)絡(luò)組網(wǎng)，還在最大程度上消滅了多個(gè)伺服驅(qū)動(dòng)器之間互聯(lián)的線纜，只用一根網(wǎng)線即可實(shí)現(xiàn)了所有電機(jī)、數(shù)字信

　　號(hào)、模擬信號(hào)的控制和傳感，不僅大幅度降低了系統(tǒng)總成本和維護(hù)成本，大幅提高了設(shè)備的可靠性，也把設(shè)備的小型化、高度集成化特性發(fā)揮到極致。

　　Stone Motion Control中國(guó)區(qū)負(fù)責(zé)人張龍飛表示：“我們堅(jiān)持讓伺服驅(qū)動(dòng)器更加靠近電機(jī)的理念，在運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)上實(shí)現(xiàn)運(yùn)動(dòng)控制，同時(shí)我們產(chǎn)品支持電機(jī)周邊配件的控制和傳感，比如電磁閥、壓力傳感器、第二編碼器、抱閘等，一根網(wǎng)線即可實(shí)現(xiàn)所有運(yùn)動(dòng)控制終端部件的控制和傳感，通過(guò)提高集成性提高設(shè)備的可靠性、安全性、易用性，降低設(shè)備的系統(tǒng)總成本，尤其是電子制造、半導(dǎo)體、機(jī)器人等行業(yè)小而精密的設(shè)備，比如SMT設(shè)備、3-5kg小六軸機(jī)器人、SCARA、Delta等?！?/p>

　　結(jié)語(yǔ)

　　2021年已近過(guò)半，全球經(jīng)濟(jì)逐步恢復(fù)，國(guó)際政治經(jīng)濟(jì)局勢(shì)更為復(fù)雜，中國(guó)制造業(yè)面對(duì)的是日益嚴(yán)峻的上游供應(yīng)鏈格局;與此同時(shí)，產(chǎn)業(yè)升級(jí)以及新興行業(yè)的快速崛起，蘊(yùn)藏著無(wú)窮的潛力。在激流暗涌中，中國(guó)制造業(yè)前進(jìn)的腳步并沒(méi)有停歇，以半導(dǎo)體制造業(yè)為核心，南京正吸引臺(tái)積電、西門(mén)子、舍弗勒等國(guó)際大廠展開(kāi)新一輪的智能制造工廠建設(shè)熱潮;為了應(yīng)對(duì)中國(guó)新能源汽車行業(yè)市場(chǎng)的迅猛發(fā)展，日本電產(chǎn)將在今后兩年招兵買馬，擴(kuò)大其在蘇州、大連兩地純電動(dòng)汽車驅(qū)動(dòng)馬達(dá)的生產(chǎn)規(guī)模;在合肥，大眾汽車在華第三家電動(dòng)汽車工廠開(kāi)建，工廠完成籌備后會(huì)在2023年的下半年正式投入生產(chǎn)……伺服與運(yùn)動(dòng)控制產(chǎn)品屬于裝備制造業(yè)的核心部件之一，產(chǎn)業(yè)的加速演進(jìn)，正在促進(jìn)著這一行業(yè)與上游元器件供應(yīng)商以及下游設(shè)備商之間邁向更為緊密的合作關(guān)系，盡管身處于冰火兩重天之間，但伺服與運(yùn)動(dòng)控制行業(yè)正緊跟制造業(yè)前進(jìn)的步伐，加緊技術(shù)革新，助力實(shí)現(xiàn)中國(guó)智造的宏偉藍(lán)圖。